新编数字逻辑电路(第2版1).

2019/12/291新编数字逻辑电路（第2版）2019/12/292目录第1章数制与编码第2章逻辑代数和硬件描述语言基础第3章门电路第4章组合逻辑电路第5章触发器第6章时序逻辑电路第7章脉冲单元电路第8章数模与模数转换第9章半导体存储器第10章可编程逻辑器件2019/12/293第1章数制与编码1.1概述1.2数制及其转换1.3编码1.4现代数字系统设计方法2019/12/294第2章逻辑代数基础2.1逻辑代数基本概念2.2逻辑代数运算法则2.3逻辑函数的表达式2.4逻辑函数的简化法2.5VerilogHDL基础2.6同步练习2019/12/295第3章门电路3.1概述3.2晶体管的开关特性3.3分立元件门3.4TTL集成门3.5其他双极型的集成门3.6MOS集成门3.7基于VerilogHDL的门电路设计2019/12/296第4章组合逻辑电路4.1概述4.2常用组合逻辑电路4.3组合逻辑电路设计4.4组合逻辑电路的竞争-冒险现象4.5同步练习2019/12/297第5章触发器5.1概述5.2基本RS触发器5.3钟控触发器5.4集成触发器5.5触发器之间的转换5.6触发器的设计5.7同步练习2019/12/298第6章时序逻辑电路6.1概述6.2寄存器和移位寄存器6.3计数器6.4时序逻辑电路的传统设计方法6.5时序逻辑电路的现代设计方法6.6同步练习2019/12/299第7章脉冲单元电路7.1概述7.2施密特触发器7.3单稳态触发器7.4多谐振荡器2019/12/2910第8章数模和模数转换8.1概述8.2数模（D/A）转换8.3模数（A/D）转换2019/12/2911第9章半导体存储器9.1概述9.2随机存储器9.3只读存储器9.4基于VerilogHDL的存储器设计9.5半导体存储器的应用2019/12/2912第10章可编程逻辑器件10.1可编程逻辑器件的基本原理10.2可编程逻辑器件的设计技术10.3可编程逻辑器件的编程与配置2019/12/2913第1章数制与编码1.1概述1.1.1模拟电子技术和数字电子技术模拟电子技术是分析和处理模拟信号的技术，模拟信号（如正弦波）具有在数值上和时间上都是连续的特点。使用的主要器件：晶体管——工作在线性区（即放大区）——用于构成信号的放大和正弦振荡电路。本章介绍脉冲信号和数字信号的特点、数制及其转换、二-十进制编码和字符编码。数字电子技术是分析和处理数字信号的技术，数字信号（如矩形波）具有在数值上和时间上都是不连续的特点，使用的主要器件：晶体管，但工作在非线性区（即截止区和饱和区），构成信号的开关电路。2019/12/29141.1.2脉冲信号和数字信号狭义：脉冲信号是指在短时间内突然作用的信号。广义：除了正弦波或若干个正弦波合成的信号以外的信号都可以称为脉冲信号。特点：脉冲波形是不连续的，但一般都有周期性。图1.1各种脉冲信号波形(b)矩形波(d)三角波(e)尖峰波(f)钟形波(a)脉冲信号(c)锯齿波2019/12/2915数字信号是指由高低两种电平构成的矩形波，通常用“1”表示高电平，用“0”表示低电平。把矩形波按周期划分，就可以得到由0和1构成的符号组合，如：“110100011”，它可以代表二进制数字，所以把矩形波称为数字信号。数字信号也是一种脉冲信号。1101000111.1.3数字电路的特点①数字电路只有“与”“或”“非”三种基本电路，电路简单，而且容易实现。2019/12/2916②数字电路容易实现集成化，数字集成电路（IC）具有体积小、功耗低、可靠性高。③数字电路用0和1两种状态来表示信息，便于信息的存储、传输和处理。④数字电路能够对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算。能按照人们设计好的规则，进行逻辑推理和逻辑判断，得出相应的输出结果，即数字电路具有逻辑思维能力，它是计算机以及智能控制电路的基本电路2019/12/29171.2数制及其转换1.2.1数制及其转换1.数制——十进制、二进制、八进制和十六进制。（1）十进制用0～9十个符号来表示数，基数：i=10（符号个数）权值：10i进位规则：“逢十进一”或“借一当十”11010)(nmiiikD(125.625)10=1×102+2×101+5×100+6×10-1+2×10-2+5×10-32019/12/2918（2）二进制用0和1两个符号表示数，基数是2，权值为2i。进位规则：“逢二进一”或“借一当二”122)(nmiiikD任意一个二进制数D均可展开为：(1101.101)2=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=(13.625)102019/12/2919（3）八进制用0～7八个符号表示数，基数：8，权值：8i进位规则：“逢八进一”或“借一当八”任意一个八进制数D均可展开为：188)(nmiiikD(376.65)8=3×82+7×81+6×80+6×8-1+5×8-2=(254.828125)102019/12/2920（4）十六进制数用0～9和A～F十六个符号表示数，基数：16，权值：16i进位规则：“逢十六进一”或“借一当十六”任意一个十六进制数D均可展开为：11616)(nmiiikD(1FD.6C)16=1×162+15×161+13×160+6×16-1+12×16-2=(509.421875)102019/12/2921在数字电路中，可以用括弧加下注脚的方式，或者用在数字后面加数制前缀或后缀的方式。例如，在VerilogHDL中十进制数的前缀为“D”或“d”（Decimal）二进制数的前缀为“B”或“b”（Binary）八进制数的前缀为“O”或“o”（Octonary）十六进制数的前缀为“H”或“h”（Hexadecimal）。例如在硬件描述语言VerilogHDL中(25)10=‘d25（25D)=25（十进制数的前缀或后缀可略）(1101.101)2=‘b1101.101(1101.101B)(76.56)8=‘o76.56(76.56O)(1FD.6C)16=‘h1FD.6C(1FD.6CH)2019/12/29222.数制之间的转换十进制数到N进制数的转换整数部分：除以N看余数小数部分：乘以N看向整数的进位例如：求（62.625）10＝？262…余数=0=k0（LSB）231…余数=1=k1215…余数=1=k227…余数=1=k323…余数=1=k421…余数=1=k5（MSB）0.625x21.250进位“1”（MSB）x20.50进位“0”x21.0进位“1”（LSB）（62.625）10＝（111110.101）22019/12/2923（2）N进制数转换为十进制数方法：按权展开(1101.011)2=1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-3=8+4+0+1+0.0+0.25+0.125=(13.375)10(376.65)8=3×82+7×81+6×80+6×8-1+5×8-2=(254.828125)10(1FD.6C)16=1×162+15×161+13×160+6×16-1+12×16-2=(509.421875)102019/12/2924（3）二进制数与八进制数之间的转换因为23=8，因此3位二进制数对应1位八进制数，而1位八进制数对应3位二进制数。例如：(11010011.1101101)2=(323.664)8(174.536)8=(1111100.10101111)2（4）二进制数与十六进制数的转换因为24=16，所以4位二进制数对应1位十六进制数，而1位十六进制数对应为4位二进制数。例如：(11010011.1101101)2=(D3.DA)16(17C.5F)16=(101111100.01011111)22019/12/29251.3编码十进制数8421码2421码5211码余3码00000000000000011100010001000101002001000100100010130011001101010110401000100011101115010101011000100060110011010011001701110111110010108100011101101101191001111111111100权值842124215211无1.3.1二-十进制编码（BCD码）2019/12/29260000010100111001011101110000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB’7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.N^n~1111SIUS/?O-oDEL1.3.2字符编码（ASCII码）2019/12/2927ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）用7位二进制符号（a7a6a5a4a3a2a1）来表示字符和命令例如：数字‘0’的ASCII码是0110000B或30H‘9’是0111001B或39H‘A’是1000001B或41H‘a’是1100001B或61H用途与特点：（1）ASCII码是计算机与外部设备交换信息的字符编码计算机外部设备（键盘、显示器、打印机）ASCII码2019/12/2928ASCII码有大小之分空格(20H)数字（‘0’‘1’…‘9’)大写字母(‘A’‘B’…‘Z’)小写字母（‘a’‘b’…‘z’)作业：1.2，1.3，1.4，1.52019/12/29291.4现代数字系统设计流程（方法）设计准备设计输入原理图、HDL、波形图设计处理编译、综合、优化、适配、分割、布局、布线器件编程设计完成设计仿真硬件验证电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation，EDA）2019/12/2930设计准备是指设计者在进行设计之前，依据任务要求，确定系统所要完成的功能及复杂程度，器件资源的利用、成本等所要做的准备工作，如进行方案论证、系统设计和器件选择等。1.4.1设计准备1.4.2设计输入设计输入是指将设计的数字系统或电路按照EDA开发软件要求的某种形式表示出来，并送入计算机的过程。设计输入有多种方式，包括采用硬件描述语言（如VHDL和VerilogHDL等）进行设计的文本输入方式、图形输入方式和波形输入方式，或者采用文本、图形两者混合的设计输入方式。2019/12/29311.4.3设计处理设计处理是EDA设计中的核心环节。在设计处理阶段，编译软件将对设计输入文件进行逻辑化简、综合和优化，并适当地用一片或多片器件自动地进行适配，最后产生编程用的编程文件。设计处理主要包括设计编译和检查、逻辑优化和综合、适配和分割、布局和布线、生成编程数据文件等过程。1.4.4设计仿真设计仿真——验证设计2019/12/29321.4.5器件编程编程是指将设计处理中产生的编程数据文件通过软件放到具体的可编程逻辑器件中去的过程。1.4.6器件测试和设计验证设计验证可以在EDA硬件开发平台上进行。EDA硬件开发平台的核心部件是一片可编程逻辑器件FPGA或CPLD，再附加一些输入输出设备，如按键、数码显示器、指示灯、喇叭等，还提供时序电路需要的时钟脉冲源。将设计电路编程下载到FPGA或CPLD中后，根据EDA硬件开发平台的操作模式要求，进行相应的输入操作，然后检查输出结果，验证设计电路。2019/12/293