邏輯設計與數(shù)字系統(tǒng)

　　前言 數(shù)字電子技術課程的核心內(nèi)容是數(shù)字電路的工作原理、分析和設計方法，以及數(shù)字系統(tǒng)的基本知識。重點是組合邏輯電路的分析和設計、同步和異步時序邏輯電路的分析和設計、數(shù)據(jù)處理器和控制器的設計。本書圍繞數(shù)字系統(tǒng)這一主線，介紹邏輯設計的理論知識、VHDL語言和計算機輔助設計工具，使讀者學會正確運用各種規(guī)模的數(shù)字集成電路（特別是可編程邏輯器件），設計易于測試、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章討論分析和設計邏輯電路的數(shù)學工具——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計方法。第5章介紹組合邏輯電路的分析與設計。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設計描述中的一些語法和注意事項做了重點介紹。 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計。第12章介紹了二進制數(shù)的加、減、乘和除等運算電路。第13章是本書的一個重點，通過幾個數(shù)字系統(tǒng)設計的實例，介紹了數(shù)字系統(tǒng)設計方面的基本概念和設計方法，為讀者進一步學習通用或?qū)Ｓ玫臄?shù)字系統(tǒng)打下基礎。第14章簡單介紹了幾種常見的專用存儲器。第15了可測性設計問題。第16和17章分別為邏輯仿真和面向仿真的VHDI。設計描述。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，本書注重基礎知識，介紹今后相當長一段時間內(nèi)仍然行之有效的基本理論和方法；同時，反映近年來數(shù)字電子技術的新發(fā)展和新應用，介紹新器件和新技術。注意培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，精選實例和習題，強調(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象等問題的重要性，列舉了不同規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng)設計的典型實例，加強了有關數(shù)字系統(tǒng)的設計知識，增加了可測性設計和邏輯仿真等內(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識規(guī)律由淺入深地掌握VHDL語言。如果讀者根據(jù)學習的需要而跳過書中有關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計算機上學習VHDL語言，驗證自己設計電路的正確性，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構安排合理，物理概念闡述準確，表述科學，說理透徹，語言流暢，通過實例使讀者深入理解理論知識，以達到學以致用、便于自學之目的。 本書上冊面向電子工程、計算機技術、自動控制和微電子器件等學科的本科生；下冊為本科生高年級和碩士生的選修教材，并可作為申請（信息與通信工程學科和電子科學與技術學科）碩士學位同等學力人員的復習材料和相關專業(yè)技術人員的參考書。 筆者在北京清華大學從事數(shù)字電路方面的教學和科研工作已40多年，積累了較豐富的教學和實踐經(jīng)驗，主講的課程受到同學的歡迎，獲得過校級和市級的教學成果獎勵，所編著的《數(shù)字電路與系統(tǒng)》（1 993年清華大學出版社出版）于1996年獲電子部第1屆全國普通高等學校優(yōu)秀教材二等獎。為適應十多年來數(shù)字電子技術飛速發(fā)展的態(tài)勢與教學改革的需要，筆者將歷年的講課筆記、素材積累乃至經(jīng)驗、教訓進行歸納、總結，并融合了另兩位作者多年教學與科研工作的體會，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，清華大學董在望教授給予了熱情的支持和具體的指導，北京信息工程學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

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