数字电路与系统（第3版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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戚金清，王兢 编

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• 数字电路
• 数字系统
• 逻辑电路
• 计算机组成原理
• 电子技术
• 第三版
• 教材
• 高等教育
• 电子工程
• 信息技术

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121280559

版次：3

商品编码：11874189

包装：平装

丛书名： 电子信息与电气学科规划教材.电子电气基础课程

开本：16开

出版时间：2016-01-01

用纸：胶版纸

页数：316

字数：505600

正文语种：中文

内容简介

　　数字电子技术是信息、通信、计算机、控制等领域工程技术人员必须掌握的基本理论和技能，本书主要讲解了数字逻辑基础，逻辑门电路，逻辑代数基础，组合逻辑电路，触发器，时序逻辑电路，脉冲波形的产生与变换，数字系统设计基础，数模与模数转换，半导体存储器及可编程逻辑器件，硬件描述语言Verilog HDL等内容。第3版修订了各章相关内容，并增加或修订了部分例题及习题。

作者简介

　　戚金清，大连理工大学电信学院教师，从事电子电路设计、数字电路与数字系统等课程的教学以及科研工作，多次获得教学、科研方面的奖项。

目录

第1章 数字逻辑基础 1
1．1 模拟信号 1
1．2 数字信号 2
1．3 模拟电路与数字电路 2
1．4 数制 4
1．5 数制间的转换 6
1．5．1 任意进制转换成十进制 6
1．5．2 十进制转换成任意进制 6
1．5．3 二进制与八进制间的转换 7
1．5．4 二进制与十六进制间的转换 8
1．6 代码 8
1．6．1 二-十进制代码 8
1．6．2 格雷码 9
1．6．3 字符代码 9
1．7 二进制代码的表示法 10
1．8 带符号二进制数的表示法 10
1．8．1 二进制正数表示法 10
1．8．2 二进制负数表示法 10
1．8．3 带符号二进制数的运算 11
1．9 偏移码 12
习题 12
第2章 逻辑门电路 14
2．1 概述 14
2．2 逻辑门电路介绍 14
2．2．1 基本逻辑门电路 14
2．2．2 复合逻辑门电路 15
2．3 TTL集成门电路 17
2．3．1 TTL集成电路概述 17
2．3．2 TTL与非门 18
2．3．3 TTL与非门的电气特性 20
2．3．4 其他类型TTL门电路 22
2．3．5 TTL电路的改进系列 27
2．4 MOS门电路 28
2．4．1 NMOS门电路 28
2．4．2 CMOS 电路 30
2．4．3 CMOS电路特点 32
2．4．4 集成电路使用注意事项 32
*2．5 TTL与CMOS电路的连接 33
*2．6 TTL、CMOS常用芯片介绍 34
习题 35
第3章 逻辑代数基础 41
3．1 逻辑代数运算法则 41
3．1．1 基本逻辑运算 41
3．1．2 逻辑代数的基本定律 42
3．1．3 逻辑代数的基本规则 42
3．1．4 逻辑代数常用公式 43
3．2 逻辑函数的标准形式 43
3．2．1 最小项和标准与或式 43
3．2．2 最大项和标准或与式 45
3．2．3 最大项与最小项的关系 46
3．3 逻辑函数的公式化简法 47
3．4 逻辑函数的卡诺图化简法 48
3．4．1 卡诺图 48
3．4．2 用卡诺图表示逻辑函数 49
3．4．3 用卡诺图化简逻辑函数 49
3．4．4 具有随意项的逻辑函数化简 51
3．4．5 引入变量卡诺图 52
习题 53
第4章 组合逻辑电路 59
4．1 组合逻辑电路分析 59
4．2 组合逻辑电路设计 60
4．3 编码器 63
4．3．1 普通编码器 63
4．3．2 优先编码器 64
4．4 译码器 67
4．4．1 二进制译码器 67
4．4．2 码制变换译码器 70
4．4．3 显示译码器 71
4．5 数据选择器 75
4．5．1 数据选择器 75
4．5．2 数据选择器实现逻辑函数 76
4．6 数值比较器 78
4．6．1 一位数值比较器 79
4．6．2 四位数值比较器7485 79
4．6．3 数值比较器的位数扩展 80
4．7 加法电路 80
4．7．1 半加器 81
4．7．2 全加器 81
4．7．3 超前进位加法器74283 82
*4．8 组合逻辑电路的竞争冒险 84
4．8．1 竞争冒险的分类与判别 84
4．8．2 竞争冒险消除方法 85
习题 86
第5章 触发器 92
5．1 电平触发的触发器 92
5．1．1 由与非门构成的基本RS触发器 92
5．1．2 时钟触发器 96
5．2 脉冲触发的触发器 100
5．2．1 主从RS触发器 100
5．2．2 主从JK触发器 101
5．3 边沿触发的触发器 105
5．3．1 TTL边沿触发器 105
5．3．2 CMOS边沿触发器 107
5．4 触发器的分类和区别 110
*5．5 触发器之间的转换 112
5．6 触发器的典型应用 112
习题 114
第6章 时序逻辑电路 119
6．1 时序逻辑电路的基本概念 119
6．1．1 时序逻辑电路的结构及特点 119
6．1．2 时序逻辑电路的分类 120
6．1．3 时序逻辑电路的表示方法 120
6．2 同步时序逻辑电路的一般分析方法 121
6．3 同步时序逻辑电路的设计 124
6．4 计数器 131
6．4．1 4位二进制同步集成计数器74161 131
6．4．2 8421BCD码同步加法计数器74160 133
6．4．3 同步二进制加法计数器74163 134
6．4．4 二-五-十进制异步加法计数器74290 134
6．4．5 集成计数器的应用 135
6．5 寄存器 140
6．5．1 寄存器74175 140
6．5．2 移位寄存器 141
6．5．3 集成移位寄存器74194 143
6．5．4 移位寄存器构成的移位型计数器 144
*6．6 序列信号发生器 147
6．6．1 计数型序列信号发生器 147
6．6．2 移位型序列信号发生器 147
习题 150
第7章 脉冲波形的产生与变换 155
7．1 555定时器 155
7．2 施密特触发器 156
7．2．1 555定时器构成的施密特触发器 156
7．2．2 门电路构成的施密特触发器 157
7．2．3 集成施密特触发器 159
7．2．4 施密特触发器的应用 159
7．3 单稳态触发器 161
7．3．1 TTL与非门组成的微分型单稳态触发器 161
7．3．2 555定时器构成的单稳态触发器 163
7．3．3 集成单稳态触发器 164
7．3．4 单稳态触发器的应用 166
7．4 多谐振荡器 169
7．4．1 555定时器构成的多谐振荡器 169
7．4．2 TTL与非门构成的多谐振荡器 171
7．4．3 石英晶体振荡器 173
7．4．4 施密特触发器构成的多谐振荡器 173
7．4．5 多谐振荡器的应用 175
习题 176
第8章 数字系统设计基础 180
8．1 数字系统概述 180
8．1．1 数字系统结构 180
8．1．2 数字系统的定时 180
8．1．3 数字系统设计的一般过程 181
8．2 算法状态机――ASM图表 181
8．2．1 ASM图表符号 181
8．2．2 ASM图表的含义 183
8．2．3 ASM图表的建立 184
8．3 数字系统设计 185
习题 193
第9章 数模与模数转换 196
9．1 数模转换电路 196
9．1．1 数模转换关系 196
9．1．2 权电阻网络DAC 197
9．1．3 R-2R 梯形电阻网络DAC 198
9．1．4 R-2R倒梯形电阻网络DAC 199
9．1．5 电流激励DAC 200
9．1．6 集成数模转换电路 200
9．1．7 数模转换的主要技术指标 205
9．2 模数转换电路 207
9．2．1 ADC的工作过程 207
9．2．2 并行比较ADC 209
9．2．3 并/串型ADC 211
9．2．4 逐次逼近型ADC 212
9．2．5 双积分ADC 214
9．2．6 集成模数转换电路 216
9．2．7 模数转换的主要技术指标 218
习题 219
第10章 半导体存储器及可编程逻辑器件 223
10．1 半导体存储器概述 223
10．1．1 半导体存储器的分类 223
10．1．2 存储器的技术指标 224
10．2 随机存储器RAM 224
10．2．1 RAM的基本结构 225
10．2．2 RAM芯片简介 228
10．2．3 RAM的容量扩展 229
10．3 只读存储器ROM 231
10．3．1 ROM的分类 231
10．3．2 ROM的结构与基本原理 232
10．3．3 ROM应用 233
10．4 可编程逻辑器件PLD 236
10．4．1 可编程逻辑器件概述 236
10．4．2 可编程逻辑器件的基本结构和电路表示方法 237
10．4．3 复杂可编程逻辑器件CPLD 239
10．4．4 现场可编程门阵列FPGA 243
10．4．5 CPLD/FPGA设计方法与编程技术 247
习题 250
第11章 硬件描述语言Verilog HDL 256
11．1 Verilog HDL的基本知识 256
11．1．1 什么是Verilog HDL 256
11．1．2 Verilog HDL的发展历史 256
11．1．3 Verilog HDL程序的基本结构 257
11．2 Verilog HDL的基本元素 259
11．2．1 注释符 259
11．2．2 标识符 260
11．2．3 关键字 260
11．2．4 间隔符 260
11．2．5 操作符 260
11．2．6 数据类型 264
11．3 Verilog HDL的基本语句 269
11．3．1 过程结构语句 269
11．3．2 语句块 271
11．3．3 时序控制 272
11．3．4 赋值语句 273
11．3．5 分支语句 274
11．3．6 循环语句 275
11．4 Verilog HDL程序设计实例 277
11．4．1 基本逻辑门电路设计 277
11．4．2 组合逻辑电路设计 280
11．4．3 时序逻辑电路设计 286
11．4．4 数字系统设计实例 291
11．5 Verilog HDL的模拟仿真 294
11．5．1 Quartus II开发软件 294
11．5．2 仿真实例 296
习题 303
参考文献 304

前言/序言

　　第3版序
　　本书在《数字电路与系统》第1版、第2版的基础上修订而成。在总结四年多来使用本书教学和学习经验的基础上，对本书进行了部分提高、增删和修改。为保持数字电路基本知识和基础理论的连贯性，同时适应信息科学的迅速发展，本书主要保留了有关数制、逻辑代数、触发器原理、组合逻辑电路、时序逻辑电路、模数数模转换等原有的基本内容。本次修订将硬件描述语言由VHDL换成了Verilog HDL，应用更广泛、更方便，也使读者能更深入地理解数字电路在后续课程中的应用，为面向业界的工程应用人才培养奠定基础。
　　本书在原书基础上的具体修改包括：（1）在第1章中增加了对模拟信号、数字信号、模拟电路及数字电路等的图文介绍；（2）重新调整了第5章的结构，在介绍触发器电路结构的基础上，强调了触发器的逻辑功能，突出了触发器的触发方式；（3）第11章硬件描述语言由VHDL换成了Verilog HDL，章节内容全部修改；（4）全书各章增加或修订了部分例题及习题。
　　目录中有“*”号的部分是建议选讲的内容。在学时较少的情况下，可以删减这些内容，作为感兴趣同学的自学内容。删去这些内容不会影响本书理论体系的完整性和内容的连贯性。
　　参加本次修订工作的人员包括：唐洪（第1、3章），戚金清（第2、5、10章），龚晓峰（第4章），王开宇（第6章），王兢（第7、8、9章），陈晓明（第11章）。全书由戚金清和王兢统稿、定稿。作者向参与原书写作的李小兵和高仁璟老师表示衷心的感谢，向为本课程教学大纲提出宝贵意见的蔡惟曾教授表示真诚的感谢，向帮助本书修订、出版的同事们致以诚挚的谢意。
　　修订后的教材中一定还会存在一些不妥和不完善之处，恳求读者批评指正。
　　编 者
　　2015年10月

《数字电路与系统》（第3版）图书简介 本书全面深入地探讨了数字电路与系统的理论基础、设计方法和实际应用。从最基础的逻辑门电路到复杂的微处理器系统，循序渐进地引导读者掌握数字信号处理的核心概念和技术。本书旨在为计算机科学、电子工程、自动化以及相关领域的学生和工程师提供坚实的理论知识和实践技能，使其能够理解、分析和设计各种数字系统。 第一部分：数字电路基础 本部分将从最基本的数字逻辑概念入手，为读者构建起数字电路的基石。 数字信号与模拟信号： 详细阐述数字信号和模拟信号的本质区别，包括它们的表示方式、信息存储和传输的特性。通过生动的比喻和实例，帮助读者理解为何在现代电子系统中数字信号占据主导地位。分析数字信号抗干扰能力强、易于处理和集成等优点，以及模拟信号在传感器、通信等领域的不可替代性。 二进制数系统与运算： 深入讲解二进制、八进制、十进制和十六进制之间的转换方法，这是理解数字电路的基础。详细介绍二进制的加法、减法（包括补码运算）、乘法和除法，并分析它们在计算机运算中的应用。探讨不同进制表示法在存储器地址、数据传输和位操作中的重要性。 逻辑门电路（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）： 逐一介绍各种基本逻辑门的功能、逻辑表达式、真值表和电路符号。重点讲解 NAND 和 NOR 门作为通用门，如何通过组合实现所有其他逻辑门。通过实际的开关电路类比，让读者直观理解逻辑门的工作原理。 布尔代数与逻辑函数化简： 介绍布尔代数的公理和定理，以及如何利用它们来简化逻辑表达式。详细讲解卡诺图（Karnaugh Map）和奎因-麦克拉斯基（Quine-McCluskey）方法，这是实现最简逻辑电路的两种重要工具。通过大量的例题，展示如何运用这些方法解决复杂的逻辑化简问题，从而减少电路元件数量，提高电路性能。 组合逻辑电路设计： 讲解如何根据逻辑功能要求，从真值表或逻辑表达式出发，设计出组合逻辑电路。重点介绍译码器（Decoder）、编码器（Encoder）、多路选择器（Multiplexer，MUX）和数据分配器（Demultiplexer，DEMUX）等常用组合逻辑模块的功能、结构和应用。分析它们在数据选择、地址译码、信号路由等方面的作用。 时序逻辑电路基础： 引入时序逻辑电路的概念，解释其与组合逻辑电路的区别，即输出不仅取决于当前输入，还取决于过去的状态。详细介绍触发器（Flip-Flop）的基本类型（SR, JK, D, T）和工作原理，包括它们的状态转换、时钟信号的作用以及同步和异步操作。 第二部分：数字系统设计 本部分将在此基础上，进一步探讨更复杂的数字系统结构和设计方法。 时序逻辑电路设计： 讲解如何利用触发器设计寄存器（Register）、移位寄存器（Shift Register）和计数器（Counter）。详细阐述各种寄存器的功能（并行/串行输入输出）和应用，如数据存储、暂存。深入分析计数器的不同类型（同步/异步，加/减，二进制/BCD），以及它们在频率分频、定时器、状态机等方面的应用。 有限状态机（FSM）设计： 详细介绍有限状态机的建模方法（米利型和摩尔型），包括状态图、状态表和状态编码。讲解如何将状态机设计转化为实际的硬件电路，包括状态寄存器、组合逻辑（用于输出和下一状态的判断）。通过实例，如交通信号灯控制器、序列检测器等，展示 FSM 在序列控制和系统协调中的强大能力。 存储器单元与存储器系统： 深入讲解存储器的基本概念，包括位、字节、字、地址和存储容量。详细介绍随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的类型及其工作原理。重点分析 SRAM 和 DRAM 的结构差异、性能特点和应用场景。讲解 ROM 的不同类型（PROM, EPROM, EEPROM, Flash ROM）及其在程序存储、配置数据存储中的作用。介绍存储器系统的扩展，如多芯片组装、存储器接口设计。 可编程逻辑器件（PLD）与现场可编程门阵列（FPGA）： 介绍 PLD 的基本概念，包括 PLA、PAL 和 CPLD。重点深入讲解 FPGA 的架构，包括逻辑块（Logic Block）、布线资源（Routing Resources）和输入/输出块（I/O Block）。阐述使用硬件描述语言（HDL，如 Verilog 或 VHDL）进行 FPGA 设计的流程，从代码编写、仿真、综合到布局布线和比特流生成。分析 FPGA 在原型验证、定制化硬件加速和产品迭代中的优势。 微处理器基础： 简要介绍微处理器的基本组成部分，包括算术逻辑单元（ALU）、控制器单元（CU）、寄存器组和总线接口。讲解指令集架构（ISA）的基本概念，包括指令类型（数据传输、算术逻辑、控制流）。初步介绍指令执行过程，如取指、译码、执行。为后续更深入的学习微处理器系统打下基础。 第三部分：数字系统应用与进阶 本部分将聚焦于数字电路在实际应用中的体现，并涉及一些进阶概念。 模数转换（ADC）与数模转换（DAC）： 详细介绍 ADC 和 DAC 的基本原理和常见类型。讲解 ADC 的采样、量化和编码过程，以及常见的 ADC 架构，如逐次逼近型、双积分型和∑-△型。分析 DAC 的输出转换过程，以及常见的 DAC 架构，如电阻网络型和电流舵型。探讨 ADC/DAC 在传感器数据采集、音频/视频信号处理和控制系统中的关键作用。 数字信号处理（DSP）入门： 介绍数字信号处理的基本概念，包括采样定理（奈奎斯特采样定理）、量化误差和数字滤波器的概念。初步讲解离散时间傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT）在信号分析中的作用。为读者理解数字信号的处理和变换奠定基础。 系统集成与总线技术： 介绍不同数字模块之间如何通过总线进行通信和协作。讲解总线的类型（数据总线、地址总线、控制总线）和工作原理。介绍常见的总线标准，如 I2C、SPI、USB 等，以及它们在设备间通信中的应用。 数字系统设计流程与工具： 总结完整的数字系统设计流程，从需求分析、规格定义、逻辑设计、物理设计到测试验证。介绍常用的EDA（Electronic Design Automation）工具，如逻辑综合工具、布局布线工具、仿真工具（如 ModelSim, VCS）和物理验证工具。强调使用仿真和时序分析进行设计验证的重要性。 案例研究与实践项目： 通过多个具体的案例研究，将前面学到的理论知识应用到实际问题中。例如，设计一个简单的计算器、一个数字游戏控制器、一个简单的数据采集系统等。这些案例将帮助读者巩固理解，并培养解决实际问题的能力。 本书以清晰的逻辑结构、丰富的图表和详实的示例，力求让读者在掌握理论知识的同时，也能感受到数字电路与系统设计的魅力。无论您是初学者还是有一定基础的工程师，本书都将是您深入学习数字电路与系统不可或缺的参考。通过本书的学习，您将能够自信地分析和设计出满足各种需求的数字系统。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者在教学方法的创新上，给我留下了深刻的印象。他们似乎非常了解读者的学习痛点，并为此量身打造了一系列教学策略。书中大量的实例分析，选取了非常贴合实际应用的场景，这让我能够直观地看到理论知识如何转化为实际功能。而且，这些案例不仅仅是简单的罗列，而是进行了深入的剖析，解释了背后的设计思路和权衡。除了案例，书中的习题设计也极具匠心。它们难度适中，能够有效巩固课堂所学，同时又不至于让人望而却步。更重要的是，习题的设计往往带有启发性，能够引导读者思考更深层次的问题。我特别喜欢书中一些“挑战性”的习题，它们虽然需要花费更多的时间和精力，但完成后的成就感却是巨大的。这种寓教于乐的学习方式，让我觉得学习不再是单纯的记忆和背诵，而是一个主动探索和解决问题的过程。

评分☆☆☆☆☆

我必须提一下这本书在概念阐释方面的独到之处。作者并没有使用生硬的定义和冗长的术语来堆砌内容，而是善于运用生动的比喻和形象的类比，将那些抽象的概念变得触手可及。我记得在讲解某个复杂的逻辑门时，作者用了一个非常巧妙的生活化例子，一下子就让我茅塞顿开。这种“化繁为简”的能力，是许多教科书所缺乏的。书中对每个概念的引入都循序渐进，确保读者在掌握了基础之后，再逐步深入。有时候，一个看似晦涩的概念，经过作者的层层剥茧，就会变得明朗起来。而且，作者在解释过程中，会不断地与读者进行“对话”，仿佛在耳边轻声讲解，极大地降低了学习的门槛。这种贴近读者的沟通方式，让我感觉自己不是一个人在孤军奋战，而是有一个经验丰富的导师在旁边指引。

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我被这本书的知识深度和广度深深吸引了。它不仅仅停留在基础概念的讲解，而是深入挖掘了许多更高级的主题，并且将它们有机地串联起来。作者在逻辑组织方面展现了非凡的功力，每一章的内容都层层递进，环环相扣，让人在理解一个概念后，能够很自然地过渡到下一个，形成一个完整的知识体系。我尤其欣赏的是它在理论深度上的追求，没有回避那些复杂的推导和证明，而是以一种清晰易懂的方式呈现出来，这对于我这种希望深入理解原理的读者来说，简直是福音。书中引用的参考文献也非常权威，为进一步的探索提供了宝贵的资源。我曾尝试过一些教材，虽然内容也算详实，但总感觉缺乏一种“灵魂”，知识点之间像是孤立的碎片。而这本书，则将这些碎片巧妙地编织成一张宏大的知识网，让人在学习的过程中，能感受到一种全局观。这种深入浅出的讲解方式，让我对数字电路的学习不再感到枯燥，反而充满了求知欲。

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这本书的印刷质量真是出乎意料的好，纸张厚实，触感温润，即使长时间翻阅也不会感到疲惫。封面设计简洁大气，字体清晰，排版疏密得当，阅读起来非常舒适。我特别喜欢它装帧的牢固度，翻页顺畅，没有任何松散的迹象，相信能陪伴我度过漫长的学习时光。书中插图和例题的印刷也十分精美，线条流畅，色彩饱满，细节处理得恰到好处，这对于理解抽象的电路概念至关重要。我曾遇到过一些书籍，印刷模糊，图例粗糙，让人难以辨认，但这本书在这方面做得无可挑剔。每一次打开这本书，都给我一种赏心悦目的感觉，仿佛是在欣赏一件艺术品。即使是在光线不佳的环境下阅读，屏幕也不会产生令人不适的反光。我甚至忍不住多摸几下书页，感受那细腻的纹理。这种用心的印刷，无疑提升了整体的学习体验，让我对即将展开的知识探索充满了期待。

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我之前对数字电路和系统一直有些畏惧，觉得它是一个非常枯燥且充满公式的领域。但这本书的出现，彻底改变了我的看法。作者用一种充满激情和活力的笔触，将这个领域展现得无比生动有趣。他们不仅仅是在传授知识，更像是在分享他们对这个领域的热爱。书中的语言风格非常具有感染力，让我不自觉地被吸引进去。即使是一些看似枯燥的技术细节，在作者的笔下也变得妙趣横生。他们常常会穿插一些历史故事或者技术趣闻，让学习的过程充满了惊喜。这种将技术与人文巧妙结合的方式，让我觉得学习数字电路不仅仅是为了掌握一门技术，更是为了了解人类智慧的结晶。这本书让我看到了数字电路的魅力所在，也激发了我对这个领域更深入研究的兴趣。