邏輯設(shè)計(jì)與數(shù)字系統(tǒng)

　　前言 數(shù)字電子技術(shù)課程的核心內(nèi)容是數(shù)字電路的工作原理、分析和設(shè)計(jì)方法，以及數(shù)字系統(tǒng)的基本知識。重點(diǎn)是組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)、同步和異步時序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理器和控制器的設(shè)計(jì)。本書圍繞數(shù)字系統(tǒng)這一主線，介紹邏輯設(shè)計(jì)的理論知識、VHDL語言和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，使讀者學(xué)會正確運(yùn)用各種規(guī)模的數(shù)字集成電路（特別是可編程邏輯器件），設(shè)計(jì)易于測試、可靠工作、通用或?qū)Ｓ玫臄?shù)字系統(tǒng)。 全書分為上、下兩冊，共18章。 上冊包括第1～10章，其中第1～4章為基礎(chǔ)知識。第1章為緒論。第2章為數(shù)制與編碼。第3章討論分析和設(shè)計(jì)邏輯電路的數(shù)學(xué)工具——邏輯代數(shù)，以及VHDL硬件描述語言的基本知識。第4章從使用器件的角度出發(fā)，介紹了TTL和CMOS數(shù)字集成邏輯電路的基本工作原理和特性參數(shù)。第5～8章介紹各種邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法。第5章介紹組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)。第6章介紹鎖存器和觸發(fā)器。第7章為常見的時序邏輯電路。第8章綜合了第5，6，7章的知識，介紹了同步時序電路和脈沖型異步時序電路，這兩種時序邏輯電路由組合邏輯電路和觸發(fā)器構(gòu)成，是數(shù)字系統(tǒng)中十分重要的電路。第9章介紹了存儲器和可編程邏輯器件。第10章對面向綜合的VHDL設(shè)計(jì)描述中的一些語法和注意事項(xiàng)做了重點(diǎn)介紹。 下冊包括第11～18章。第11章介紹電位型異步時序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)。第12章介紹了二進(jìn)制數(shù)的加、減、乘和除等運(yùn)算電路。第13章是本書的一個重點(diǎn)，通過幾個數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)例，介紹了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的基本概念和設(shè)計(jì)方法，為讀者進(jìn)一步學(xué)習(xí)通用或?qū)Ｓ玫臄?shù)字系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。第14章簡單介紹了幾種常見的專用存儲器。第15了可測性設(shè)計(jì)問題。第16和17章分別為邏輯仿真和面向仿真的VHDI。設(shè)計(jì)描述。第18章介紹數(shù)字信號和模擬信號相互轉(zhuǎn)換的電路。 在選材上，本書注重基礎(chǔ)知識，介紹今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)仍然行之有效的基本理論和方法；同時，反映近年來數(shù)字電子技術(shù)的新發(fā)展和新應(yīng)用，介紹新器件和新技術(shù)。注意培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，精選實(shí)例和習(xí)題，強(qiáng)調(diào)了器件傳輸延時等時間參數(shù)、系統(tǒng)中各信號在時間上的配合以及解決電路中競爭一險(xiǎn)象等問題的重要性，列舉了不同規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的典型實(shí)例，加強(qiáng)了有關(guān)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識，增加了可測性設(shè)計(jì)和邏輯仿真等內(nèi)容。 VHDL是一種常用的硬件描述語言，作為一種嘗試，本書伴隨各種硬件電路的討論，逐步地介紹各種相關(guān)的VHDL語句。這種做法有利于消除VHDL語言與硬件脫節(jié)的現(xiàn)象，并且還有利于按照人們的認(rèn)識規(guī)律由淺入深地掌握VHDL語言。如果讀者根據(jù)學(xué)習(xí)的需要而跳過書中有關(guān)VHDL的章節(jié)，也不影響閱讀的連續(xù)性。此外，本書上冊附有一張光盤，內(nèi)含ALTERA公司的兩個PLD開發(fā)軟件。讀者借助于其中的任一個軟件，均可在奔騰PC計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)VHDL語言，驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)電路的正確性，并熟悉PLD的開發(fā)過程。 在編寫過程中，本書力求做到體系結(jié)構(gòu)安排合理，物理概念闡述準(zhǔn)確，表述科學(xué)，說理透徹，語言流暢，通過實(shí)例使讀者深入理解理論知識，以達(dá)到學(xué)以致用、便于自學(xué)之目的。 本書上冊面向電子工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制和微電子器件等學(xué)科的本科生；下冊為本科生高年級和碩士生的選修教材，并可作為申請（信息與通信工程學(xué)科和電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科）碩士學(xué)位同等學(xué)力人員的復(fù)習(xí)材料和相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的參考書。 筆者在北京清華大學(xué)從事數(shù)字電路方面的教學(xué)和科研工作已40多年，積累了較豐富的教學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主講的課程受到同學(xué)的歡迎，獲得過校級和市級的教學(xué)成果獎勵，所編著的《數(shù)字電路與系統(tǒng)》（1 993年清華大學(xué)出版社出版）于1996年獲電子部第1屆全國普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材二等獎。為適應(yīng)十多年來數(shù)字電子技術(shù)飛速發(fā)展的態(tài)勢與教學(xué)改革的需要，筆者將歷年的講課筆記、素材積累乃至經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)進(jìn)行歸納、總結(jié)，并融合了另兩位作者多年教學(xué)與科研工作的體會，共同努力編寫了本書。書中第7，8章由王德生執(zhí)筆，第15，16章由羅嶸執(zhí)筆，其余的章節(jié)和全書的統(tǒng)稿工作由筆者完成。 在編寫本書的過程中，清華大學(xué)董在望教授給予了熱情的支持和具體的指導(dǎo)，北京信息工程學(xué)院朱茂鎰教授精心閱讀了全書，提出了很多有益的建議，Altera公司中國上海代表處為本書提供了PLD開發(fā)軟件，在此一并表示感謝。 限于作者水平，本書會存在不少缺點(diǎn)和不足之處，歡迎廣大讀者批評指正。 劉寶琴2004年秋于清華大學(xué)

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