本书主要介绍数字电子与逻辑设计的基础知识。主要内容有数字逻辑基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲产生电路、数/模和模/数转换器，用Verilog HDL语言设计频率计的实例、门电路简介。

本书除了介绍上述内容，在附录部分还介绍了如何利用Multisim软件和MATLAB软件的仿真功能实现数字电路的仿真，并详细介绍了如何利用Quartus II软件进行简单数字系统的编辑和时序仿真的方法，以帮助学生掌握EDA的基本概念和技术。

本书适合作为电气信息类各专业本科生学习数字电路与逻辑设计课程的教材。
 

随着信息科学时代的到来，计算机已从单纯的计算工具发展成为信息处理及复杂控制系统的主要组成部分。当今世界，计算机已经渗透到科研、生产和管理部门的各个领域，对人们的社会生活和生产实践产生了深刻的影响。为了适应计算机技术普及和应用的需要，有必要对计算机和电气信息类专业的基础课程数字电路与逻辑设计教材的内容进行更新，及时地向学生介绍数字电路与逻辑设计领域的最新知识和技术。

在以前数字电路与逻辑设计的课程中，采用小规模集成电路来搭建简单的数字系统。随着大规模集成电路价格的下降，用小规模集成电路来开发数字系统的方法将要逐渐被淘汰，取而代之的是借助EDA开发工具，用Verilog HDL或者VHDL语言来描述电路，然后用FPGA或者CPLD芯片来实现电路。

Verilog HDL语言具有简单易学的特点，根据在应用中学习语言的规律，本教材在相关的章节中，采用现学现用的方法，向学生介绍用Verilog HDL语言来描述小规模集成电路的内容，并用Quartus Ⅱ软件实现该电路时序图的仿真。使学生能够在学习数字电路与逻辑设计课程内容的同时，也学会用Verilog HDL语言来描述简单数字系统的方法，并利用Verilog HDL语言来设计和实现简单的数字系统，为后续课程进一步学习EDA技术打下扎实的基础。

本教材的特色是：为了使学生在学习数字电路与逻辑设计课程的同时，掌握用Verilog HDL语言来描述小规模集成电路的方法，在介绍各种小规模集成电路的过程中都采用设计电路的方法来叙述，以强化学生数理逻辑的设计思路和根据所设计的逻辑表达式来编写Verilog HDL语言的能力。为了帮助学生掌握数字电路与逻辑设计课程的重点，叙述时注意引导学生对逻辑设计思路的理解，强化设计推理的过程，注意引导学生开放性的思维方法，利用不同的方法来描述相同的逻辑电路，让学生掌握一题多解的方法，以加深学生对基本概念和基础知识的理解，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的综合素质。

同时，本教材为了使没有开设模拟电路课程专业的学生也能学好数字电路与逻辑设计的课程，将介绍门电路的内容移到最后，并作为选修的内容。为了帮助这些学生使用传统的逻辑器件，在相关的章节中增加了Multisim软件仿真的内容，引导学生利用Multisim软件进行理论和解题答案的验证，使学生能够学好理论知识，并根据仿真实验的结果来判断解题答案的正确性，同时仿真软件实验的验证还可以看成是实验课的预习，学生通过在仿真软件的环境中搭建电路，观察结果，达到熟悉实验电路、了解实验结果的目的，在实验室中用Quartus Ⅱ软件的原理图编辑功能来编辑电路，并在EDA开发板上完成实验，做到理论联系实际，培养学生的实际动手能力。

本教材由闽江学院物理与电子信息工程系的陈利永教授，福建师范大学数学与计算机科学学院的陈家祯副教授和福建师范大学协和学院的蔡银河老师，根据教学和实验改革的材料整理而成。在整理的过程中得到教育部电子科学与技术专业教学指导分委员会立项项目“电子技术基础课程改革的实践（项目编号C51）”课题的支持，并得到了福建省本科院校“电路与系统”重点学科建设项目的支持。本课程的体系结构已在福建师范大学数学与计算机科学学院的计算机专业，福建师范大学协和学院和闽江学院相关专业的本科教学中试用五届，收到了很好的教学效果。

感谢闽江学院院长助理兼教务处处长黄高宪教授，物理与电子信息工程系的主任李玉良教授对编者在闽江学院所从事教学改革的支持；感谢福建师范大学数学与计算机科学学院院长吴子文教授对编者在福建师范大学工作期间所从事教学改革的支持；感谢福建师范大学的叶锋老师为编者使用MATLAB和QuartusⅡ软件所提供的帮助；感谢福建师范大学协和学院陈祖武、陈清华老师和闽江学院刘诗笺、张红老师对本书的写作所提供的帮助，感谢福建师范大学协和学院的陈昕老师为作者画电路图所提供的帮助。

限于编者的水平，书中疏漏和不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
 


编 者

2011年4月

第1章  数字逻辑基础

1.1  概述

1.1.1  数字电路与逻辑设计课程所研究的问题

1.1.2  数制

1.1.3  数制的转换

1.1.4  码制

1.1.5  数值信息在数字系统中的表示

1.1.6  实数在数字系统中的表示

1.1.7  算术运算

1.2  逻辑代数基础

1.2.1  逻辑“与”关系

1.2.2  逻辑“或”关系

1.2.3  逻辑“非”关系

1.2.4  逻辑运算的复合关系

1.2.5  正逻辑和负逻辑

1.3  逻辑代数的基本关系式和常用公式

1.3.1  逻辑代数的基本关系式

1.3.2  基本定律

1.3.3  常用的公式

1.3.4  基本定理

1.4  逻辑函数的表示方法

1.4.1  逻辑函数的表示方法

1.4.2  逻辑函数的真值表表示法

1.4.3  逻辑函数式

1.4.4  逻辑图

1.4.5  工作波形图

1.5  逻辑函数式的化简

1.5.1  公式化简法

1.5.2  逻辑函数的卡诺图化简法

1.5.3  具有无关项的逻辑函数的化简

1.6  研究逻辑函数的两类问题

1.6.1  给定系统分析功能

1.6.2  给定逻辑问题设计系统

1.7  用Verlog HDL语言实现三态门的方法

小结

习题和思考题

第2章  组合逻辑基础

2.1  概述

2.1.1  组合逻辑电路的特点

2.1.2  组合逻辑电路的分析和综合方法

2.2  常用的组合逻辑电路

2.2.1  编码器

2.2.2  优先编码器

2.2.3  译码器

2.2.4  显示译码器

2.2.5  数据选择器

2.2.6  加法器

2.2.7  数值比较器

2.2.8  只读存储器（ROM）

2.2.9  可编程逻辑器件（PLD）

2.3  综合例题

2.4  组合逻辑电路中的竞争-冒险现象

2.4.1  竞争-冒险现象

2.4.2  竞争-冒险现象的判断方法

小结

习题和思考题

第3章  时序逻辑电路

3.1  概述

3.2  触发器的电路结构和动作特点

3.2.1  基本RS触发器的电路结构和动作特点

3.2.2  同步RS触发器的电路结构和动作特点

3.2.3  主从RS触发器的电路结构和动作特点

3.2.4  由COMS传输门组成的边沿触发器

3.3  触发器逻辑功能的描述方法

3.3.1  RS触发器

3.3.2  D触发器

3.3.3  JK触发器

3.3.4  T触发器

3.3.5  触发器逻辑功能的转换

3.4  时序逻辑电路的分析方法

3.5  常用的时序逻辑电路

3.5.1  寄存器和移位寄存器

3.5.2  随机存取存储器

3.5.3  同步计数器

3.5.4  移位寄存器型计数器和顺序脉冲发生器

3.5.5  序列信号发生器

3.6  时序逻辑电路分析设计综合例题

小结

习题和思考题

第4章  脉冲产生电路, 数/模和模/数转换器

4.1  方波信号发生器

4.1.1  石英晶体振荡器

4.1.2  555定时器的应用

4.1.3  用555定时器组成施密特电路

4.1.4  用555定时器组成单稳态电路

4.1.5  用555定时器组成多谐振荡器

4.2  模/数、数/模转换器概述

4.2.1  权电阻网络D/A转换器

4.2.2  A/D转换器的基本组成

4.2.3  直接A/D转换器

4.3  A/D和D/A转换器的使用参数

4.3.1  A/D和D/A转换器的转换精度

4.3.2  A/D和D/A转换器的转换速度

小结

习题和思考题

第5章  用Verilog HDL语言设计频率计的实例

5.1  数字系统的层次化结构设计

5.2  两位十进制数字频率计的层次结构框图

5.2.1  在QuartusⅡ中实现计数器的电路

5.2.2  在QuartusⅡ中实现测频时序控制电路的设计

5.2.3  频率计显示译码器电路的设计

5.2.4  频率计顶层电路的设计

5.2.5  将设计文件下载到芯片上的方法

第6章  门电路简介

6.1  概述

6.2  TTL集成门电路

6.2.1  TTL门电路的组成及工作原理

6.2.2  TTL门电路的输入特性曲线和输出特性曲线

6.2.3  集电极开路的门电路（OC门）

6.2.4  三态门电路（TS门）

6.3  COMS门电路

6.3.1  CMOS反相器电路的组成和工作原理

6.3.2  CMOS与非门电路的组成和工作原理

6.3.3  CMOS或非门电路的组成和工作原理

6.3.4  CMOS传输门电路的组成和工作原理

6.4  集成电路使用知识简介

6.4.1  集成门电路的主要技术指标

6.4.2  多余输入脚的处理

6.4.3  TTL与CMOS的接口电路

小结

习题和思考题

附录A  期末练习题

附录B  Multisim软件在数字电路中的应用

附录C  用MATLAB的Simulink环境实现数字逻辑电路的仿真

附录D  EDA技术在数字电路设计中的应用

无

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