数字逻辑与数字系统设计——基于Proteus VSM和Verilog HDL_卢建华、廖雪超、邵平凡_9787302693857

本书介绍了数字电路的基本概念和工作原理，并以Proteus ISIS为辅助工具，用可视化方式实现了数字逻辑电路的分析和设计，有利于加深读者对数字逻辑电路和数字系统设计的理解。与此同时，本书通过大量实例将目前数字系统设计中常用的Verilog硬件描述语言引入数字逻辑电路的设计过程中，使读者尽可能早地接触新的设计方法，不仅为本课程的教学开拓新路，同时也为将此类方法用于后续课程的学习打下良好基础。本书内容包括基础知识、逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑基础、组合逻辑电路、时序逻辑基础、时序逻辑电路、脉冲数字电路、转换电路、可编程逻辑基础、数字系统设计基础等。
本书可作为计算机类、电子类、自动化类等相关专业的本科生教材或教学参考书，也可供相关专业的工程技术人员参考。

数字逻辑与数字系统设计是计算机及其相关专业的一门非常重要的专业基础课，该课程的实践性很强，为此，本书从数字逻辑单元电路到数字系统设计，均结合Proteus ISIS和Verilog HDL进行讲解。
本书共分为11章。第1章主要介绍数制、码制、常用编码以及Proteus ISIS的基本用法。第2章主要介绍逻辑运算和逻辑门的基本特性、逻辑代数的运算规则，以及逻辑函数的表达和化简方法。第3章重点介绍CMOS管门电路和TTL门电路的内部结构和工作特性，以及逻辑门电路的电器特性参数，并在Proteus ISIS环境中进行了仿真测试。第4、5章详细介绍组合逻辑电路，包括各种典型组合逻辑电路的工作原理、分析和设计方法。第6、7章详细介绍时序逻辑电路，包括各类触发器的工作原理、逻辑功能以及典型时序逻辑电路的分析和设计方法。第8章主要介绍多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等数字脉冲电路的结构和工作原理。第9章主要讲解数/模、模/数转换电路的构成和工作原理，并结合常用的集成芯片，分析其工作过程和使用方法。第10章简要介绍GAL、CPLD和FPGA器件的电路结构和工作原理。第11章主要通过几个典型实例在Proteus ISIS环境中的实现，介绍数字系统的设计方法和设计步骤。附录部分对Proteus ISIS仿真工具的用法和Verilog HDL进行简单的介绍，方便读者参考。本书各章都配有作者精选的习题，供读者思考及练习，以巩固相关知识。同时，本书还配有视频资源，供读者扫码观看，以辅助理解知识。
本书由卢建华、廖雪超和邵平凡共同编写。其中，第1、2章由邵平凡编写；第3～6章由廖雪超编写；第7～11章和附录由卢建华编写。本教材建议学时72学时，其中理论学时60，实验学时12。课程学习结束建议安排为时1.5周的课程设计，以提高学生综合运用数字系统设计方法的能力。第10、11章可根据实际情况适当选修。
本书是作者结合多年的教学经验，并在查阅大量参考文献的基础上编写的，力求做到语言通俗易懂、内容严谨、重点突出、分析透彻，但由于作者水平有限，书中难免出现疏漏或不妥之处，衷心地希望广大读者和专家批评指正。

编者2025年3月

第1章基础知识11.1概述1
1.1.1数字信号与模拟信号1
1.1.2数字系统的基本结构2
1.2常用数制及其转换3
1.2.1十进制4
1.2.2二进制4
1.2.3二进制数与十进制数之间的相互转换5
1.2.4八进制数和十六进制数及其与二进制数之间的转换6
1.2.5八进制在数制转换中的桥梁作用7
1.2.6不同数制数据的后缀表示8
1.3带符号二进制数的表示方法9
1.3.1原码9
1.3.2反码10
1.3.3补码11
1.3.4二进制数的加、减法运算12
1.4常用编码13
1.4.1二十进制编码(BCD码)13
1.4.2格雷码15
1.4.3ASCII码15
1.5Proteus软件简介16
1.5.1Proteus简介16
1.5.2Proteus ISIS简介17
1.5.3Proteus ISIS实用快捷键19
小结19
思考题与习题20第2章逻辑代数基础222.1逻辑变量与逻辑函数22
2.2基本逻辑运算与基本逻辑门23◆数字逻辑与数字系统设计基于Proteus VSM和Verilog HDL（第2版）目录
2.2.1逻辑与运算和与门23
2.2.2逻辑或运算和或门24
2.2.3逻辑非运算和非门25
2.2.4基本逻辑门的其他符号表示26
2.2.5由基本逻辑门构成的其他复合门26
2.2.6逻辑门电路的使能禁止特性27
2.3逻辑代数的公式与规则29
2.3.1基本公式29
2.3.2常用公式30
2.3.3关于等式的基本规则31
2.4逻辑函数的表示方法32
2.4.1逻辑真值表32
2.4.2逻辑函数表达式33
2.4.3逻辑图33
2.4.4卡诺图34
2.4.5波形图34
2.5逻辑函数的标准形式34
2.5.1常用的逻辑函数式34
2.5.2逻辑函数的与或式和或与式35
2.5.3最小项和最大项35
2.5.4逻辑函数的标准与或式和标准或与式38
2.6逻辑函数的化简方法39
2.6.1逻辑函数的公式法化简39
2.6.2逻辑函数的卡诺图法化简40
小结48
思考题与习题50第3章逻辑门电路533.1基本逻辑门电路53
3.1.1二极管门电路54
3.1.2三极管非门电路55
3.2TTL门电路58
3.2.1TTL与非门的基本结构和工作原理58
3.2.2TTL与非门的电压传输特性60
3.2.3TTL与非门的I/O特性60
3.3CMOS管门电路62
3.3.1NMOS管和PMOS管63
3.3.2CMOS反相器65
3.3.3CMOS与非门66
3.3.4CMOS或非门67
3.3.5其他类型CMOS门67
3.4逻辑门电路的电气特性参数69
3.4.1输入/输出电压和电流参数71
3.4.2传输延时71
3.4.3扇出系数72
3.4.4噪声容限73
3.4.5功耗75
3.5TTL和CMOS集成逻辑门电路简介76
3.5.1TTL集成逻辑门电路76
3.5.2CMOS集成逻辑门电路78
小结79
思考题与习题80第4章组合逻辑基础814.1概述81
4.2组合逻辑电路的分析82
4.3组合逻辑电路的设计84
4.4组合逻辑电路中的竞争冒险86
4.4.1竞争冒险的产生86
4.4.2竞争冒险的判断87
4.4.3竞争冒险的消除方法89
4.5组合逻辑电路的Verilog HDL编程入门91
4.5.1可编程逻辑器件与硬件描述语言简介91
4.5.2Verilog HDL组合逻辑电路设计实例92
小结101
思考题与习题102第5章组合逻辑电路1045.1译码器104
5.1.1二进制译码器104
5.1.2二十进制译码器108
5.1.3半导体数码管和七段字形码译码器109
5.2编码器113
5.2.1二进制编码器113
5.2.2二进制优先编码器115
5.2.3二十进制优先编码器118
5.3数据分配器与数据选择器119
5.3.1数据选择器119
5.3.2数据分配器122
5.4数值比较电路125
5.4.1比较原理125
5.4.24位比较器127
5.5算术运算电路130
5.5.1二进制加法器130
5.5.2二进制减法器132
5.5.3二进制乘法器134
5.6奇偶校验电路135
5.6.1奇偶校验的基本原理135
5.6.2集成电路奇偶校验发生器/校验器137
5.7中规模集成电路构成组合电路的分析与设计138
5.7.1分析方法138
5.7.2设计方法140
小结144
思考题与习题146第6章时序逻辑基础1486.1时序逻辑电路概述148
6.1.1时序逻辑电路的特点148
6.1.2时序逻辑电路的结构模型149
6.1.3时序逻辑电路的分类149
6.1.4时序逻辑电路的表示方法150
6.2触发器153
6.2.1RS触发器153
6.2.2D触发器161
6.2.3JK触发器163
6.2.4T触发器169
6.2.5不同类型触发器间的转换169
6.2.6集成触发器及其参数171
6.3基于触发器时序逻辑电路的分析180
6.3.1基于触发器时序逻辑电路的分析步骤180
6.3.2基于触发器时序逻辑电路的分析举例180
6.4基于触发器时序逻辑电路的设计183
6.4.1基于触发器时序逻辑电路的设计步骤184
6.4.2基于触发器时序逻辑电路的设计举例184
小结191
思考题与习题192第7章时序逻辑电路1967.1寄存器196
7.1.1数码寄存器196
7.1.2锁存器197
7.1.3移位寄存器199
7.2计数器207
7.2.1计数器分类207
7.2.2计数器电路的设计208
7.2.3同步集成计数器213
7.2.4异步集成计数器219
7.2.5基于MSI计数器的任意M进制计数器222
7.2.6移位寄存器型计数器230
7.3顺序脉冲发生器233
7.3.1由计数器和译码器构成的顺序脉冲发生器233
7.3.2环形计数器作为顺序脉冲发生器234
7.4基于MSI时序逻辑电路的分析与设计235
7.4.1基于MSI时序逻辑电路的分析235
7.4.2基于MSI时序逻辑电路的设计239
小结243
思考题与习题245第8章脉冲数字电路2488.1多谐振荡器248
8.1.1TTL环形多谐振荡器248
8.1.2CMOS多谐振荡器254
8.2单稳态触发器256
8.2.1微分型单稳态触发器257
8.2.2积分型单稳态触发器259
8.2.3集成单稳态触发器261
8.2.4单稳态触发器的应用264
8.3施密特触发器265
8.3.1施密特触发器的特性266
8.3.2门电路构成的施密特触发器266
8.3.3集成施密特触发器268
8.3.4施密特触发器的应用举例268
8.4555定时器及其应用270
8.4.1555定时器270
8.4.2555定时器构成单稳态触发器272
8.4.3555定时器构成多谐振荡器273
8.4.4555定时器构成施密特触发器275
小结275
思考题与习题276第9章转换电路2799.1数/模转换电路279
9.1.1数/模转换的基本概念280
9.1.2权电阻网络DAC280
9.1.3倒T型电阻网络DAC281
9.1.4DAC的主要技术指标282
9.1.5集成DAC及应用举例283
9.2模/数转换电路289
9.2.1逐次逼近型ADC292
9.2.2并行比较型ADC293
9.2.3双积分型ADC295
9.2.4ADC的主要技术指标296
9.2.5集成ADC及应用举例297
9.3压/频转换电路303
9.3.1电压/频率转换器LM331303
9.3.2基于LM331的电压/频率转换电路304
9.3.3基于LM331的频率/电压转换电路307
小结309
思考题与习题310第10章可编程逻辑基础31210.1可编程逻辑概述312
10.1.1PLD分类312
10.1.2PLD的开发流程313
10.1.3PLD的逻辑表示315
10.2通用阵列逻辑(GAL)316
10.2.1GAL的结构及工作原理316
10.2.2GAL的编程320
10.3复杂可编程逻辑器件(CPLD)320
10.3.1MAX7000系列CPLD321
10.3.2Altera MAX II系列CPLD324
10.4现场可编程门阵列(FPGA)329
10.4.1FPGA简介330
10.4.2Altera Cyclone系列FPGA 330
10.4.3Cyclone FPGA器件的编程335
10.4.4Altera在Cyclone系列之后推出的新产品简介340
小结343
思考题与习题344第11章数字系统设计基础34511.1数字系统概述345
11.1.1数字系统的基本概念345
11.1.2数字系统设计的一般过程346
11.2数字频率计的原理与设计347
11.2.1数字频率计的原理347
11.2.2数字频率计的设计与实现348
11.3十字路口交通灯控制系统设计353
11.3.1设计要求353
11.3.2设计原理353
11.3.3Proteus ISIS环境下的设计与仿真354
11.3.4基于Verilog HDL的设计359
小结364
思考题与习题364附录AProteus ISIS用法简介367附录BVerilog HDL简介369B.1文字规则369
B.2数据类型370
B.3运算符371
B.4基本语句373附录CQuartus II 9.1集成开发环境用法简介378附录D常用IC引脚图382参考文献384

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