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第1章 基本概念1

1.1 数字量与模拟量1

1.1.1 模拟电子系统2

1.1.2 使用数字方法与模拟方法的系统2

1.1.3 机电一体化2

1.2 二进制数、逻辑电平和数字波形3

1.2.1 二进制数3

1.2.2 逻辑电平4

1.2.3 数字波形4

1.2.4 数字波形携带二进制信息6

1.2.5 数据传输7

1.3 固定功能的逻辑设备8

1.3.1 集成电路的封装9

1.3.2 引脚编号10

1.3.3 固定功能的集成电路的集成度分类10

判断题11

自测题11

习题11

答案13

第2章 数字系统、运算和编码14

2.1 十进制数14

2.2 二进制数15

2.2.1 二进制计数15

2.2.2 二进制数的加权结构16

2.2.3 二进制数到十进制数的转换17

2.3 十进制数到二进制数的转换17

2.3.1 权和的方法17

2.3.2 重复除以2的方法18

2.3.3 十进制小数转换为二进制数19

2.4 二进制算术19

2.4.1 二进制加法19

2.4.2 二进制减法20

2.4.3 二进制乘法21

2.4.4 二进制除法21

2.5 二进制数的反码和补码22

2.5.1 求二进制数的反码22

2.5.2 求二进制数的补码22

2.6 带符号数23

2.6.1 符号位23

2.6.2 符号数值形式23

2.6.3 反码形式24

2.6.4 补码形式24

2.6.5 带符号数的十进制值24

2.6.6 带符号整数的表示范围26

2.6.7 浮点数26

2.7 带符号数的算术运算28

2.7.1 加法28

2.7.2 减法29

2.7.3 乘法30

2.7.4 除法32

2.8 十六进制数33

2.8.1 十六进制计数34

2.8.2 二进制数到十六进制数的转换34

2.8.3 十六进制数到二进制数的转换34

2.8.4 十六进制数到十进制数的转换35

2.8.5 十进制数到十六进制数的转换35

2.8.6 十六进制加法36

2.8.7 十六进制减法36

2.9 八进制数38

2.9.1 八进制数到十进制数的转换38

2.9.2 十进制数到八进制数的转换39

2.9.3 八进制数到二进制数的转换39

2.9.4 二进制数到八进制数的转换39

2.10 二－十进制编码（BCD）40

2.10.1 8421 BCD码40

2.10.2 BCD码加法41

2.11 数字编码42

2.11.1 格雷码42

2.11.2 典型应用44

2.12 错误检测码45

2.12.1 错误检测的奇偶校验法45

2.12.2 循环冗余校验码（CRC）46

判断题49

自测题49

习题50

答案54

第3章 逻辑门58

3.1 反相器58

3.1.1 否定和极性指示58

3.1.2 反相器真值表58

3.1.3 反相器运算59

3.1.4 时序图59

3.1.5 反相器的逻辑表达式59

3.1.6 应用举例60

3.2 与门60

3.2.1 与门运算61

3.2.2 与门真值表61

3.2.3 具有波形输入的与门运算62

3.2.4 与门的逻辑表达式64

3.2.5 应用举例64

3.3 或门66

3.3.1 或门运算66

3.3.2 或门真值表66

3.3.3 具有波形输入的或门运算66

3.3.4 或门的逻辑表达式68

3.3.5 应用举例69

3.4 与非门69

3.4.1 与非门运算70

3.4.2 具有波形输入的与非门运算70

3.4.3 与非门的逻辑表达式73

3.5 或非门73

3.5.1 或非门运算73

3.5.2 具有波形输入的或非门运算74

3.5.3 或非门的逻辑表达式76

3.6 异或门和同或门76

3.6.1 异或门76

3.6.2 同或门77

3.6.3 具有波形输入的运算78

3.6.4 应用举例79

3.7 固定功能的逻辑门79

3.7.1 74系列逻辑门功能79

3.7.2 74系列逻辑电路82

3.7.3 工作特性和参数85

判断题89

自测题89

习题90

答案93

第4章 布尔代数和逻辑化简97

4.1 布尔运算和表达式97

4.1.1 布尔加法97

4.1.2 布尔乘法98

4.2 布尔代数的定律和法则98

4.2.1 布尔代数的定律98

4.2.2 布尔代数的法则100

4.3 德·摩根定理103

4.3.1 德·摩根定理的应用105

4.4 逻辑电路的布尔分析106

4.4.1 逻辑电路的布尔表达式106

4.4.2 构建逻辑电路的真值表107

4.5 使用布尔代数进行化简108

4.6 布尔表达式的标准形式111

4.6.1 乘积项之和（SOP）形式111

4.6.2 一般表达式向乘积项之和形式的转换112

4.6.3 最小项（标准乘积项）之和形式113

4.6.4 和项之乘积（POS）形式114

4.6.5 最大项（标准和项）之乘积形式115

4.6.6 把最小项之和转换为最大项之乘积116

4.7 布尔表达式和真值表117

4.7.1 把乘积项之和表达式转换为真值表的形式117

4.7.2 把和项之乘积表达式转换为真值表的形式117

4.7.3 从真值表确定标准表达式118

4.8 卡诺图119

4.8.1 3变量卡诺图120

4.8.2 4变量卡诺图120

4.8.3 小方格相邻121

4.8.4 Q-M（奎恩－麦克拉斯基）方法121

4.8.5 Espresso算法121

4.9 卡诺图乘积项之和的最小化122

4.9.1 最小项之和表达式的卡诺图映射122

4.9.2 非最小项之和表达式的卡诺图映射123

4.9.3 乘积项之和表达式的卡诺图化简124

4.9.4 直接从真值表映射127

4.9.5 “无关”项128

4.10 卡诺图和项之乘积的最小化129

4.10.1 最大项之乘积表达式的卡诺图映射129

4.10.2 和项之乘积表达式的卡诺图化简130

4.10.3 使用卡诺图在和项之乘积与乘积项之和之间进行转换131

4.11 Q-M方法132

判断题135

自测题135

习题136

答案141

第5章 组合逻辑分析146

5.1 基本组合逻辑电路146

5.1.1 与－或逻辑146

5.1.2 与－或－非逻辑147

5.1.3 异或逻辑148

5.1.4 同或逻辑149

5.2 组合逻辑电路的实现150

5.2.1 从布尔表达式到逻辑电路150

5.2.2 从真值表到逻辑电路152

5.3 与非门和或非门的通用特性155

5.3.1 与非门作为通用的逻辑元件155

5.3.2 或非门作为通用的逻辑元件156

5.4 使用与非门和或非门的组合逻辑157

5.4.1 与非逻辑157

5.4.2 或非逻辑159

5.5 具有脉冲波形输入的逻辑电路运算161

判断题163

自测题163

习题164

答案168

第6章 组合逻辑电路171

6.1 基本加法器171

6.1.1 半加器171

6.1.2 全加器172

6.2 并行二进制加法器174

6.2.1 4位并行加法器175

6.2.2 4位并行加法器的真值表175

6.2.3 加法器扩展176

6.2.4 应用举例177

6.3 异步进位与超前进位加法器179

6.3.1 异步进位加法器179

6.3.2 超前进位加法器179

6.3.3 超前进位与异步进位加法器的组合181

6.4 比较器182

6.4.1 相等182

6.4.2 不相等183

6.5 译码器185

6.5.1 基本二进制译码器185

6.5.2 4位译码器186

6.5.3 BCD－十进制译码器188

6.5.4 BCD-7段译码器189

6.5.5 4位显示器的灭零190

6.6 编 码器191

6.6.1 十进制－BCD编码器191

6.6.2 应用举例193

6.7 代码转换器194

6.7.1 BCD－二进制转换194

6.7.2 二进制－格雷码和格雷码－二进制转换196

6.8 多路复用器（数据选择器）196

6.8.1 应用举例200

6.9 多路分配器203

6.9.1 4线-16线多路分配器204

6.10 奇偶发生器／校验器204

6.10.1 基本奇偶逻辑205

6.10.2 数据传输系统的错误检测206

判断题207

自测题208

习题209

答案215

第7章 锁存器、触发器和定时器219

7.1 锁存器219

7.1.1 S-R（置位－复位）锁存器219

7.1.2 应用举例222

7.1.3 门控S-R锁存器223

7.1.4 门控D锁存器223

7.2 边沿触发器225

7.2.1 边沿触发的D触发器225

7.2.2 边沿触发的J-K触发器226

7.2.3 边沿触发操作228

7.2.4 异步预置位和清零输入231

7.3 触发器运算特性234

7.3.1 传输延迟时间234

7.3.2 建立时间234

7.3.3 保持时间235

7.3.4 最大时钟频率235

7.3.5 脉冲宽度235

7.3.6 功率损耗235

7.3.7 触发器的具体比较236

7.4 触发器应用236

7.4.1 并行数据存储236

7.4.2 分频237

7.4.3 计数239

7.5 单稳态触发器240

7.5.1 不可重复触发单稳态触发器242

7.5.2 可重复触发单稳态触发器243

7.5.3 应用举例244

7.5.4 555定时器244

7.6 非稳态多谐振荡器247

7.6.1 555定时器用作非稳态多谐振荡器247

判断题250

自测题251

习题252

答案257

第8章 移位寄存器260

8.1 移位寄存器的功能260

8.2 移位寄存器数据输入／输出的类型261

8.2.1 串行输入／串行输出移位寄存器261

8.2.2 串行输入／并行输出移位寄存器263

8.2.3 并行输入／串行输出移位寄存器264

8.2.4 并行输入／并行输出移位寄存器267

8.3 双向移位寄存器268

8.4 移位寄存器计数器271

8.4.1 约翰逊计数器271

8.4.2 环形计数器272

8.5 移位寄存器应用273

8.5.1 时间延迟273

8.5.2 串行到并行数据转换器275

8.5.3 通用异步接收发送机（UART）276

8.5.4 键盘译码器278

8.6 关联标注的逻辑符号280

判断题281

自测题281

习题282

答案285

第9章 计数器288

9.1 有限状态机288

9.1.1 有限状态机的一般模式288

9.2 异步计数器290

9.2.1 2位异步二进制计数器290

9.2.2 异步译码计数器293

9.3 同步计数器296

9.3.1 2位同步二进制计数器296

9.3.2 3位同步二进制计数器297

9.3.3 4位同步二进制计数器299

9.3.4 4位同步译码计数器299

9.4 加／减同步计数器302

9.5 同步计数器的设计306

9.5.1 步骤1：状态图306

9.5.2 步骤2：次态表306

9.5.3 步骤3：触发器转换表306

9.5.4 步骤4：卡诺图306

9.5.5 步骤5：触发器输入的逻辑表达式308

9.5.6 步骤6：计数器的实现308

9.6 级联计数器311

9.6.1 具有截断序列的级联计数器314

9.7 计数器译码315

9.7.1 译码假信号316

9.8 计数器应用318

9.8.1 数字时钟318

9.8.2 停车控制320

9.8.3 并行数据到串行数据的转换（多路复用）321

9.9 关联标注的逻辑符号323

判断题324

自测题324

习题325

答案330

第10章 数据存储333

10.1 半导体存储器基础333

10.1.1 二进制数据的单位：位、字节、半字节和字333

10.1.2 基本半导体存储阵列333

10.1.3 存储器地址和容量334

10.1.4 存储器的基本操作335

10.1.5 RAM和ROM337

10.2 随机访问存储器（RAM）337

10.2.1 RAM系列337

10.2.2 静态RAM（SRAM）338

10.2.3 异步SRAM的操作339

10.2.4 具有突发特性的同步SRAM341

10.2.5 高速缓冲存储器343

10.2.6 动态RAM（DRAM）存储单元344

10.2.7 DRAM的组成结构345

10.2.8 DRAM的类型348

10.3 只读存储器（ROM）349

10.3.1 ROM系列349

10.3.2 掩模ROM349

10.3.3 ROM的组成结构352

10.3.4 ROM存取时间353

10.4 可编程ROM353

10.4.1 PROM353

10.4.2 EPROM354

10.5 闪存356

10.5.1 闪存单元356

10.5.2 基本闪存操作356

10.5.3 闪存阵列357

10.5.4 闪存和其他存储器的比较358

10.5.5 USB闪存359

10.6 存储器扩展360

10.6.1 字长扩展360

10.6.2 字容量扩展362

10.6.3 存储模块363

10.7 特殊类型的存储器365

10.7.1 先进先出（FIFO）存储器365

10.7.2 FIFO寄存器的应用366

10.7.3 后进先出（LIFO）存储器366

10.7.4 CCD存储器368

10.8 磁和光存储369

10.8.1 磁存储369

10.8.2 磁－光存储372

10.8.3 光存储372

判断题374

自测题374

习题375

答案378

第11章 数字信号处理381

11.1 模拟信号转换为数字信号381

11.1.1 采样和滤波381

11.1.2 保持采样值383

11.1.3 模－数转换383

11.2 模－数转换方法386

11.2.1 快速浏览运算放大器386

11.2.2 快速（同时）模－数转换器387

11.2.3 双积分模－数转换器389

11.2.4 逐次渐近模－数转换器390

11.2.5 求和－增量模－数转换器392

11.2.6 测试模－数转换器394

11.2.7 模－数转换错误394

11.3 数－模转换方法395

11.3.1 二进制权值输入数－模转换器395

11.3.2 R/2R阶梯形数－模转换器397

11.3.3 数－模转换器的性能特征399

11.3.4 测试数－模转换器400

11.3.5 数－模转换错误400

11.3.6 重构滤波器402

11.4 数字信号处理基础402

判断题403

自测题403

习题404

答案407

第12章 数据传输410

12.1 数据传输介质410

12.1.1 电线连接410

12.1.2 同轴电缆410

12.1.3 双绞线电缆411

12.1.4 光缆411

12.1.5 光纤的数据通信链路412

12.1.6 无线传输413

12.2 数据传输方式和模式414

12.2.1 串行和并行数据414

12.2.2 异步数据415

12.2.3 同步数据415

12.2.4 传输速率417

12.2.5 传输效率418

12.2.6 传输模式418

12.3 模拟信号的数字调制418

12.3.1 幅移键控418

12.3.2 频移键控419

12.3.3 相移键控419

12.3.4 正交调幅420

12.3.5 星座图420

12.4 数字信号的模拟调制421

12.4.1 脉冲幅度调制421

12.4.2 脉冲宽度调制422

12.4.3 脉冲位置调制423

12.4.4 脉冲编码调制425

12.4.5 数字数据系统426

12.5 多路复用和解复用427

12.5.1 时分多路复用427

12.5.2 频分多路复用430

12.6 总线基础431

12.6.1 总线431

12.6.2 并行和串行总线431

12.6.3 内部和外部总线432

12.6.4 通用总线的特性432

12.6.5 总线协议433

12.6.6 同步和异步总线433

12.6.7 单端总线和差分总线的比较434

12.7 并行总线435

12.7.1 PCI总线435

12.7.2 PCI-X总线435

12.7.3 PCI-Express总线436

12.7.4 IEEE-488总线436

12.7.5 并行SCSI总线439

12.8 通用串行总线（USB）439

12.8.1 USB电缆和连接器440

12.8.2 USB的数据格式441

12.9 其他串行总线442

12.9.1 RS-232/422/423/485总线442

12.9.2 SPI总线444

12.9.3 I2C总线444

12.9.4 CAN总线445

12.9.5 法尔接口总线446

12.9.6 串行SCSI总线447

12.10 总线接口447

12.10.1 基本多路复用总线447

12.10.2 总线信号448

12.10.3 将设备连接到总线448

12.10.4 总线争用450

12.10.5 多路复用I/O450

判断题451

自测题452

习题454

答案458

奇数编号习题的答案461