与传统的数字电路教材相比，《数字设计基础与应用（第2版）》不仅介绍了数字电路的基本理论和经典内容，强化了中大规模数字集成电路应用、数字系统设计以及电子设计自动化等内容，而且进行了两个较大胆的尝试：将可编程逻辑器件的内容分散在组合逻辑电路和时序逻辑电路中介绍，将VHDL语言及其应用贯穿全书。不仅内容新颖，结构和意识上有所创新，而且分散了教学难点，更加方便教学。尤其是数字系统设计的内容，既有基于MSI器件的设计方法，又有基于PLD的设计方法，令人耳目一新。
　　全书共7章，分别是数字逻辑基础，组合逻辑电路分析与设计，时序逻辑基础，同步时序电路分析与设计，数字系统设计，电子设计自动化，数/模、模/数转换与脉冲产生电路。各章配有大量例题、习题和自测题，书末附有自测题的参考答案、模拟试卷及参考答案和计算机仿真软件Multisin 10简介。将Multisin 10仿真软件引入教材，有助于数字电路课程的教学与实验。
　　《数字设计基础与应用（第2版）》可作为电子、信息、雷达、通信、测控、计算机、电力系统及自动化等电类专业和机电一体化等非电类专业的专业基础课教材，也可作为相关专业工程技术人员的学习与参考用书。
　　《数字设计基础与应用（第2版）》建议学时为80学时。

《数字设计基础与应用(第2版)》介绍了数字电路的基本理论和经典内容，强化了中大规模数字集成电路应用、数字系统设计以及电子设计自动化等内容，并且将可编程逻辑器件的内容分散在组合逻辑电路和时序逻辑电路中介绍，将VHDL语言及其应用贯穿全书。

　　数字电路与逻辑设计”是电子、信息、雷达、通信、测控、计算机、电力系统及自动化等电类专业和机电一体化等非电类专业的一门重要的专业基础课。作为该课程的主教材之一，《数字设计基础与应用》教材主要介绍数字设计的基础理论及其应用方法，包括数字逻辑基础、组合逻辑电路分析与设计、时序逻辑基础、同步时序电路分析与设计、数字系统设计、电子设计自动化、数/模和模/数转换与脉冲产生电路等7章内容和三个附录。本书第1版自2005年出版以来，受到了广大师生的欢迎和专家的好评，并于2007年入选普通高等教育“十一五”国家级规划教材。
这次再版，主要做了以下几个方面的修订工作：
（1）订正第1版中的印刷错误，修改对部分问题的描述方式，更新、删减部分习题和自测题，增加教材的可读性、可用性，体现教材的时代性。
（2）以附录形式简单介绍目前广泛使用的计算机仿真软件Multisim 10，并增加部分电路仿真习题。将Multisim 10仿真软件引入教材，有助于数字电路课程的教学与实验。建议教师授课时，使用Multisim 10仿真软件辅助数字电路的教学，并安排部分仿真实验项目，使学生熟练掌握先进的仿真设计工具，实现教学手段、方法的重大飞跃。
（3）根据出版社提供的读者反馈意见，增加了一份模拟试卷及参考答案。模拟试卷反映了教材的主要内容和教学基本要求，无论对教师还是学生都具有参考价值。
修订后的版本依然保持了第1版的基本特色：
（1）打牢基础，培养能力。数字电路的经典内容在短时间内不会有大的变化，基本理论更是数字设计的基础，适当介绍这些内容，有助于打牢学生的专业理论基础，培养学生迎接千变万化挑战的能力。
（2）内容新颖，与时俱进。数字技术日新月异，作为教材，必须紧跟时代的前进步伐，使其尽可能快地反映数字技术和设计方法的最新成果。可编程逻辑器件作为数字设计的主流器件，已经大量应用于数字电路和数字系统中；VHDL语言作为可编程逻辑器件的设计语言，已经被所有PLD开发软件接受；数字设计的规模越来越大，系统设计和电子设计自动化已成为普遍采用的方法。所有这些新的技术、新的方法，都在本书中作为重点进行介绍。教材中的所有VHDL源程序都在MAX+plusⅡ或QuartusⅡ中通过了调试，便于读者使用或模仿。新增加的附录C，更可以使读者熟练掌握计算机仿真软件Multisim 10的使用方法，使课堂教学变得生动、形象，把实验室搬到课
堂、宿舍。
（3）分散难点，方便教学。无论是可编程逻辑器件和VHDL语言，还是数字系统设计与电子设计自动化，其内容都非常广泛，且有一定的深度和难度。本书中将PLD的内容分散到组合电路和时序电路中进行介绍，将VHDL语言及其应用贯穿全书，将数字系统设计和电子设计自动化分两章进行介绍，有助于循序渐进，分散难点，非常方便教学。
本书由解放军理工大学邓元庆教授主编，关宇教授和贾鹏、石会讲师参编。邓元庆编写第3章、第4章、第5章，并负责编写大纲的制定和全书的统稿、定稿及其他相关事宜；关宇编写第1章和第2章，贾鹏编写第6章和第7章，石会编写附录，杨云博士和尹廷辉副教授参与了本书中大量VHDL源程序的调试工作。清华大学出版社魏江江编辑为本书的出版付出了辛勤的劳动，解放军理工大学理学院的各级领导及编者的家人为本书的编写提供了大量的支持，谨在此表示由衷的感谢。
由于时间仓促和编者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请读者批评指正。


编 者
2009年11月于南京

第1章 数字逻辑基础
1.1 数字设计引论
1.1.1 数字电路与数字系统
1.1.2 数字分析与数字设计
1.2 数制与编码
1.2.1 数制
1.2.2 带符号数的表示法
1.2.3 符号的编码表示法
1.3 逻辑代数基础
1.3.1 逻辑变量与基本的逻辑运算
1.3.2 复合逻辑运算与常用逻辑门
1.3.3 逻辑代数的基本定律与运算规则
1.4 逻辑函数的描述方式
1.4.1 逻辑表达式与真值表
1.4.2 逻辑图
1.4.3 积之和式与最小项表达式
1.4.4 和之积式与最大项表达式
1.5 逻辑函数的化简
1.5.1 逻辑函数最简的标准和代数化简法
1.5.2 卡诺图法化简逻辑函数
1.5.3 非完全描述逻辑函数的化简
习题1
自测题1

第2章 组合逻辑电路分析与设计
2.1 集成逻辑门
2.1.1 集成逻辑门系列
2.1.2 集成逻辑门的主要电气指标
2.1.3 逻辑电路的其他输入、输出结构
2.2 常用MSI组合逻辑模块
2.2.1 加法器
2.2.2 比较器
2.2.3 编码器
2.2.4 译码器
2.2.5 数据选择器和数据分配器
2.3 组合型可编程逻辑器件
2.3.1 PLD的一般结构与电路画法
2.3.2 组合型PLD
2.4 组合逻辑电路分析
2.4.1 基本分析方法
2.4.2 分析实例
2.5 组合逻辑电路设计
2.5.1 基本设计方法
2.5.2 设计实例
2.6 组合逻辑电路的VHDL描述
2.6.1 VHDL源程序的基本结构
2.6.2 VHDL的基本语法
2.6.3 用VHDL描述组合逻辑电路
2.7 组合逻辑电路中的险象
2.7.1 险象的来源、种类与识别方法
2.7.2 险象的消除方法
习题2
自测题2

第3章 时序逻辑基础
3.1 时序逻辑概述
3.1.1 时序逻辑电路的一般结构
3.1.2 时序逻辑电路的描述方法
3.1.3 时序逻辑电路的一般分类
3.2 触发器
3.2.1 SR触发器
3.2.2 集成触发器
3.3 计数器
3.3.1 异步计数器
3.3.2 同步计数器
3.3.3 计数器的应用
3.4 移位寄存器
3.4.1 移位寄存器的一般结构
3.4.2 MSI移位寄存器
3.4.3 移位寄存器的应用
3.5 半导体存储器
3.5.1 半导体存储器的分类
3.5.2 随机存取存储器（RAM）
3.5.3 存储器的容量扩展
3.6 时序型可编程逻辑器件
3.6.1 通用阵列逻辑器件（GAL）
3.6.2 复杂可编程逻辑器件（CPLD）
3.6.3 PLD的开发与使用
习题3
自测题3

第4章 同步时序电路分析与设计
4.1 同步时序电路分析
4.1.1 基本分析方法
4.1.2 分析实例
4.2 基于触发器的同步时序电路设计
4.2.1 设计步骤
4.2.2 导出原始状态图或状态表
4.2.3 状态化简
4.2.4 状态分配
4.2.5 设计举例
4.3 基于MSI模块的同步时序电路设计
4.3.1 设计方法
4.3.2 设计举例
4.4 时序逻辑电路的VHDL描述
4.4.1 VHDL语法进阶
4.4.2 用VHDL描述时序电路
习题4
自测题4

第5章 数字系统设计
5.1 数字系统设计的一般过程
5.1.1 方案设计
5.1.2 逻辑划分
5.1.3 算法设计
5.1.4 物理实现
5.2 节日彩灯控制系统设计
5.2.1 系统功能与使用要求
5.2.2 系统方案设计与逻辑划分
5.2.3 控制算法设计
5.2.4 系统的物理实现
5.3 15位二进制数密码锁系统设计
5.3.1 系统功能与使用要求
5.3.2 系统方案设计与逻辑划分
5.3.3 控制算法设计
5.3.4 系统的物理实现
习题5
自测题5

第6章 电子设计自动化
6.1 概述
6.1.1 EDA的发展历程
6.1.2 EDA中的一些常用术语
6.1.3 硬件描述语言
6.1.4 EDA开发工具
6.1.5 基于ASIC的现代数字系统设计方法
6.2 可编程逻辑器件开发软件QuartusⅡ
6.2.1 QuartusⅡ软件简介
6.2.2 QuartusⅡ软件的使用
6.3 数字系统EDA实例
6.3.1 十字路口交通灯控制器
6.3.2 1/100秒计时控制器
习题6
自测题6

第7章 数/模、模/数转换与脉冲产生电路
7.1 集成数/模转换器
7.1.1 数/模转换的基本概念
7.1.2 常用的数/模转换技术
7.1.3 集成DAC的主要性能指标
7.1.4 8位D/A转换器DAC0832及其应用
7.2 集成模/数转换器
7.2.1 模/数转换的一般过程
7.2.2 常用的模/数转换技术
7.2.3 集成ADC的主要性能指标
7.2.4 8位A/D转换器ADC0809及其应用
7.3 脉冲产生电路
7.3.1 多谐振荡器
7.3.2 单稳态触发器
7.3.3 施密特触发器
7.4 555定时器及其应用
7.4.1 555定时器的功能与电路结构
7.4.2 用555定时器构成多谐振荡器
7.4.3 用555定时器构成单稳态触发器
7.4.4 用555定时器构成施密特触发器
习题7
自测题7
附录A 自测题参考答案
附录B 模拟试卷及参考答案
附录C 计算机仿真软件Multisim10
参考文献

　　1.1.2数字分析与数字设计
　　数字分析（digtal analysis）就是针对已知的数字系统，分析其工作原理、确定输入输出信号之间的关系、明确整个系统及其各组成部件的逻辑功能。数字设计（digtal design）是和数字分析相反的过程，它是针对特定的设计任务，采用一定的设计手段，构造一个符合设计要求的数字系统。本书重点介绍数字设计问题。
　　数字设计可以在不同层次上进行。通常，逻辑设计的层次由高到低可以分为系统级（system level）、模块级（module level）、门级（gate level）、晶体管级（transistor level）和物理级（physical level）。
　　系统级设计是数字系统设计的最高层次，在该层次的设计中，注重对数字系统整体功能的描述，又称为行为级描述，通常不关心具体的实现方式。通过系统级设计，将整个数字系统分解为若干个相互联系的功能模块，并描述各模块的外部属性。系统级设计通常采用各种硬件描述语言（hardware description language，HDI。），以程序设计的方式描述系统各模块的行为。
　　模块级设计是在系统级设计基础上，进一步分解各功能模块，描述其行为和功能。模块级设计既可以用HDL编程实现，也可以用标准逻辑组件实现。
　　数字系统的逻辑功能最终可以表示为一组逻辑函数表达式，从而可以用逻辑门实现。逻辑门是实现基本逻辑运算的最小数字硬件单元，用逻辑门实现逻辑函数是数字电路设计的基本内容之一。图1-3是一个可以实现两个1位二进制数加法运算的电路，称为l位全加器（全加器的完整设计过程将在第2章讨论）。数字电路的门级分析与设计是本书的重要内容之一。