本书是教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会规划教材,参照教育部学科专业调整方案、相关专业本科指导性专业规范及电子信息类专业教学质量**标准,按照数字电路与逻辑设计的教学基本要求编写而成。书中系统介绍了数字电路与逻辑设计的基本理论和方法,包括绪论、数字逻辑基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形电路、数/模和模/数转换电路。每章*后均给出了相关内容的Multisim仿真分析,并对常用的基本逻辑电路进行了VHDL设计,以便读者巩固和理解相关理论知识。每章均安排有小结和习题,并在书后提供了部分习题的参考答案。 本书注重基本概念、基本原理及基本分析设计方法的介绍,强调实际应用,内容叙述力求简明扼要,通俗易懂,可以作为普通高等院校电气信息类、电子信息类、自动化类、计算机类等专业以及其他相近专业的“数字电路与逻辑设计”“数字电子技术”等课程的本科生教材,也可以供相关工程技术人员参考。

第3章
CHAPTER 3 组合逻辑电路 兴趣阅读——**台电子计算机的诞生
1946年2月10日,美国陆军机械部和摩尔学院共同举行新闻发布会,宣布世界上**台电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)研制成功的消息。ENIAC有5种功能: ①每秒5000次加法运算; ②每秒50次乘法运算; ③平方和立方运算; ④sin和cos函数数值运算; ⑤其他更复杂的计算。2月15日,人们在学校休斯敦大会堂举行盛大的庆典,然后一同去摩尔学院参观那台神奇的“电子脑袋”。
出现在人们面前的ENIAC不是一台机器,而是一屋子机器,密密麻麻的开关按钮,东缠西绕的各类导线,忽明忽暗的指示灯,人们仿佛来到一间控制室。这一庞然大物有2.438米高,0.914米宽,30.48米长,装有16种型号的18000个真空管,1500个电磁继电器,70000个电阻器,18000个电容器,总重量有30吨。起初,美国军方的投资预算为15万美元,但事实上总耗资达48.6万美元,合同前前后后修改过二十余次。
1946年底,ENIAC分装启运,运往阿伯丁军械试验场的弹道实验室,开始了它的计算生涯。除了常规的弹道计算外,它后来还涉及诸多领域的应用,如天气预报、原子核能、宇宙结、热能点火、风洞试验设计等。其中*有意思的是在1949年,经过70小时的运算,它把圆周率π精密无误地推算到小数点后面2037位,这是人类**次用自己的创造物计算出的***的值。
1955年10月2日,ENIAC功德圆满,正式退休。自1945年正式建成以来,人类的**台“电子脑袋”实际运行了80223小时。这10年间,它的算术运算量比有史以来人类大脑所有运算量的总和还要多。
承担ENIAC开发任务的是“莫尔小组”的四位科学家和工程师,其***是美国宾夕法尼亚大学的物理学家约翰·莫克利(John Mauchly)和工程师普雷斯伯·埃克特(Presper Eckert),埃克特当时年仅24岁。图31是ENIAC及其研制者莫克利、埃克特的照片。
图31世界上**台电子计算机及其研制者
本章介绍数字系统中的组合逻辑电路。首先介绍组合逻辑电路的特点和功能描述方法,**介绍组合逻辑电路的分析方法、组合逻辑电路的设计方法以及利用无关项的组合逻辑电路的设计方法,然后介绍组合逻辑电路中的竞争和冒险等内容,*后着重介绍数字��统中常用的组合逻辑电路。此外,还给出了用Multisim和VHDL分析设计组合逻辑电路的实例。本章学习要求如下:
(1) 了解组合逻辑电路的特点和功能描述方法;
(2) 掌握组合逻辑电路的分析方法;
(3) 掌握组合逻辑电路的设计方法;
(4) 掌握利用无关项的组合逻辑电路的设计方法;
(5) 熟悉编码器等常用组合逻辑电路的功能与应用;
(6) 了解组合逻辑电路中的竞争和冒险现象及判断方法;
(7) 了解用Multisim和VHDL分析设计组合逻辑电路的方法。
如何由给定组合电路找出其实现的逻辑功能,如何根据逻辑命题来设计组合电路,以及数字系统中经常用到的组合电路的原理及应用是本章学习的**。

绪论 第1章数字逻辑基础 1.1概述 1.2常用的数制和编码 1.2.1常用的数制 1.2.2数制之间的转换 1.2.3二进制数的原码、反码及补码表示 1.2.4常用的编码 1.3逻辑代数及其运算规则 1.3.1逻辑变量与基本逻辑运算 1.3.2复合逻辑运算 1.3.3逻辑代数的基本公式 1.3.4逻辑代数的基本定理 1.3.5逻辑代数的常用公式 1.4逻辑函数及其表示方法 1.4.1逻辑函数的定义 1.4.2逻辑函数的表示方法 1.4.3逻辑函数的标准形式 1.4.4逻辑函数表示方法间的转换 1.5逻辑函数的化简 1.5.1逻辑函数的代数化简法 1.5.2逻辑函数的卡诺图化简法 1.5.3含有无关项的逻辑函数及其化简 *1.6利用Multisim对逻辑函数进行化简与转换 本章小结 习题 第2章集成逻辑门电路 2.1概述 2.2门电路中开关器件的开关特性 2.2.1半导体二极管的开关特性 2.2.2半导体三极管的开关特性 2.2.3MOS管的开关特性 2.3分立元件门电路 2.3.1二极管“与”门 2.3.2二极管“或”门 2.3.3三极管“非”门 2.3.4MOS管“非”门 2.4TTL集成门电路 2.4.1TTL反相器 2.4.2TTL“与非”门 2.4.3TTL集电极开路门和三态门 2.5CMOS集成门电路 2.5.1CMOS反相器 2.5.2CMOS“与非”门和“或非”门 2.5.3CMOS漏极开路门、传输门和三态门 2.6集成逻辑门电路的主要性能参数 2.7正、负逻辑的概念 *2.8利用Multisim测试TTL反相器的电压传输特性 *2.9利用VHDL设计门电路 本章小结 习题 第3章组合逻辑电路 3.1概述 3.1.1组合逻辑电路的特点 3.1.2组合逻辑电路的功能描述方法 3.2组合逻辑电路的分析 3.2.1组合逻辑电路的分析方法 3.2.2组合逻辑电路分析举例 3.3组合逻辑电路的设计 3.3.1组合逻辑电路的设计方法 3.3.2组合逻辑电路设计举例 3.3.3含有无关项的组合逻辑电路设计 *3.4组合逻辑电路的竞争冒险 3.4.1竞争冒险现象 3.4.2竞争冒险的判断 3.4.3竞争冒险的消除 3.5常用组合逻辑电路及其应用 3.5.1编码器 3.5.2译码器 3.5.3加法器 3.5.4数据选择器 3.5.5数据分配器 3.5.6数值比较器 *3.6利用Multisim分析组合逻辑电路 3.6.1小规模门电路构成的组合逻辑电路的仿真分析 3.6.2中规模组合逻辑电路的仿真分析 *3.7利用VHDL设计组合逻辑电路 本章小结 习题 第4章触发器 4.1概述 4.2基本触发器 4.2.1基本触发器电路组成和工作原理 4.2.2基本触发器的功能描述 4.3同步触发器 4.3.1同步RS触发器 4.3.2同步D触发器 4.3.3同步JK触发器 4.3.4同步T触发器 4.4主从触发器 4.4.1主从RS触发器 4.4.2主从JK触发器 4.5边沿触发器 4.5.1维持阻塞式D触发器 4.5.2边沿JK触发器 4.6不同类型触发器之间的转换 4.6.1JK触发器转换成RS、D触发器 4.6.2D触发器转换成RS、JK触发器 4.7触发器的电气特性 *4.8利用Multisim分析触发器 4.8.1同步RS触发器的仿真分析 4.8.2边沿JK触发器的仿真分析 *4.9利用VHDL设计触发器 本章小结 习题 第5章时序逻辑电路 5.1概述 5.1.1时序逻辑电路的基本概念 5.1.2时序逻辑电路的功能描述方法 5.2同步时序电路的分析 5.2.1同步时序电路的分析方法 5.2.2同步时序电路分析举例 5.3同步时序电路的设计 5.3.1同步时序电路的设计方法 5.3.2同步时序电路设计举例 *5.4异步时序电路 5.4.1异步时序电路的分析 5.4.2异步时序电路的设计 5.5常用时序逻辑电路 5.5.1寄存器 5.5.2计数器 *5.6利用Multisim分析时序逻辑电路 5.6.1两位同步二进制计数器的仿真分析 5.6.2用74LS161N构成六十进制计数器 *5.7利用VHDL设计时序逻辑电路 本章小结 习题 第6章半导体存储器与可编程逻辑器件 6.1存储器概述 6.1.1半导体存储器的分类 6.1.2存储器的性能指标 6.2只读存储器 6.2.1ROM的电路结构和工作原理 6.2.2掩膜只读存储器 6.2.3可编程只读存储器 6.2.4ROM的应用 6.3随机存取存储器 6.3.1RAM的电路结构 6.3.2RAM的存储单元 6.3.3RAM的扩展 6.4可编程逻辑器件 6.4.1可编程逻辑阵列 6.4.2可编程阵列逻辑 6.4.3通用阵列逻辑 6.4.4CPLD、FPGA和在系统编程技术简介 6.5利用Multisim分析半导体存储器 本章小结 习题 第7章脉冲波形的产生和整形电路 7.1概述 7.1.1矩形脉冲的基本特性 7.1.2脉冲电路 7.2555定时器 7.2.1555定时器的电路结构 7.2.2555定时器的工作原理 7.3施密特触发器 7.3.1门电路构成的施密特触发器 7.3.2555定时器构成的施密特触发器 7.3.3施密特触发器的应用 7.4单稳态触发器 7.4.1门电路构成的单稳态触发器 7.4.2555定时器构成的单稳态触发器 7.4.3单稳态触发器的应用 7.5多谐振荡器 7.5.1门电路构成的多谐振荡器 7.5.2施密特触发器构成的多谐振荡器 7.5.3石英晶体多谐振荡器 7.5.4555定时器构成的多谐振荡器 *7.6用Multisim分析555定时器的应用电路 7.6.1555定时器构成的施密特触发器的仿真分析 7.6.2555定时器构成的多谐振荡器的仿真分析 本章小结 习题 第8章数/模与模/数转换电路 8.1概述 8.2D/A转换器 8.2.1权电阻网络D/A转换器 8.2.2倒T形电阻网络D/A转换器 8.2.3D/A转换器的主要技术指标 8.3A/D转换器 8.3.1A/D转换的一般过程 8.3.2并联比较型A/D转换器 8.3.3逐次逼近型A/D转换器 8.3.4双积分型A/D转换器 8.3.**/D转换器的主要技术指标 *8.4利用Multisim分析D/A和A/D转换电路 8.4.1D/A转换器的仿真分析 8.4.2A/D转换器的仿真分析 本章小结 习题 附录A部分习题参考答案 参考文献