數字邏輯（第七版·立體化教材）

成書過程

修訂情況

該教材是北京郵電大學計算機學院、西安交通大學計算機科學與技術學院、西北工業大學電子信息學院、華南理工大學計算機科學與工程學院、中國石油大學信息科學與工程學院、清華大學科教儀器廠等單位的教師和工程師們的合作成果。

考慮到與軟體設計工具保持一致，該書中的邏輯圖符採用國際通用符號。高荔、楊秦、張傑、靳秀國等老師參與了第七版教材配套教學儀器和教學軟體的研製。中國科學院陳國良院士審閱了該書。清華大學科教儀器廠李鴻儒教授、陳玉春工程師給予了支持。美國Lattice半導體有限公司和Xilinx公司提供了可程式器件的資料和設計工具。

出版工作

2020年12月，《數字邏輯（第七版·立體化教材）》由科學出版社出版。

出版工作人員

責任編輯	責任校對	責任印製	封面設計
于海雲、醫敏、毛瑩	王瑞	霍兵	迷底書裝

內容簡介

全書內容共7章：第1章開關理論基礎，介紹了二進制系統、數字積體電路等內容。第2章組合邏輯，介紹了組合邏輯、奇偶校驗器等內容。第3章時序邏輯，介紹了鎖存器、移位暫存器等內容。第4章存儲邏輯，介紹了特殊存儲部件、唯讀存儲器ROM等內容。第5章可程式邏輯，介紹了可程式陣列、時序模擬等內容。第6章數字系統，介紹了數據通路、匯流排結構等內容。第7章A/D轉換、D/A轉換，介紹了採樣定理、模數轉換過程等內容。

教材目錄

第1章開關理論基礎 1

1.1 二進制系統 1

1.1.1 連續量和離散量 1

1.1.2 開關量 2

1.1.3 數字波形 3

1.2 數制與碼制 4

1.2.1 進位計數制 4

1.2.2 進位計數制的相互轉換 6

1.2.3 二進制編碼 7

1.3 邏輯函式及其描述工具 9

1.3.1 邏輯函式的基本概念 9

1.3.2 邏輯函式的描述工具 10

1.3.3 基本邏輯運算 11

1.3.4 正邏輯、負邏輯、三態門 15

1.4 布爾代數 16

1.4.1 布爾代數的基本定律 16

1.4.2 布爾代數運算的基本規則 17

1.4.3 用布爾代數簡化邏輯函式 17

1.5 卡諾圖 20

1.5.1 卡諾圖的結構與特點 20

1.5.2 用卡諾圖簡化邏輯函式 24

1.6 數字積體電路 27

1.6.1 積體電路的製造技術類型 27

1.6.2 積體電路的封裝類型 28

1.6.3 積體電路的規模類型 29

1.6.4 積體電路的使用特性 29

小結 31

習題 31

第2章組合邏輯 33

2.1 組合邏輯分析 33

2.1.1 逐級電平推導法 33

2.1.2 列寫布爾表達式法 34

2.1.3 數字波形圖分析法 35

2.1.4 列寫邏輯電路真值表法 35

2.1.5 組合邏輯中的競爭冒險 36

2.2 組合邏輯設計 38

2.2.1 組合邏輯設計步驟 38

2.2.2 邏輯問題的描述 38

2.2.3 利用任意項的邏輯設計 41

2.3 組合邏輯電路的等價變換 42

2.3.1 德摩根定理的套用 42

2.3.2 與非門、或非門作為通用元件 43

2.3.3 利用與非門/非或門進行等價變換 44

2.3.4 邏輯函式的“與或非”門實現 44

2.4 數據選擇器與分配器 44

2.4.1 數據選擇器 44

2.4.2 數據分配器 46

2.5 解碼器和編碼器 47

2.5.1 解碼器 47

2.5.2 編碼器 49

2.6 數據比較器和加法器 52

2.6.1 數據比較器 52

2.6.2 加法器 53

2.7 奇偶校驗器 55

2.7.1 奇偶校驗的基本原理 55

2.7.2 具有奇偶校驗的數據傳輸 56

小結 57

習題 57

第3章時序邏輯 60

3.1 鎖存器 60

3.1.1 鎖存器的基本特性 60

3.1.2 基本SR鎖存器 61

3.1.3 門控SR鎖存器 62

3.1.4 門控D鎖存器 63

3.2 觸發器 64

3.2.1 SR觸發器 64

3.2.2 D觸發器 67

3.2.3 JK觸發器 67

3.2.4 觸發器的套用和時間參數 70

3.3 暫存器和移位暫存器 71

3.3.1 暫存器 71

3.3.2 移位暫存器 72

3.4 計數器 74

3.4.1 同步計數器 74

3.4.2 異步計數器 77

3.4.3 中規模集成計數器及套用 79

3.5 定時脈衝產生器 84

3.5.1 時鐘脈衝源電路 84

3.5.2 節拍脈衝產生器 86

3.5.3 數字鐘 88

3.6 同步時序邏輯分析 89

3.6.1 同步時序邏輯電路的描述工具 89

3.6.2 同步時序邏輯電路分析的一般方法 90

3.7 同步時序邏輯設計 94

3.7.1 同步時序邏輯設計方法和步驟 94

3.7.2 建立原始狀態表的方法 97

3.7.3 狀態編碼 98

小結 102

習題 103

第4章存儲邏輯 106

4.1 特殊存儲部件 106

4.1.1 暫存器堆 106

4.1.2 暫存器佇列 107

4.1.3 暫存器堆疊 108

4.2 隨機讀寫存儲器RAM 109

4.2.1 RAM的邏輯結構 109

4.2.2 地址解碼方法 110

4.2.3 SRAM存儲器 112

4.2.4 DRAM存儲器 114

4.3 唯讀存儲器ROM 116

4.3.1 掩模ROM 116

4.3.2 可程式ROM 118

4.4 FLASH存儲器 120

4.4.1 FLASH存儲元 120

4.4.2 FLASH存儲器的基本操作 121

4.4.3 FLASH存儲器的陣列結構 122

*4.5 存儲器容量的擴充 123

4.5.1 字長位數擴展 123

4.5.2 字存儲容量擴展 124

小結 125

習題 125

第5章可程式邏輯 126

5.1 PLD的基本概念 126

5.1.1 可程式陣列 126

5.1.2 PLD的類型 129

5.2 現場可程式門陣列FPGA 131

5.2.1 FPGA的基本結構 131

5.2.2 可組態邏輯塊CLB 131

5.2.3 SRAM為基礎的FPGA 133

5.3 在系統可程式ISP 134

5.3.1 ispLSI器件的體系結構 135

5.3.2 EPM7128S器件的體系結構 140

5.3.3 在系統編程原理 142

5.4 可程式邏輯的原理圖方式設計 144

5.4.1 編程環境和設計流程圖 144

5.4.2 設計輸入 146

5.4.3 功能模擬 148

5.4.4 綜合和實現（軟體）149

5.4.5 時序模擬 150

5.4.6 器件下載 151

5.5 可程式邏輯的VHDL文本方式設計 151

5.5.1 VHDL的基本概念 151

5.5.2 VHDL的組合邏輯設計 153

5.5.3 VHDL的時序邏輯設計 157

小結 160

習題 160

第6章數字系統 162

6.1 數字系統的基本概念 162

6.1.1 一個數字系統實例 162

6.1.2 數字系統的基本模型 163

6.1.3 數字系統與邏輯功能部件的區別 164

6.2 數據通路 165

6.2.1 匯流排結構 165

6.2.2 數據通路實例 167

6.3 由頂向下的設計方法 168

6.3.1 數字系統的設計任務 168

6.3.2 算法狀態機和算法流程圖 169

6.4 小型控制器的設計 172

6.4.1 控制器的基本概念 172

6.4.2 計數器型控制器 173

6.4.3 多路選擇器型控制器 176

6.4.4 定序型控制器 177

6.5 數字系統設計實例 179

6.5.1 由頂向下——子系統的劃分 179

6.5.2 小型控制器的實現方案 181

小結 182

習題 182

第7章 A/D轉換、D/A轉換 185

7.1 數位訊號處理的基本概念 185

7.2 A/D轉換 186

7.2.1 採樣定理 186

7.2.2 模數轉換過程 186

7.2.3 A/D轉換器 188

7.2.4 ADC的性能參數 192

7.3 D/A轉換 192

7.3.1 權電阻DAC 192

7.3.2 R-2RT型DAC 193

7.3.3 R-2R倒T型DAC 194

7.3.4 DAC的性能參數 195

小結 195

習題 196

參考文獻 199

附錄《數字邏輯》（第七版·立體化教材）配套教材與教學設備

（註：教材目錄從左到右列）

教學資源

配套教材

《數字邏輯（第七版·立體化教材）》有配套教材《數字邏輯習題解析與實驗教程（第七版）》。

書名	作者	ISBN	出版時間	出版社
《數字邏輯（第七版·立體化教材）》	白中英、朱正東	9787030641090	2021年6月	科學出版社

教材特色

該教材教學內容上力求基礎性與時代性的統一。尤其對計算機類專業，該書注重與後續課程的內容銜接，保證了後續課程的順利進行和教學質量。

該教材採用文字主輔教材、多媒體課件、教學儀器、教學實驗、課程設計等綜合配套，形成了理論、實驗、設計三個過程相統一的立體化教學體系。

獲得榮譽

2001年北京市教育教學成果二等獎。

作者簡介

白中英，男，北京郵電大學計算機學院二級教授，碩士生導師。研究方向：計算機系統結構、網路安全。

朱正東，男，1963年11月出生於江蘇宜興，工學博士、研究員、博士生導師。主要研究方向：高性能計算、雲計算和大數據。