内容简介
《数字电子技术应用及项目训练(第2版)/国家示范性高等职业院校核心课程“十三五”规划教材·电子电气类》内容按3个学习项目编写。全书以常用电子小产品为载体,介绍了数字电子技术中常用数字集成芯片及应用电路的分析与制作。学习项目1为火灾报警信号控制电路的设计与制作,主要介绍数字逻辑基础知识、集成门电路的应用;学习项目2为数字定时抢答器的分析与制作,主要介绍中规模集成电路——编码器、译码器、显示器、触发器、555定时器、计数器、寄存器等器件及其应用;学习项目3为数字显示温度控制器的分析与制作,主要介绍集成D/A转换器、A/D转换器、存储器等器件及其应用,并将模拟电子线路和数字电子线路结合起来综合运用。
《数字电子技术应用及项目训练(第2版)/国家示范性高等职业院校核心课程“十三五”规划教材·电子电气类》可作为高等职业院校电子、电气、通信、计算机控制、机电一体化等专业的教材,也可供其他专业如机械、汽车、计算机等专业的师生及有关工程技术人员参考,也可作为中等职业学校有关专业的提高教材,还可作为自学考试或电子技术人员的学习用书。
内页插图
目录
学习项目1 火灾报警信号控制电路的设计与制作
项目描述
项目要求
学习目标
基础训练1 火灾报警信号事件的逻辑功能表示
相关知识
实践操作 火灾报警控制电路的设计
课外练习
基础训练2 集成逻辑门电路的选用
相关知识
实践操作1 集成门电路的识别和逻辑功能测试
实践操作2 集成门电路的应用
课外练习
基础训练3 组合逻辑电路的分析与设计
相关知识
实践操作 组合逻辑电路的分析、测试
课外练习
任务实施 火灾报警信号控制电路的设计与制作
思考与提高
学习项目2 数字定时抢答器的分析与制作
项目描述
项目要求
学习目标
基础训练1 抢答电路的分析与测试
相关知识
实践操作 8路抢答电路的测试
课外练习
基础训练2 触发器及应用电路分析
相关知识
实践操作触发器的功能测试及应用
课外练习
基础训练 3555定时器及应用电路的分析与测试
相关知识
实践操作 555定时器应用电路的分析与测试
课外练习
基础训练4 数显定时器电路的分析与测试
相关知识
实践操作1 集成计数器功能测试及任意进制计数器的构成
实践操作2 数显定时器电路的测试
课外练习
任务实施 数字定时抢答器的分析与制作
思考与提高
学习项目3 数字显示温度控制器的分析与制作
项目描述
项目要求
学习目标
基础训练1 加法计数器D/A转换显示电路的分析与测试
相关知识
实践操作 加法计数器D/A转换显示电路的测试
课外练习
基础训练2 数字电压表电路的分析与测试
相关知识
实践操作3 (1/2)数字电压表电路的组装与调试
课外练习
基础训练 3EPROM的固化与擦除
相关知识
实践操作 EPROM(2764)的固化与擦除
课外练习
任务实施 数字显示温度控制器的分析与制作
思考与提高
附录 CMOS74HC系列数字集成电路检索表
参考文献
前言/序言
《数字电子技术应用及项目训练》一书,自2010年出版以来,被多个高职院校和培训部门选为教材,得到广大读者的关心。目前,由于电子技术的飞速发展及教改的进一步深入,原书中有些内容已显得比较陈旧,内容上存在一定的缺损,应用性也强调得不够深入,而且在课程体系和讲授方法方面,也需做必要调整和改进。因此,编者在原版基础上进行了修改,以便更好地适应当前电子技术课程教学的需要,更好地培养适合企业需要的高技能技术性人才。
在本书第二版的修订工作中,继续遵循本书第一版的编写原则:以电子小产品的电子电路为载体,介绍数字电子技术中常用的数字集成器件及应用电路的分析与制作。本书采用“教”、“学”、“做”一体化的教学模式,淡化集成器件的内部结构和工作原理,着眼于集成器件的外部特性及应用。具体的修订思路如下:
首先,为了适应现代电子技术迅速发展的需要,适应数字化、集成化电路的应用,在保证基本概念、突出集成数字电路的逻辑特性和工作特点的前提下,本书第二版更加强调了数字集成电路在应用中的一些实际问题。例如:
1.增加了数字电路应用中所涉及的数制和编码知识,介绍了十进制、二进制、八进制、十六进制的特点和相互转换,以及常用的BCD编码。
2.增加了集成门电路带负载的能力分析——拉电流负载和灌电流负载情况。
3.强化了三态门在数据总线中的应用。
4.强化了集成电路在应用时的封装和性能指标。
5.增加了液晶显示器的特点介绍。
6.强化了有关移位寄存器特点等相关知识。
7.更加突出了数字集成电路的应用性。
其次,对原有书中的一些模糊描述进行了完善和修订,使本书更加通俗易懂。除了保持和发扬原书的风格和特点,本书第二版仍然以实用电子产品为载体,通过项目训练来掌握数字电路技术的基础知识和基本技能。书中也力求简明扼要、深入浅出和便于自学。在内容的安排和阐述上,不仅思路清晰,而且注重了层次递进,从小规模数字集成电路应用到中规模数字集成电路应用、从功能简单项目训练到功能综述的项目训练,层次递增,内容紧扣。
本书可与《模拟电子技术应用及项目训练》(第二版)一书配套使用,同时又有相对的独立性,即可作为高等职业院校工科有关专业的“数字电子技术课程”的教材,也可作为中等职业学校有关专业的提高性教材,还可作为自学考试或电子爱好者的学习用书。
本书修订工作由重庆工业职业技术学院张晓琴、重庆工程职业技术学院伍小兵任主编。学习项目1中的“基础训练1”和“基础训练2”由伍小兵修订、“基础训练3”由重庆工业职业技术学院黄进修订,学习项目2由张晓琴修订,学习项目3中的“基础训练1”和“基础训练2”由重庆工业职业技术学院王政修订、“基础训练3”由黄进修订。全书由张晓琴统稿。
本书仍由重庆工业职业技术学院教授级高级工程师易谷、重庆四联集团川仪十八厂高级工程师刘慕尹主审。本书在修订过程中,四联集团川仪总工程师叶多、重庆工业职业技术学院副教授肖前军等提出了许多有益意见,在此一并表示感谢。
由于编者水平有限,书中难免有不妥之处,敬请广大读者批评指正,帮助我们不断改进。
掌握数字世界的基础:电子线路的奥秘与实践 本书旨在为初学者和有一定基础的读者提供一个深入浅出、系统扎实的数字电子技术学习平台。我们摒弃了繁琐的理论推导,聚焦于数字电子技术的核心概念、关键原理以及实际应用,通过丰富的案例分析和项目实训,帮助读者快速掌握数字电路的设计、分析和调试能力,为日后更深入的电子技术学习和工程实践打下坚实的基础。 一、 数字世界的入门:从二进制到逻辑门 现代电子技术的核心是数字信号,本书的第一部分将带领读者走进这个由0和1构成的奇妙世界。我们将首先介绍二进制数的概念、表示方法及其与十进制、十六进制等其他数制之间的转换,这是理解数字电路工作原理的基础。在此基础上,我们将详细讲解常用的逻辑运算,如与(AND)、或(OR)、非(NOT)、与非(NAND)、或非(NOR)、异或(XOR)和同或(XNOR)等。 每一类逻辑运算都将配以直观的真值表和逻辑图,帮助读者清晰理解其工作特性。我们还将深入剖析构成这些逻辑运算的基本逻辑门电路,如二极管-二极管逻辑(DDL)、二极管-三极管逻辑(DTL)、三极管-三极管逻辑(TTL)以及互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑等,并对比它们的优缺点,让读者了解不同逻辑门电路的实现方式和应用场景。 二、 构建复杂逻辑:组合逻辑电路的设计与分析 在掌握了基本的逻辑门之后,我们便可以开始构建更为复杂的数字电路——组合逻辑电路。组合逻辑电路的特点是输出仅取决于当前的输入,不含记忆功能。本书将系统讲解组合逻辑电路的设计流程,包括: 需求分析与逻辑函数建立:明确电路的功能需求,并将其转化为布尔代数表达式。 逻辑化简:利用卡诺图(Karnaugh Map)等工具,对布尔代数表达式进行化简,以实现电路的最小化设计,从而降低成本、提高性能。 电路实现:将化简后的逻辑表达式转化为实际的逻辑门电路。 我们将重点介绍几种典型的组合逻辑电路,并对其进行深入分析: 编码器与译码器:用于不同编码格式之间的转换,例如二进制编码器、BCD码译码器等,它们在数据处理和控制系统中扮演着重要角色。 多路选择器(Multiplexer)与多路分配器(Demultiplexer):用于实现信号的选择和分配,是数据通路设计中的关键组件。 加法器与减法器:实现基本的算术运算,如半加器、全加器、并行加法器等,是构成算术逻辑单元(ALU)的基础。 比较器:用于比较两个数字的大小,是实现判断和控制功能的重要模块。 通过大量的实例,如交通信号灯控制器、计算器等,读者将学会如何运用组合逻辑电路解决实际问题。 三、 引入时间的概念:时序逻辑电路的魅力 与组合逻辑电路不同,时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入,还与电路 past inputs(之前的输入)和电路的内部状态有关。时序逻辑电路引入了“记忆”功能,是构成存储器和控制器的基础。本书将详细讲解时序逻辑电路的构成要素和设计方法: 触发器(Flip-Flop):时序逻辑电路最基本的记忆单元,我们将深入讲解不同类型的触发器,如SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器,以及它们的触发方式(同步、异步)、状态转移图和时序特性。 寄存器(Register):由多个触发器组成,用于存储二进制数,如移位寄存器、并行输入/输出寄存器等。我们将分析它们的工作原理和应用,例如在数据传输和存储中的作用。 计数器(Counter):用于对脉冲信号进行计数,是数字系统中常用的时序逻辑电路。我们将讲解同步计数器、异步计数器(行波计数器)、加/减计数器、译码计数器等,并分析它们在频率分频、定时控制等方面的应用。 本部分将通过设计一个简单的秒表、一个交通灯控制器等项目,让读者亲身感受时序逻辑电路在构建动态系统中的强大能力。 四、 存储信息的载体:存储器的工作原理 数字电子技术的核心在于信息的存储与处理,存储器是实现这一目标的关键。本书将详细介绍不同类型的存储器及其工作原理: 随机存取存储器(RAM):包括静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)。我们将分析它们的读写操作、结构特点和应用场景,例如在计算机主内存中的作用。 只读存储器(ROM):包括掩膜ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦写可编程ROM(EPROM)和电可擦写可编程ROM(EEPROM)。我们将讲解它们的特点、编程方式以及在固件存储、查找表等方面的应用。 闪存(Flash Memory):作为EEPROM的升级,我们将介绍其高密度、高速度和低功耗的优势,并分析其在固态硬盘、U盘、SD卡等存储设备中的应用。 通过对存储器原理的深入理解,读者将能够更好地把握数字系统的整体架构。 五、 信号的转换与处理:模数与数模转换 现实世界中的许多信号都是模拟信号,而数字电子系统则处理数字信号。因此,模数转换(ADC)和数模转换(DAC)是连接模拟世界和数字世界的桥梁。本书将详细介绍ADC和DAC的工作原理: 数模转换器(DAC):包括权电阻式DAC、倒T型电阻网络DAC、R-2R梯形DAC等。我们将分析它们的转换精度、转换速度以及在音频播放、信号生成等方面的应用。 模数转换器(ADC):包括并行ADC(比较器式ADC)、逐次逼近式ADC、积分式ADC和Σ-Δ调制ADC等。我们将重点讲解它们的工作流程、关键参数(如分辨率、采样率)以及在数据采集、传感器接口等方面的应用。 通过学习ADC和DAC,读者将能够理解数字系统如何采集和处理现实世界的模拟信息。 六、 从理论到实践:项目训练与应用拓展 理论知识的掌握最终是为了应用于实践。本书的最后部分将重点放在项目训练上,我们将提供一系列精心设计的、由易到难的实践项目,涵盖数字电子技术的多个方面: 简单电子钟:利用计数器和显示驱动电路实现一个基础的电子时钟。 音乐合成器:通过组合逻辑电路和时序逻辑电路生成简单的旋律。 交通灯控制器:运用组合逻辑和时序逻辑设计一个模拟交通灯的控制器。 简单的计算器:实现基本的加、减、乘、除运算功能。 数字频率计:利用计数器和显示电路测量信号的频率。 在每个项目训练中,我们将提供详细的电路设计图、元件清单、调试步骤和注意事项,引导读者独立完成项目。同时,我们还将介绍一些前沿的数字电子技术应用,如FPGA(现场可编程门阵列)在数字系统设计中的应用、嵌入式系统中的数字电路设计基础等,为读者打开更广阔的学习和职业发展空间。 总结 本书力求在概念清晰、逻辑严谨的基础上,强调实践操作的重要性。我们相信,通过系统学习和动手实践,读者不仅能够深刻理解数字电子技术的精髓,更能在解决实际工程问题中获得成就感。无论您是初学者,还是希望巩固和提升数字电子技术能力的在职人员,本书都将是您宝贵的学习伙伴。让我们一起探索数字世界的无限可能!