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內容簡介

本書以數字邏輯為基礎，介紹了數字電路的基本理論、分析方法、綜合方法和實際應用。本書共分8章，第1章介紹數制之間的轉換及常用的編碼；第2章介紹邏輯代數及邏輯化簡的基本方法；第3章介紹幾個常用的組合邏輯模塊的應用；第4章和第5章介紹時序電路的分析、設計方法和中規模邏輯模塊的應用；第6章介紹數/模和模/數轉換電路；第7章介紹可編程邏輯器件的原理及應用；第8章以大量例題為背景介紹硬件描述語言VHDL。每章后面附有相應的習題。本書可作為高等學校通信、電氣、電子信息、計算機、自動化等專業的大學本科教材，也可供其他從事電子技術工作的工程技術人員參考。

編輯推薦

本書是根據作者多年教學經驗編寫而成，在版的基礎上對內容進行了修正和更新。適應對象為高等院校本科電子信息、通信工程、電氣工程及自動化、機電工程及計算機科學與技術等專業。“數字邏輯電路分析與設計”是這些專業的一門必修的、重要的技術基礎課，讓學生建立對數字系統的基本概念、熟悉常用的基本器件、掌握基本的分析方法，從而掌握實際數字系統的分析和設計能力。

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第3章組合邏輯電路設計一般說來，根據輸出信號對輸入信號響應的不同,邏輯電路可以分為兩類：一類是組合邏輯電路，稱為組合電路；另一類是時序邏輯電路，稱為時序電路。在組合邏輯電路中，電路在任一時刻的輸出信號僅決定于該時刻的輸入信號，而與電路原有的輸出狀態無關。從電路結構上來看，組合邏輯電路的輸出端和

圖31組合邏輯電路的結構框圖

輸入端之間沒有反饋回路，其一般結構如圖31所示。

對于組合邏輯電路的工程實現，可分為兩種情況。及時種情況是，根據已導出的邏輯圖，從市場上選用由集成電路制造商提供的集成電路芯片，從而構成具有預定功能的電氣裝置或部件，例如印刷電路板。第二種情況是，從集成電路設計軟件的元件庫中，選擇相應的門及功能塊，進而構成集成電路芯片。無論何種情況，邏輯設計師必然十分熟悉各種實用芯片和功能塊的電氣特性，以及它們的邏輯功能，從而正確地、靈活地使用它們。本章將依托及時種實現情況，先介紹集成電路的主要電氣特性，再介紹常用的組合邏輯模塊，進而討論組合邏輯電路的設計。3.1集成邏輯電路的電氣特性市售的集成電路芯片，按制作工藝的不同和工作機理的不同，可分為TTL(晶體管晶體管邏輯)、MOS(金屬 氧化物半導體邏輯)和ECL(發射極耦合邏輯)等。在MOS工藝的基礎上，發展而來的CMOS(互補MOS邏輯)和TTL這兩種集成電路得到了最為廣泛的應用。本節主要介紹這兩種電路。TTL是出現較早的一種集成電路，在20世紀70到 80年代占有統治地位。按照允許的工作環境，可分為74系列和54系列，一般的工作電壓為5V左右。常用的為74系列，工作的溫度范圍是0～70℃； 54系列可在較大的環境溫度范圍(-55～125℃)內工作，價格昂貴，主要用于環境條件十分惡劣的一些軍用產品中。4000系列是美國半導體公司早期開發的CMOS集成電路，因其功耗小而在過去的一段時間里也得到了較廣泛的應用，它的工作電壓范圍比較寬(5～18V)。后來，又發展了多種類型CMOS電路，例如HC(高速CMOS)、AHC(高級高速CMOS)、AC(高級CMOS)、HCT(與TTL兼容的高速CMOS)、ACT(與TTL兼容的高級CMOS)以及AHCT(與TTL兼容的高級高速CMOS)等類型，它們的工作電壓都是5V。由于當時 TTL所表現的優點及市場占有率，在分類和命名規則方面也向TTL靠攏，分為74和54兩個系列，采用與TTL相同的功能號，例如74 ACT00等。進入20世紀90年代以后，又發展了低壓CMOS電路，例如LV(低壓)、LVC(低壓CMOS)、ALVC(高級低壓CMOS)和ALVT(高級低壓工藝)等。LV和LVC的工作電壓為3.3V，ALVC和ALVT的工作電壓為2.5V。相對而言，TTL的工作速度較快，CMOS的功耗較小，為此把兩者集成在同一芯片上，取長補短，便產生了雙極型與CMOS的混合工藝——BiCMOS工藝。ABT(高級BiCMOS工藝)就是表示采用這一工藝的一類集成電路。近年來，CMOS工藝取得了長足進步，工作速度也越來越高，在LSI和VLSI中，得到了普遍采用。不同工藝的集成電路的電氣指標均不盡相同，集成電路手冊對各種集成電路芯片的邏輯功能和它們的電氣指標都作了詳細的說明。現以TTL與非門為例來說明主要電氣指標的含義，以便正確選擇和使用這些芯片。3.1.1集成電路的主要電氣指標1. 輸出電壓與輸入電壓

對于如圖32(a)所示的2輸入與非門，在邏輯上，當a b=0時，c=1。這時門電路的輸出電壓vc應為高電平。這一電平的實際值，將因集成電路的工藝不同而不同。對于TTL集成電路而言，空載時理論上約為3.6V。由于電路工作狀態的不同，實際值將低于這一數值。人們規定，如果TTL電路的實際電平vc≥2.4V，則仍認為該集成電路是合格的，否則，將是不合格的。所以2.4V是TTL電路輸出高電平時允許的低電平，用VOH來表示。不同工藝的集成電路的VOH的值在圖32中可以查得。

圖32集成電路應用

對于圖32(a)所示的2輸入與非門，在邏輯上，當a b = 1時，c=0。這時門電路的輸出電壓vc應為低電平。這一電平的實際值，對TTL電路而言，約為0.1V。同樣，因為電路工作狀態的不同，實際值略高于這一數值。人們規定，如果TTL電路實際電平vc≤0.4V，則仍認為該集成電路是合格的，否則，將是不合格的。所以0.4V是TTL電路輸出低電平時允許的較高電平，記作VOL。不同工藝的集成電路的VOL可從圖32中查到。

考察集成電路的輸入電壓vI。如欲在集成電路的輸入端加入邏輯0，即低電平，那么，實際的電平應為多大呢？對于TTL電路而言，vI應小于等于0.8V，記作VIL。VIL是可被集成電路確認為輸入低電平的較高電平。與此對應，VIH則是可被集成電路確認為輸入高電平的低電平。TTL電路的VIH=2.0V。圖32給出了不同工藝集成電路的VIL和VIH。有時候，把VIL記作VILmax或VILOFF，稱為關門電平；把VIH記作VIHmin或VON，稱為開門電平。上述4個指標表明：當兩塊集成電路級聯時，必然考慮彼此間的電平匹配，僅當前一級芯片的VOH大于后一級的VIH以及前一級芯片的VOL小于后一級的VIL時，才能保障電路在正常條件下正常工作。在圖33中給出了一個參數Vth稱為閾值電平。Vth是進行粗略估算用的，如果vI>Vth，則輸入為高電平；反之，輸入為低電平。