《数字逻辑电路分析与设计教程（第2版）》书评-杂志之家

内容简介

本书以数字逻辑为基础，介绍了数字电路的基本理论、分析方法、综合方法和实际应用。本书共分8章，第1章介绍数制之间的转换及常用的编码；第2章介绍逻辑代数及逻辑化简的基本方法；第3章介绍几个常用的组合逻辑模块的应用；第4章和第5章介绍时序电路的分析、设计方法和中规模逻辑模块的应用；第6章介绍数/模和模/数转换电路；第7章介绍可编程逻辑器件的原理及应用；第8章以大量例题为背景介绍硬件描述语言VHDL。每章后面附有相应的习题。本书可作为高等学校通信、电气、电子信息、计算机、自动化等专业的大学本科教材，也可供其他从事电子技术工作的工程技术人员参考。

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本书是根据作者多年教学经验编写而成，在版的基础上对内容进行了修正和更新。适应对象为高等院校本科电子信息、通信工程、电气工程及自动化、机电工程及计算机科学与技术等专业。“数字逻辑电路分析与设计”是这些专业的一门必修的、重要的技术基础课，让学生建立对数字系统的基本概念、熟悉常用的基本器件、掌握基本的分析方法，从而掌握实际数字系统的分析和设计能力。

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第3章组合逻辑电路设计一般说来，根据输出信号对输入信号响应的不同,逻辑电路可以分为两类：一类是组合逻辑电路，称为组合电路；另一类是时序逻辑电路，称为时序电路。在组合逻辑电路中，电路在任一时刻的输出信号仅决定于该时刻的输入信号，而与电路原有的输出状态无关。从电路结构上来看，组合逻辑电路的输出端和

图31组合逻辑电路的结构框图

输入端之间没有反馈回路，其一般结构如图31所示。

对于组合逻辑电路的工程实现，可分为两种情况。及时种情况是，根据已导出的逻辑图，从市场上选用由集成电路制造商提供的集成电路芯片，从而构成具有预定功能的电气装置或部件，例如印刷电路板。第二种情况是，从集成电路设计软件的元件库中，选择相应的门及功能块，进而构成集成电路芯片。无论何种情况，逻辑设计师必然十分熟悉各种实用芯片和功能块的电气特性，以及它们的逻辑功能，从而正确地、灵活地使用它们。本章将依托及时种实现情况，先介绍集成电路的主要电气特性，再介绍常用的组合逻辑模块，进而讨论组合逻辑电路的设计。3.1集成逻辑电路的电气特性市售的集成电路芯片，按制作工艺的不同和工作机理的不同，可分为TTL(晶体管晶体管逻辑)、MOS(金属 氧化物半导体逻辑)和ECL(发射极耦合逻辑)等。在MOS工艺的基础上，发展而来的CMOS(互补MOS逻辑)和TTL这两种集成电路得到了最为广泛的应用。本节主要介绍这两种电路。TTL是出现较早的一种集成电路，在20世纪70到 80年代占有统治地位。按照允许的工作环境，可分为74系列和54系列，一般的工作电压为5V左右。常用的为74系列，工作的温度范围是0～70℃； 54系列可在较大的环境温度范围(-55～125℃)内工作，价格昂贵，主要用于环境条件十分恶劣的一些军用产品中。4000系列是美国半导体公司早期开发的CMOS集成电路，因其功耗小而在过去的一段时间里也得到了较广泛的应用，它的工作电压范围比较宽(5～18V)。后来，又发展了多种类型CMOS电路，例如HC(高速CMOS)、AHC(高级高速CMOS)、AC(高级CMOS)、HCT(与TTL兼容的高速CMOS)、ACT(与TTL兼容的高级CMOS)以及AHCT(与TTL兼容的高级高速CMOS)等类型，它们的工作电压都是5V。由于当时 TTL所表现的优点及市场占有率，在分类和命名规则方面也向TTL靠拢，分为74和54两个系列，采用与TTL相同的功能号，例如74 ACT00等。进入20世纪90年代以后，又发展了低压CMOS电路，例如LV(低压)、LVC(低压CMOS)、ALVC(高级低压CMOS)和ALVT(高级低压工艺)等。LV和LVC的工作电压为3.3V，ALVC和ALVT的工作电压为2.5V。相对而言，TTL的工作速度较快，CMOS的功耗较小，为此把两者集成在同一芯片上，取长补短，便产生了双极型与CMOS的混合工艺——BiCMOS工艺。ABT(高级BiCMOS工艺)就是表示采用这一工艺的一类集成电路。近年来，CMOS工艺取得了长足进步，工作速度也越来越高，在LSI和VLSI中，得到了普遍采用。不同工艺的集成电路的电气指标均不尽相同，集成电路手册对各种集成电路芯片的逻辑功能和它们的电气指标都作了详细的说明。现以TTL与非门为例来说明主要电气指标的含义，以便正确选择和使用这些芯片。3.1.1集成电路的主要电气指标1. 输出电压与输入电压

对于如图32(a)所示的2输入与非门，在逻辑上，当a b=0时，c=1。这时门电路的输出电压vc应为高电平。这一电平的实际值，将因集成电路的工艺不同而不同。对于TTL集成电路而言，空载时理论上约为3.6V。由于电路工作状态的不同，实际值将低于这一数值。人们规定，如果TTL电路的实际电平vc≥2.4V，则仍认为该集成电路是合格的，否则，将是不合格的。所以2.4V是TTL电路输出高电平时允许的低电平，用VOH来表示。不同工艺的集成电路的VOH的值在图32中可以查得。

图32集成电路应用

对于图32(a)所示的2输入与非门，在逻辑上，当a b = 1时，c=0。这时门电路的输出电压vc应为低电平。这一电平的实际值，对TTL电路而言，约为0.1V。同样，因为电路工作状态的不同，实际值略高于这一数值。人们规定，如果TTL电路实际电平vc≤0.4V，则仍认为该集成电路是合格的，否则，将是不合格的。所以0.4V是TTL电路输出低电平时允许的较高电平，记作VOL。不同工艺的集成电路的VOL可从图32中查到。

考察集成电路的输入电压vI。如欲在集成电路的输入端加入逻辑0，即低电平，那么，实际的电平应为多大呢？对于TTL电路而言，vI应小于等于0.8V，记作VIL。VIL是可被集成电路确认为输入低电平的较高电平。与此对应，VIH则是可被集成电路确认为输入高电平的低电平。TTL电路的VIH=2.0V。图32给出了不同工艺集成电路的VIL和VIH。有时候，把VIL记作VILmax或VILOFF，称为关门电平；把VIH记作VIHmin或VON，称为开门电平。上述4个指标表明：当两块集成电路级联时，必然考虑彼此间的电平匹配，仅当前一级芯片的VOH大于后一级的VIH以及前一级芯片的VOL小于后一级的VIL时，才能保障电路在正常条件下正常工作。在图33中给出了一个参数Vth称为阈值电平。Vth是进行粗略估算用的，如果vI>Vth，则输入为高电平；反之，输入为低电平。