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第1章 数制与编码1

1.1模拟信号与数字信号1

1.1.1模拟信号与数字信号的概念1

1.1.2数字电路与模拟电路的区别1

1.1.3数字电路的特点2

1.2数字系统中的数制3

1.2.1十进制数表述方法4

1.2.2二进制数表述方法4

1.2.3十六进制数表述方法6

1.2.4八进制数表述方法6

1.3不同数制间的转换7

1.3.1十六进制数、二进制数与十进制数间的转换7

1.3.2十进制数转换为二进制数、十六进制数7

1.3.3二进制数与十六进制数之间的相互转换8

1.4数字系统中数的表示方法与格式9

1.4.1十进制编码9

1.4.2十进制数的BCD码表示方法11

1.4.3字母数字码12

1.4.4码制13

1.4.5用补码进行二进制数计算15

习题17

第2章 逻辑门功能及其电路特性20

2.1基本逻辑门20

2.1.1逻辑代数的三种基本运算模型20

2.1.2基本逻辑代数与逻辑符号21

2.2其他逻辑门及表述23

2.2.1与非门24

2.2.2或非门24

2.2.3异或门25

2.2.4同或门26

2.3其他辅助门电路27

2.3.1三态门27

2.3.2集电极开路逻辑门28

2.4集成电路逻辑门30

2.4.1逻辑门及其基本结构与工作原理31

2.4.2TTL集成电路逻辑门及同类CMOS器件系列35

2.4.3集成电路门的性能参数36

2.4.4TTL与CMOS集成电路的传统接口技术40

2.4.5CMOS与TTL逻辑器件的封装41

习题42

实验45

第3章 逻辑函数运算规则及化简47

3.1概述47

3.2逻辑代数的运算规则47

3.2.1逻辑代数基本公理48

3.2.2逻辑代数的基本定律48

3.2.3摩根定理49

3.2.4逻辑代数的基本规则50

3.3逻辑函数表述方法51

3.3.1逻辑代数表达式51

3.3.2逻辑图表述51

3.3.3真值表表述52

3.3.4卡诺图表述52

3.4逻辑函数的标准形式53

3.4.1最小项表述53

3.4.2最大项表述54

3.4.3标准与或表达式55

3.4.4标准或与表达式55

3.4.5两种标准形式的相互转换55

3.4.6逻辑函数表达式与真值表的相互转换56

3.5逻辑代数化简法57

3.5.1并项化简法57

3.5.2吸收化简法57

3.5.3配项化简法57

3.5.4消去冗余项化简法58

3.6卡诺图化简法59

3.6.1与或表达式的卡诺图表示59

3.6.2与或表达式的卡诺图化简60

3.6.3或与表达式的卡诺图化简62

3.6.4含无关项逻辑函数的化简62

3.6.5多输出逻辑函数的化简63

习题64

第4章 组合电路及其手工分析与设计67

4.1组合逻辑电路分析67

4.1.1组合逻辑电路的定义67

4.1.2组合逻辑电路的手工分析步骤68

4.1.3组合逻辑电路分析68

4.2组合逻辑电路手工设计方法69

4.2.1组合逻辑电路的一般设计步骤69

4.2.2组合逻辑电路的设计示例70

4.3编码器72

4.3.1编码器的基本概念72

4.3.2二进制编码器72

4.3.3二-十进制编码器及其应用74

4.4译码器77

4.4.1译码器的概念77

4.4.2二进制译码器77

4.4.3二-十进制译码器78

4.4.4用通用集成译码器实现逻辑函数79

4.4.5显示控制译码器80

4.5数据选择器与数据分配器83

4.5.1数据选择器83

4.5.2用数据选择器实现逻辑函数85

4.5.3数据分配器86

4.6加法器87

4.6.1半加器87

4.6.2全加器88

4.6.3多位加法器88

4.6.4加法器应用示例89

4.7比较器89

4.7.1一位数值比较器89

4.7.2集成数值比较器90

4.7.3集成数值比较器应用举例91

4.8广义译码器概念92

4.9可编程逻辑器件的结构与原理92

4.9.1PLD概述93

4.9.2可编程逻辑器件的发展历程94

4.9.3可编程逻辑器件的分类95

4.9.4简单PLD结构96

4.10组合逻辑电路的竞争与冒险100

4.10.1险象的判断101

4.10.2险象的解决方法102

习题103

实验106

第5章 组合电路时序分析与自动化设计108

5.1传统数字技术存在的问题108

5.2现代数字系统自动设计流程109

5.2.1设计输入110

5.2.2硬件描述语言111

5.2.3综合111

5.2.4适配112

5.2.5时序仿真与功能仿真112

5.2.6编程下载113

5.2.7硬件测试113

5.3QuartusⅡ简介113

5.4原理图输入设计实例114

5.4.1电路原理图编辑输入114

5.4.2创建工程116

5.4.3功能分析119

5.4.4编译前设置119

5.4.5全程编译120

5.4.6逻辑功能测试122

5.5硬件测试125

5.5.1引脚锁定126

5.5.2对FPGA编程配置127

5.6用HDL来表述广义译码器129

5.6.1用HDL表述真值表与设计129

5.6.2三人表决电路的CASE语句设计133

5.6.3用HDL对真值表的其他表述方式134

实验137

第6章 触发器及含触发器的PLD139

6.1触发器概述139

6.2RS触发器140

6.2.1基本RS触发器140

6.2.2钟控RS触发器141

6.2.3RS触发器的应用143

6.3D触发器144

6.3.1电平触发型D触发器144

6.3.2边沿触发型D触发器145

6.4主从触发器147

6.4.1主从RS触发器147

6.4.2主从JK触发器148

6.4.3边沿触发型JK触发器149

6.5不同类型触发器的相互转换153

6.5.1D触发器转换为JK、T和T′触发器153

6.5.2JK触发器转换为D触发器154

6.6基于D触发器的简易滤波电路设计154

6.7硬件延时电路157

6.8含触发器的PLD结构160

6.8.1通用可编程逻辑器件GAL160

6.8.2复杂可编程逻辑器件CPLD163

6.8.3现场可编程门阵列FPGA166

习题172

实验174

第7章 时序电路的分析与设计176

7.1时序逻辑电路的特点与功能176

7.1.1时序电路的结构176

7.1.2时序电路的分类177

7.2时序电路的手工分析方法178

7.2.1同步时序电路分析178

7.2.2异步时序电路分析180

7.3同步时序逻辑电路的手工设计方法182

7.3.1同步时序电路的基本设计步骤182

7.3.2设计举例183

7.4寄存器186

7.4.1并行寄存器186

7.4.2移位寄存器188

7.5计数器及其手工设计191

7.5.1异步计数器设计191

7.5.2同步计数器设计192

7.6专用集成计数器传统应用198

7.6.1具有同步加载异步清零的4位二进制计数器198

7.6.24位二进制可逆计数器202

7.7计数器通用设计模型202

7.7.1时序逻辑设计方案考察202

7.7.2计数器一般结构模型203

7.7.3基于一般模型的4位二进制计数器设计204

7.7.4基于一般模型的BCD码计数器设计204

7.7.5基于一般模型的模可控计数器设计205

7.7.6基于一般模型的反馈清零法构成模12计数器206

7.7.7基于一般模型的同步加载型计数器设计207

7.7.8基于一般模型的异步加载型计数器设计208

7.7.9基于一般模型的可逆计数器设计及讨论208

7.7.10传统数字技术与现代数字技术之比较209

7.8有限状态机210

习题211

实验214

第8章 时序电路的仿真与自动化设计216

8.1用宏模块设计十二进制计数器216

8.1.1建立工程并编辑电路原理图216

8.1.2时序仿真与进位信号评估217

8.1.3进位控制电路改进218

8.1.4利用预置数据控制计数器进位220

8.2基于一般模型的任意进制计数器设计221

8.2.1基于一般模型的十进制计数器设计221

8.2.2含自启动电路的十进制计数器设计223

8.2.3有限状态机讨论224

8.3任意进制异步控制型计数器设计225

8.44位同步自动预置型计数器设计226

8.5基于LPM宏模块的计数器设计228

8.6步进电机控制电路设计232

8.6.1步进电机原理简介232

8.6.2步进电机单向旋转控制电路设计233

8.6.3步进电机双向旋转控制电路设计235

8.7模型电饭煲状态机控制电路设计237

8.8序列检测器状态机设计241

实验243

第9章 半导体存储器及其应用244

9.1存储器概述244

9.1.1存储器分类244

9.1.2半导体存储器的性能指标245

9.2随机存取存储器246

9.2.1RAM的分类及其结构246

9.2.2SRAM的结构248

9.2.3DRAM存储数据原理250

9.2.4SRAM的扩展方法251

9.3只读存储器252

9.3.1ROM分类与结构252

9.3.2掩膜ROM253

9.3.3可编程ROM结构原理254

9.3.4其他类型的存储器258

9.4FPGA中的嵌入式存储器259

9.5存储器应用示例260

9.5.1利用LPM_ROM设计查表式硬件乘法器260

9.5.2简易逻辑分析仪设计263

习题268

实验269

第10章 D/A与A/D转换器及其应用271

10.1概述271

10.2D/A转换器272

10.2.1D/A转换原理与结构272

10.2.2二进制权电阻网络D/A转换器273

10.2.3倒T型电阻网络D/A转换器274

10.2.4D/A转换器的主要技术参数275

10.2.5DAC专用器件及应用举例276

10.2.6DAC0832及其应用278

10.3A/D转换器280

10.3.1A/D工作原理280

10.3.2A/D转换器工作原理281

10.3.3A/D转换器的主要技术参数283

10.3.4典型集成A/D转换器及应用284

10.4简易正弦信号发生器设计287

10.4.1工作原理287

10.4.2定制ROM的初始化波形数据文件288

10.4.3定制LPM元件289

10.4.4完成顶层设计290

10.5A/D采样控制状态机电路设计291

10.5.1控制原理291

10.5.2ADC采样控制电路设计292

10.5.3状态译码器设计293

10.5.4时序仿真与时序分析294

10.5.5硬件实现与硬件实测295

习题295

实验296

第11章 数字系统综合设计298

11.18位十进制数字频率计设计298

11.1.1测频原理298

11.1.22位十进制计数器设计299

11.1.38位十进制计数器设计301

11.1.432位寄存器设计302

11.1.5时序控制器设计302

11.1.6顶层电路设计与测试304

11.1.7在FPGA中完成硬件实测305

11.2简易电子琴设计305

11.2.1电子琴顶层设计305

11.2.2电子琴主控模块PIANO_B电路结构306

11.2.311位二进制可预置型计数器设计308

11.2.4LPM_ROM型音符预置数存储器设置309

11.2.5时序仿真测试与硬件实现311

11.3乐曲自动演奏电路设计311

11.3.1自动演奏原理和实现方案311

11.3.2电路设计312

11.4DDS信号发生器设计314

11.4.1DDS实现原理314

11.4.2DDS信号发生器设计317

11.4.3DDS信号发生器仿真与测试319

11.5数字移相信号发生器设计320

11.6移位相加型8位硬件乘法器设计321

11.7简易数字存储示波器设计322

11.7.1电路结构与工作原理323

11.7.2时序分析325

11.7.3硬件测试326

实验326

附录329

附录1 mif文件生成器使用方法329

附录2 数字电子技术实验系统简介330

附录3 电子琴音阶与中心频率对照表332

参考文献334