本书按照数字系统的发展历程，在简要介绍小规模集成电路(门电路) 的基础上，重点介绍中规模集成电路(组合逻辑电路、时序逻辑电路)、大规模集成电路(存储器电路、ADC、DAC等电路)的功能特点、分析与设计方法，以及典型应用。与其他同类书籍相比，本书增加了在系统编程技术、VHDL技术等超大规模集成电路的分析与设计方面的内容，使学习者了解并熟悉数字系统设计方法发生的革命性变化，并能够采用这些技术进行数字电路的设计。
数字电路与逻辑设计
胡全连 主编
郑 周新 李斌 参编
周琪云 主审
“数字电路与逻辑设计”是计算机科学与技术类各专业必修的一门重要专业技术基础课程，也是信息学科各专业的平台课程。掌握数字系统的基本概念和基础知识，建立数字系统的分析与设计的思维方式，对后续课程的学习具有非常重要的影响。
本书以逻辑代数理论、逻辑门外部性质为基础，以数字逻辑的基础理论、基本电路的分析和设计为重点，注重概念的清晰与内容的实际应用，强化各种规模逻辑器件的外部功能及其应用，淡化其内部结构的理论分析。
同时，由于Verilog HDL语言简单易学及其在IC设计领域普遍使用，本书最后以Verilog HDL语言为例，介绍了硬件描述语言及其编程应用。
本书是作者在总结多年从事“数字电路与逻辑设计”课程教学工作经验的基础上，结合电子技术的发展趋势及后续课程的需要编写的。考虑到“数字电路与逻辑设计”是计算机各相关专业的专业基础课，掌握数字系统的基本概念和基础知识，建立数字系统的分析与设计的思维方式，对后续课程的学习具有非常重要的影响；同时，考虑到教材面向的对象主要是没有学习过“电路分析”、“模拟电子电路”等先导课程的大学一年级学生，因此，本教材以逻辑代数理论、逻辑门外部性质为基础，以数字逻辑的基础理论及基本电路的分析、设计为重点，注重概念的清晰与内容的实际应用，强化各种规模逻辑器件的外部功能及其应用，淡化了其内部结构的理论分析，压缩了脉冲电路的内容。由于Verilog HDL语言简单易学，且在IC设计领域更为流行，因此本书以Verilog HDL语言为例介绍了硬件描述语言及其编程应用。
全书共分8章。第1章绪论，主要介绍常用的数制及其转换、数字系统中常用的编码。第2章逻辑代数基础，主要介绍逻辑代数中的基本规律、逻辑函数描述方法及逻辑函数的化简。第3章组合逻辑电路，主要介绍逻辑门、组合逻辑电路的分析与设计、常用组合逻辑芯片及其应用。第4章时序逻辑电路，主要介绍触发器、时序逻辑电路的分析与设计、常用时序逻辑芯片及其应用。第5章半导体存储器，主要介绍半导体存储器的工作原理及其应用。第6章可编程逻辑器件，主要介绍可编程逻辑器件的原理及其应用。第7章脉冲单元电路，主要介绍施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的基本原理以及555定时器的应用。第8章模数及数模转换，主要介绍A/D、D/A转换器的原理及应用。在本书附录部分介绍了Verilog HDL语言及其编程应用。
本教材由胡全连、郑燚、周新、李斌编著，具体分工如下：第1章、第4章由周新执笔，第2章、第3章由胡全连执笔，第5章、第6章由李斌执笔，第7章、第8章及附录部分由郑燚执笔。江西师范大学周琪云教授担任主审。本书在编写过程中，江西师范大学谢芳森教授提出了许多宝贵意见和建议，本书的出版还得到机械工业出版社编辑的大力支持和帮助，在此深表感谢。
作者在编写本教材的过程中，参阅了大量相关教材和专著，在此向各位原著作者致敬。
由于作者水平有限，加之时间仓促，书中难免存在一些缺点和错误，殷切希望广大读者批评指正。
作 者
2012年3月
计算机\硬件
“数字电路与逻辑设计”是计算机科学与技术类各专业必修的一门重要专业技术基础课程，也是信息学科各专业的平台课程。掌握数字系统的基本概念和基础知识，建立数字系统的分析与设计的思维方式，对后续课程的学习具有非常重要的影响。
本教材以逻辑代数理论、逻辑门外部性质为基础，以数字逻辑的基础理论、基本电路的分析和设计为重点，注重概念的清晰与内容的实际应用，强化各种规模逻辑器件的外部功能及其应用，淡化其内部结构的理论分析。
同时，由于Verilog HDL语言简单易学及其在IC设计领域普遍使用，本书最后以Verilog HDL语言为例，介绍了硬件描述语言及其编程应用。
胡全连 主编：备注：内外封署名一致—— 胡全连 主编郑燚 周新 李斌 参编
前言
教学建议
第1章 绪论1
1.1 概述1
1.1.1 数字信号与数字电路1
1.1.2 典型数字系统——数字电子计算机2
1.2 数制及其转换2
1.2.1 进位记数制2
1.2.2 数制间的相互转换4
1.3 带符号数的代码表示6
1.3.1 真值与机器码6
1.3.2 机器码的运算7
1.4 几种常用的代码8
1.4.1 二—十进制编码8
1.4.2 可靠性编码8
1.4.3 字符编码9
本章小结10
习题一11
第2章 逻辑代数基础12
2.1 逻辑代数的基本概念12
2.1.1 逻辑变量12
2.1.2 逻辑运算12
2.1.3 逻辑函数13
2.2 逻辑代数中的公理、定理及重要规则14
2.2.1 逻辑公理14
2.2.2 逻辑定理14
2.2.3 重要规则15
2.3 逻辑函数的表示方法16
2.3.1 真值表16
2.3.2 逻辑表达式16
2.3.3 逻辑电路图21
2.3.4 时序图21
2.3.5 卡诺图21
2.4 逻辑函数的化简21
2.4.1 代数化简法21
2.4.2 卡诺图化简法23
2.4.3 列表化简法28
2.4.4 逻辑函数化简的实际问题32
本章小结34
习题二35
第3章 组合逻辑电路37
3.1 概述37
3.2 集成逻辑门37
3.2.1 门电路逻辑符号及其外部特性37
3.2.2 TTL逻辑门42
3.2.3 CMOS逻辑门46
3.2.4 用Verilog HDL描述逻辑门电路48
3.3 组合逻辑电路的分析50
3.3.1 组合逻辑电路分析方法和分析步骤50
3.3.2 组合逻辑电路分析举例51
3.4 组合逻辑电路的设计52
3.4.1 组合逻辑电路的逻辑门实现52
3.4.2 组合逻辑电路的设计步骤54
3.4.3 组合逻辑电路的设计举例54
3.5 常用集成组合逻辑芯片及其应用57
3.5.1 并行加法器57
3.5.2 编码器与译码器60
3.5.3 数据选择器和数据分配器66
3.5.4 数值比较器69
3.5.5 奇偶校验器70
3.5.6 用Verilog HDL描述组合逻辑电路72
3.6 组合逻辑电路的竞争与冒险75
3.6.1 竞争与冒险75
3.6.2 冒险的判断75
3.6.3 冒险的消除76
本章小结77
习题三77
第4章 时序逻辑电路81
4.1 概述81
4.1.1 时序逻辑电路的结构81
4.1.2 时序逻辑电路的分类82
4.1.3 时序逻辑电路的描述方法83
4.2 触发器85
4.2.1 触发器的基本概念85
4.2.2 基本R-S触发器85
4.2.3 时钟控制的触发器88
4.2.4 不同类型触发器间的相互转换97
4.2.5 用Verilog HDL描述触发器99
4.3 同步时序逻辑电路100
4.3.1 同步时序逻辑电路分析101
4.3.2 同步时序逻辑电路设计104
4.4 脉冲异步时序逻辑电路111
4.4.1 脉冲异步时序逻辑电路分析111
4.4.2 脉冲异步时序逻辑电路设计114
4.5 常用集成时序逻辑芯片及其应用116
4.5.1 计数器116
4.5.2 寄存器119
4.5.3 用Verilog HDL描述时序逻辑电路123
本章小结124
习题四124
第5章 半导体存储器128
5.1 概述128
5.1.1 半导体存储器的特点与应用128
5.1.2 半导体存储器的分类128
5.1.3 半导体存储器的主要技术指标129
5.2 随机存取存储器件（RAM）129
5.2.1 RAM结构129
5.2.2 RAM存储单元130
5.2.3 RAM集成片简介132
5.2.4 RAM存储容量的扩展133
5.3 只读存储器件（ROM）134
5.3.1 固定ROM 134
5.3.2 可编程ROM（PROM）135
5.3.3 可擦除可编程ROM（EPROM）和电可擦可编程ROM（EEPROM）136
5.3.4 用ROM实现组合逻辑函数137
本章小结139
习题五139
第6章 可编程逻辑器件140
6.1 概述140
6.2 可编程逻辑阵列（PLA）器件与可编程阵列逻辑(PAL)器件142
6.2.1 可编程逻辑阵列器件142
6.2.2 可编程阵列逻辑器件143
6.3 通用逻辑阵列（GAL）器件147
6.3.1 GAL器件的基本类型148
6.3.2 PAL型GAL器件148
6.3.3 PLA型GAL器件153
6.3.4 GAL器件的应用154
6.4 复杂可编程逻辑器件（CPLD）155
6.4.1 CPLD的基本结构155
6.4.2 CPLD的分区阵列结构156
6.4.3 典型器件及应用举例159
6.5 现场可编程逻辑（FPGA）器件162
6.5.1 FPGA器件基本结构及特征162
6.5.2 FPGA器件和CPLD的对比166
6.5.3 FPGA的应用举例167
本章小结168
习题六168
第7章 脉冲单元电路169
7.1 脉冲信号与脉冲电路169
7.1.1 脉冲信号169
7.1.2 脉冲电路170
7.2 集成门构成的脉冲单元电路170
7.2.1 施密特触发器170
7.2.2 单稳态触发器173
7.2.3 多谐振荡器177
7.3 555定时器及其应用181
7.3.1 555定时器的电路结构181
7.3.2 用555定时器构成施密特触发器182
7.3.3 用555定时器构成单稳态触发器183
7.3.4 用555定时器构成多谐振荡器184
本章小结185
习题七185
第8章 模数及数模转换187
8.1 概述187
8.2 D/A转换器187
8.2.1 权电阻网络D/A转换器188
8.2.2 倒T型电阻网络D/A转换器189
8.2.3 权电流型D/A转换器190
8.2.4 D/A转换器的主要技术指标190
8.3 A/D转换器191
8.3.1 A/D转换的基本原理191
8.3.2 A/D转换器的主要电路形式194
8.3.3 A/D转换器的主要技术指标197
本章小结198
习题八198
附录 硬件描述语言——Verilog HDL语言200
参考文献233
