Third Edition
ROGER L. TOKHEIM, M.S.
SCHAUM’S OUTLINE SEiRIES
McGraw-Hill
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1 NUMBERS USED IN DIGITAL ELECTRONICS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1-2 BinaryNumbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1-3 Ikxadecimal Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1-4 2s Complement Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Chapter 1
16
2-1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2-2 Weighted Binary Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2-3 Nonweighted Binary Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2-4 Alphanumeric Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Chapter 2 BINARY CODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapter 3 BASIC LOGIC GATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3-1 Introduction 28
3-2 TheANDGate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3-3 TheORGate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3-4 TheNOTGate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3-5 Combining Logic Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3-6 Using Practical Logic Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapter 4 OTHER LOGIC GATES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4- 1
4-2
4-3
4-4
4-5
4-6
4-7
4-8
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
The NAND Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
The NOR Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
The Exclusive-OR Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
The Exclusive-NOR Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Converting Gates When Using Inverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
NAND as a Universal Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Using Practical Logic Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Chapter 5 SIMPLIFYING LOGIC CIRCUITS: MAPPING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5-1
5-2
5-3
5-4
5-5
5-0
5-7
5-8
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Sum-of-Products Boolean Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Product-of-Sums Boolean Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Using De Morgan’s Theorems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Using NAND Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Usins NOR Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Karnaugh Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Karnaugh Maps with Four Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5-9 Using Maps with Maxterm Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5-10 Don't Cares on Karnaugh Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5-1 1 Karnaugh Maps with Five. Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Chapter 6 'ITL AND CMOS ICS: CHARACTERISTICS AND INTERFACING . . . . . . . . 104
6- 1
6-2
6-3
6-4
6-5
6-6
6-7
6-8
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Digital IC Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
TTL Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
CMOS Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Interfacing TTL and CMOS ICs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Interfacing TTL and CMOS with Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Interfacing TTL/CMOS with Simple Output Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
D/A and A/D Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Chapter 7 CODE CONVERSION 140 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7-1
7-2
7-3
7-4
7-5
7-6
7-7
7-8
Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Encoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Decoding: BCD to Decimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Decoding: BCD-to-Seven-Segment Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Liquid-Crystal Displays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Driving LCDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Vacuum Fluorescent Displays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Driving VF Displays with CMOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Chapter 8 BINARY ARITHMETIC AND ARITHMETIC CIRCUITS . . . . . . . . . . . . . . . 170
8-1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
8-2 Binary Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
8-3 Binary Subtraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
8-4 Parallel Adders and Subtractors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
8-5 Using Full Adders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
8-6 Using Adders for Subtraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
8-7 2s Complement Addition and Subtraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Chapter 9 FLIP-FLOPS AND OTHER MULTMBRATORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
9-1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
9-2 RSFlip.Flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
9-3 Clocked RS Flip.Flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
9-4 DFlip-Flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
9-5 JKFliP.FlOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
9-6 Triggering of Flip.Flops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
9-7 Astable Multivibrators-Clocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
9-8 Monostable Multivibrators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Chapter 10 COUNTERS 230
10-1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
10-2 Ripplecounters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
10-3 Parallel Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
10-4 Other Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
10-5 TTL IC Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
10-6 CMOS IC Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
10-7 Frequency Division: The Digital Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapter 11 S H I m REGISTERS 260
11-1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
11-2 Serial-Load Shift Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
11-3 Parallel-Load Shift Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
11-4 TTL Shift Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
11-5 CMOS Shift Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Chapter 12 MICROCOMPUTER MEMORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
12-1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
12-2 Random-Access Memory (RAM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
12-3 Read-Only Memory (ROM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
12-4 Programmable Read-Only Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
12-5 Microcomputer Bulk Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Chapter 13 OTHER DEVICES AND TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
13- 1
13-2
13-3
13-4
13-5
13-6
13-7
13-8
13-9
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Data Selector/Multiplexers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Multiplexing Displays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
Demultiplexers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
Latches and Three-State Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
Digital Data Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
Programmable Logic Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
Magnitude Comparator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
Schmitt Trigger Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
~
INDEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
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