本教材系统地介绍了数字逻辑电路的基本概念、基本理论、基本分析方法；讲述常用数字逻辑部件的功能和应用。
主要内容包括：数制和数码的概念、逻辑代数和逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、半导体存储器和可编程逻辑器件、集成电路建模语言、计算机部件逻辑功能软件仿真。本教材以CMOS电路为基本单元,应用计算机辅助学习软件,帮助读者理解和掌握典型电路的逻辑功能计算机仿真技术。
各章的例题、习题丰富，还配有结合计算机仿真软件的思考-实践题。
本书附有CD，内含计算机辅助学习软件DSCH/MICROWIND基本版，并提供与教材内容有关的示例文档。

现代数字电路基础
黄健文 章明　　编著
孙德文 主审

本书主要介绍：
数制和编码
逻辑代数和逻辑门电路
组合逻辑电路
时序逻辑电路
半导体存储器和可编程逻辑器件
集成电路建模语言
计算机部件逻辑功能软件仿真

本书主要介绍以CMOS为基础的数字电路，读者无需具有专业的电子学预备知识。本书系统地介绍了数字逻辑电路的基本概念、基本理论、基本分析方法；讲述常用的数字逻辑部件的功能和应用。书中借助逻辑设计和仿真软件DSCH，帮助读者理解组合电路、时序电路及微处理器电路基础模块。通过应用DSCH，学生们可以在自己的计算机上修改电路实例，探索新的设计技术，或进行仿真，从而简化理解和掌握典型电路逻辑功能的过程。
本书对于可编程逻辑器件（PLD）的基本概念也有所介绍。作者强调基于硬件描述语言（VHDL）的设计技术，这些内容对学习复杂逻辑电路的设计是十分有效的。
本书适合作为计算机科学、软件工程及信息技术等专业学生数字电路课程的入门教材。
本书附赠的CD中包含辅助学习软件DSCH和MICROWIND基本版，并提供与教材内容配套的实验和示例文件。读者在学习本书之前，若认真阅读光盘文件的使用方法，将达到事半功倍的效果。

微电子技术和计算机技术是当今发展最快的技术领域，它们的应用已经无所不在。本书根据“教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会（2006-2010）” 所提出的专业方向意见，定位于计算机科学与技术本科。本书特点之一是试图在数字电路教程中淡化一些传统的电路组成和分析，强调CMOS电路应用。CMOS数字集成电路由于具有低功耗、较强的抗干扰能力及电路结构简单等特点，使它们成为21世纪数字集成电路的主角。
　　本书的另一个特点是充分利用计算机辅助学习软件，各章的学习重点和难点均通过计算机仿真，帮助读者较快理解典型电路的逻辑功能，引导读者建立起逻辑变量间动态时序关系的概念，对于学习后续课程（例如，计算机组成原理、微机技术和计算机系统结构等）是十分必要的。本书各章均附有思考-实践题和习题，鼓励读者在计算机上进行数字电路逻辑功能仿真或验证设计结果的正确性。
　　本书第一部分（第1～5章）介绍数制与编码、逻辑代数基础、CMOS电路基础、组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计。这些知识是理解数字电路（系统）的基础，也是进一步学习大规模集成电路的基础。书中典型电路和逻辑功能模块的构成，大多以CMOS反相器和传输门为底层器件，与传统的TTL电路相比，其结构简单，便于理解，具有更好的外特性，适合于大规模集成。
　　本书第二部分（第6～8章）介绍半导体存储器和可编程逻辑器件、硬件描述语言VHDL、数字电路应用。将前面介绍的数字电路传统分析方法（真值表、状态表、状态表图等），过渡到应用高级语言的建模和仿真分析方法。帮助具有数字电路和计算机语言基础的读者通过学习VHDL描述模型，了解大规模集成电路设计软件化的发展趋势。第8章以一个十分简单的4位微处理器模型的分析和部分功能仿真，作为学习数字电路的总结，也是学习后续计算机课程的基础。
　　本书附录所介绍的DSCH及MICROWIND软件，是在PC机平台上运行的CMOS电路设计和仿真软件，其教育版可以从有关网站免费下载。本书的配套光盘提供了例题库及中外学生的习作供读者学习参考。
　　本书适合软件工程或信息技术方向的本科生使用，是学习数字电路基础的教材或教学参考书，也可供有关工程技术人员参考。
　　在本书的编写过程中，非常感谢法国应用科学学院一E.SICARD教授提供的教学软件支持及CMOS集成电路设计文档示例，并热情地给本书写了序言。同时，上海交通大学软件学院和上海杉达学院计算机学院在本书的编写过程中给予了大力支持，在此一并表示感谢！由于作者水平有限，书中难免存在错误与疏漏之处，恳请读者批评、指正。

　　编者
　　2009年10月

　　一 法国应用科学学院的全称是Institut National des Sciences Appliquées，简称INSA-Toulouse。——作者注

计算机\硬件

本书主要内容：
l 数制和数码的概念
l 逻辑代数和逻辑门电路
l 组合逻辑电路
l 时序逻辑电路
l 半导体存储器和可编程逻辑器件
l 集成电路建模语言
l 计算机部件逻辑功能软件仿真

本书主要介绍以CMOS为基础的数字电路，读者无需具有专业的电子学预备知识。本书系统地介绍了数字逻辑电路的基本概念、基本理论、基本分析方法；讲述常用数字逻辑部件的功能和应用。书中借助逻辑设计和仿真软件DSCH，帮助读者理解组合电路、时序电路及微处理器电路基础模块。通过应用DSCH，学生们可以在自己的计算机上修改电路实例、探索新的设计技术，或进行仿真，从而简化理解和掌握典型电路逻辑功能的过程。
本书对于可编程逻辑器件（PLD）的基本概念也有所介绍。作者强调基于HDL、硬件描述语言的设计技术，这些内容对学习复杂逻辑电路的设计是十分有效的。
本书适合于计算机科学、软件工程及信息技术等专业学生使用的数字电路入门教材。
本书附赠的CD中包含辅助学习软件DSCH和MICROWIND基本版，并提供与教材内容配套的实验和示例文件。读者在学习本书之前，若认真阅读光盘文件的使用方法，将达到事半功倍的效果。

It gives me a great pleasure to preface this new book written by my colleague and friend Professor Jianwen Huang, and co-written with her collegues Prof. Dewen Sun, lecturer Minghuan Zhang (from Shanghai Jiaotong University and Shanda University).This book is intended as an introductory digital circuits book for students in Computer Science, Computer Software Engineering, and Information. The philosophy of the authors is to illustrate the theory through a large number of design examples and problems, in order to give students both fundaments but also an intuitive feeling for how digital circuits operate.
　　The book is focused on CMOS based digital circuits, and has been written for students　without specific previous knowledge of electronics. With the use of a companion software DSCH for logic design and simulation, the students will be able to illustrate both the basic circuits, either combinationnal and sequential, but also the fundamental blocks used in microprocessor circuits. Using DSCH, students can also simulate the behavior of their own circuits by modifying existing examples or exploring new design techniques, on their own computers.
　　Many books on digital logic design have restricted their contents to combinational and sequential circuits, with emphasis on logic theory and a lack of information about how this theory applies to build modern microprocessors. This book also introduces a very simple microprocessor, illustrated by some interesting examples, including schematic diagrams that may be executed, simulated and modified by the students, using the companion tool DSCH.
　　Throughout the book, basic concepts related to programmable logic devices (PLDs) are also introduced, the authors put an emphasis on HDL-based design, a very efficient design method used to design complex logic circuits. A set of examples and experimental works are introduced and explained.
　　I wish to congratulate the authors for having written this book, and try to innovate teaching methods in the unlimited field of logic circuits. The book gives a comprehensive overview of modern logic design fundaments, it will be necessary to students in Computer and Information fields, giving them the in-depth understanding of logic design concepts and also the computer aided instruction learning ways.

　　Professor Etienne SICARD
　　Author of Dsch and Microwind tools
　　INSA Toulouse, France
　　Etienne.sicard@insa-toulouse.fr

　　能为本书写序言我感到十分荣幸。本书由我的朋友兼同事黄建文教授与孙德文、章鸣嬛老师编著。这是一本适合于计算机科学、软件工程及信息技术等专业学生使用的数字电路入门教材。作者的出发点是通过大量设计实例和问题解答来阐明数字电路理论。期望学生们在得到基础知识的同时，对电路的运行也有直观的了解。
　　本书集中讲述以CMOS为基础的数字电路，读者无需事先具有专业的电子学知识。利用与教材配套的逻辑设计和仿真软件DSCH，帮助读者理解组合电路、时序电路及微处理器电路基础模块。应用DSCH，学生们可以在自己的计算机上修改已提供的电路实例或探索新的设计技术，并对其性能进行仿真。
　　很多数字逻辑电路教材，将它们的内容限制在组合电路和时序电路的理论分析，缺少这些基础电路在构成现代微处理器方面的讲解。本书通过一些有趣的例子介绍了一个十分简单的微处理器电路，该电路可以在DSCH环境下运行、仿真过程也可以被学生修改。
　　本书对于可编程逻辑器件（PLD）的基本概念也有所介绍。作者强调基于HDL、硬件描述语言的设计技术，它们对于复杂逻辑电路的设计是十分有效的。一些例子和实验工作将在教材中得到解释。
　　祝贺作者完成了这本书。当今数字电路领域的发展是永无休止的，他们尝试着对于该领域的教学方法有所改进和创新。本教材对近代逻辑设计基础作了全面概述，这些知识对于计算机和信息领域的学生是必要的，帮助他们较为深入地明白逻辑设计的概念及利用计算机进行辅助学习的方法。

　　DSCH及MICROWIND软件作者：（法）西加教授　　
　　INSA Toulouse, France　　
　　Etienne.sicard@insa-toulouse.fr

序　言
前　言
第一部分　数字电路（系统） 基础及计算机功能仿真
第1章　数制与编码 2
1.1　二进制数、十六进制数和八进制数 2
1.1.1　二进制数 3
1.1.2　十六进制数 3
1.1.3　八进制数 3
1.2　不同数制间的转换 4
1.2.1　二进制数、八进制数及十六进制数转换成十进制数 4
1.2.2　十进制数转换成二进制数 4
1.2.3　二进制数、八进制数及十六进制数的相互转换 5
1.3　有符号二进制数 6
1.3.1　原码、反码、补码 6
1.3.2　带符号位二进制数补码运算 8
1.4　二进制编码 8
1.4.1　二—十进制编码 9
1.4.2　字符编码 9
1.5　校验码 11
习题 12
第2章　逻辑代数基础 14
2.1　逻辑变量和基本逻辑运算 14
2.2　常见的复合门电路 16
2.3　正负逻辑的概念 18
2.4　逻辑代数的基本定律和运算法则 19
2.4.1　逻辑代数的基本定律 19
2.4.2　逻辑代数的基本运算法则 20
2.5　逻辑函数表达式 21
2.5.1　最小项的概念 21
2.5.2　最大项的概念 23
2.5.3　最大项与最小项的关系 24
2.6　逻辑函数的化简 24
2.6.1　公式化简法 24
2.6.2　卡诺图法化简 25
*2.6.3　无关项的应用 28
习题 29
第3章　CMOS电路基础 31
3.1　MOS器件入门 31
3.1.1　NMOS和 PMOS开关 31
3.1.2　半导体物理知识 32
*3.1.3　MOS管外特性 34
3.2　CMOS反相器 35
3.2.1　CMOS反相器的工作原理 35
*3.2.2　CMOS电路进一步分析 36
3.3　CMOS传输门 38
3.4　其他基本逻辑门电路 39
3.4.1　与非门 39
3.4.2　或非门 40
3.4.3　异或门及同或门 40
习题 41
第4章　组合逻辑电路 42
4.1　组合逻辑电路分析 42
4.2　组合逻辑电路设计 43
4.3　组合逻辑电路应用 47
4.3.1　编码器和译码器 47
4.3.2　数据选择器 51
习题 52
第5章　时序逻辑电路 56
5.1　锁存器和触发器 56
5.1.1　SR锁存器 57
5.1.2　D锁存器和D边沿触发器 58
5.2　特性表和特征方程 62
5.2.1　D触发器特性表和特征方程 62
5.2.2　JK触发器构成及逻辑特性 63
5.2.3　T触发器构成及逻辑特性 64
5.3　同步时序电路分析与设计 65
5.3.1　同步时序电路分析举例 65
5.3.2　时序电路设计举例 67
5.4　典型电路介绍 69
5.4.1　寄存器 69
5.4.2　计数器 70
习题 74
第二部分　中大规模集成电路应用
第6章　半导体存储器和可编程逻辑器件 78
6.1　半导体存储器 78
6.1.1　随机存取存储器 79
6.1.2　只读存储器ROM 83
6.2　可编程逻辑器件介绍 85
6.2.1　大规模PLD的逻辑结构 86
6.2.2　PLD/FPGA一般开发流程 87
习题 88
第7章　硬件描述语言VHDL 90
7.1　硬件描述语言概述 90
7.2　VHDL入门 91
7.3　相对完整的VHDL程序结构 92
7.3.1　库和程序包 92
7.3.2　实体 93
7.3.3　结构体 94
7.3.4　配置语句 95
7.4　结构体行为描述及主要语句应用 95
7.4.1　进程语句的应用 95
7.4.2　顺序控制语句的应用 96
7.4.3　子程序调用 98
7.5　结构体的数据流（逻辑）描述 100
7.6　结构体的结构描述 100
习题 103
第8章　数字电路应用—简单微处理器模型 107
8.1　十分简单的微处理器模型电路 107
8.2　简单微处理器VSM指令集 108
8.3　累加器A电路分析及功能仿真 108
8.4　程序计数器 109
8.5　算术单元 110
习题 111
附录A　逻辑功能仿真软件DSCH应用 112
附录B　MICROWIND初步应用 118
附录C　Quartus Ⅱ6.0软件使用说明 122
附录D　常用逻辑符号对照表 133
附录E　硬件描述语言VHDL的语言要素和常用语句 135
参考文献 148