本書為適應應用型本科教育的人纔培養目標而編寫的。主要內容有數字邏輯基礎、邏輯門電路、組閤邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、脈衝波形的産生與整形、半導體存儲器與可編程邏輯器件、數模和模數轉換以及數字電子電路綜閤設計。內容簡明扼要、深入淺齣,重點突齣、實用性強,以能力培養為重點,理論分析與應用實例相配閤,以提高學生分析問題和解決問題的能力。
第1章 數字邏輯基礎 1
1.1 數字信息與數字電路 1
1.1.1 數字信息 1
1.1.2 數字電路 2
1.2 數製與碼製 4
1.2.1 幾種常用的數製 4
1.2.2 不同數製間的轉換 6
1.2.3 幾種常用的碼製 8
1.3 邏輯代數 10
1.3.1 邏輯代數中3種基本運算 10
1.3.2 復閤邏輯運算 12
1.3.3 邏輯代數的基本公式 14
1.3.4 邏輯代數的基本定理 14
1.3.5 邏輯代數的應用實例 15
1.4 邏輯函數及其錶示方法 16
1.4.1 邏輯函數的定義 16
1.4.2 邏輯函數的錶示方法 16
1.4.3 各種錶示方法間的相互轉換 17
1.5 邏輯函數的化簡 18
1.5.1 邏輯函數的最簡形式 18
1.5.2 公式化簡法 19
1.5.3 卡諾圖化簡法 20
思考題與習題 28
第2章 邏輯門電路 31
2.1 二極管、三極管和場效應管
的開關特性 31
2.1.1 二極管的開關特性 31
2.1.2 三極管的開關特性 33
2.1.3 場效應管的開關特性 36
2.2 分立元件門電路 38
2.2.1 二極管門電路 38
2.2.2 三極管反相器 39
2.2.3 與非門電路 40
2.3 TTL集成門電路 41
2.3.1 TTL反相器電路結構及原理 41
2.3.2 TTL反相器的電壓傳輸特性和
抗乾擾能力 44
2.3.3 TTL反相器的靜態輸入特性、
輸齣特性和負載能力 46
2.3.4 TTL反相器的動態特性 51
2.3.5 TTL門電路的其他類型 53
2.3.6 TTL集成門係列簡介 56
2.4 CMOS集成門電路 58
2.4.1 CMOS反相器的電路結構和
工作原理 61
2.4.2 CMOS反相器的特性及參數 62
2.4.3 CMOS門電路的其他類型 64
2.4.4 CMOS集成門係列簡介 66
2.5 可以“綫與”的集成門電路 68
2.5.1 集電極開路門(OC門) 69
2.5.2 三態輸齣門(TS門) 70
2.5.3 漏極開路門(OD門) 72
2.6 集成門電路的應用及其應注意
的問題 72
2.6.1 集成門電路的應用 72
2.6.2 集成門電路使用應注意的問題 74
2.6.3 TTL電路與CMOS電路之間
的接口問題 76
2.7 實操訓練 78
實訓項目一:“與非門”的功能測試
及應用 78
思考題與習題 83
第3章 組閤邏輯電路 86
3.1 組閤邏輯電路概述 86
3.2 組閤邏輯電路的分析與設計 87
3.2.1 組閤邏輯電路的分析 87
3.2.2 組閤邏輯電路的設計 88
3.3 常用組閤邏輯電路 89
3.3.1 編碼器 89
3.3.2 譯碼器 91
3.3.3 數據選擇器 93
3.3.4 加法器 94
3.3.5 數值比較器 96
3.4 用中規模集成電路設計組閤邏輯
電路 96
3.4.1 用譯碼器設計組閤邏輯電路 96
3.4.2 用數據選擇器設計組閤邏輯
電路 97
3.4.3 用加法器設計組閤邏輯電路 98
3.5 組閤邏輯電路的競爭-冒險現象 99
3.5.1 競爭-冒險的概念及其産生
原因 99
3.5.2 消除競爭-冒險的方法 100
3.6 實操訓練 101
實操訓練二:SSI組閤邏輯電路 101
實操訓練三:MSI組閤邏輯電路
(一) 102
實操訓練四:MSI組閤邏輯電路
(二) 104
思考題與習題 106
第4章 觸發器 108
4.1 概述 108
4.2 基本RS觸發器 109
4.2.1 由與非門構成的基本RS
觸發器 109
4.2.2 由或非門構成的基本RS
觸發器 111
4.3 同步觸發器 112
4.3.1 同步RS觸發器 112
4.3.2 同步D觸發器 114
4.4 主從觸發器(脈衝觸發) 115
4.4.1 主從RS觸發器 115
4.4.2 主從JK觸發器 116
4.5 邊沿觸發器(邊沿觸發) 118
4.6 觸發器的邏輯功能及描述方法 119
4.7 集成觸發器 122
4.7.1 常用集成觸發器 122
4.7.2 觸發器的功能轉換 123
4.8 實操訓練 124
實操訓練五:觸發器的功能測試
及應用 124
思考題與習題 127
第5章 時序邏輯電路 130
5.1 時序邏輯電路的基本概念 130
5.1.1 時序邏輯電路的分類 130
5.1.2 時序邏輯電路的基本結構
和描述方法 131
5.2 時序電路的分析方法 131
5.2.1 同步時序電路的分析方法 131
5.2.2 異步時序電路的分析方法 135
5.3 寄存器和移位寄存器 137
5.3.1 寄存器和移位寄存器結構組成
及工作原理 137
5.3.2 集成(移位)寄存器及其
應用 141
5.4 計數器 143
5.4.1 同步計數器結構組成及原理 144
5.4.2 異步計數器結構組成及原理 149
5.4.3 集成計數器及其應用 153
5.5 時序電路的設計方法 162
5.6 應用實例 167
5.7 實操訓練 170
實操訓練六:SSI時序邏輯電路 170
實操訓練七:MSI時序邏輯電路
――計數器 172
實操訓練八:MSI時序邏輯電路
――移位寄存器 174
思考與練習題 175
第6章 脈衝波形的産生與整形 180
6.1 概述 180
6.2 多諧振蕩器 180
6.2.1 非對稱式多諧振蕩器 181
6.2.2 對稱式多諧振蕩器 182
6.2.3 石英晶體多諧振蕩器 183
6.3 施密特觸發器 184
6.3.1 施密特觸發器的功能 184
6.3.2 由CMOS門構成的施密特
觸發器 184
6.3.3 集成施密特觸發器 186
6.3.4 施密特觸發器的應用 187
6.4 單穩態觸發器 189
6.4.1 用門電路組成的單穩態
觸發器 189
6.4.2 集成單穩態觸發器 191
6.4.3 單穩態觸發器的應用 193
6.5 555定時器及其應用 193
6.5.1 555定時器的電路組成
與功能 193
6.5.2 用555定時器構成施密特
觸發器 195
6.5.3 用555定時器構成多諧
振蕩器 197
6.5.4 用555定時器構成單穩態
觸發器 199
6.6 應用實例 201
6.7 實操訓練 202
實操訓練九:脈衝波形的變換與
産生 202
實操訓練十:555集成定時器 204
思考與練習題 206
第7章 半導體存儲器與可編程邏輯
器件 211
7.1 概述 211
7.2 隨機存儲器RAM 212
7.2.1 RAM存儲單元 212
7.2.2 RAM的結構 214
7.2.3 RAM的擴展 215
7.3 隻讀存儲器ROM 216
7.3.1 固定ROM 216
7.3.2 可編程隻讀存儲器PROM 218
7.3.3 現代常用ROM 219
7.4 可編程邏輯器件PLD
(Programmable Logic Device) 219
7.4.1 PLD基本原理 220
7.4.2 PLD分類 223
7.5 高密度可編程邏輯器件 224
7.5.1 復雜可編程邏輯器件CPLD 224
7.5.2 現場可編程門陣列FPGA 224
7.5.3 基於芯片的設計方法 225
思考與練習題 226
第8章 數模和模數轉換 227
8.1 概述 227
8.2 數模轉換器(DAC) 228
8.2.1 DAC的基本原理 228
8.2.2 倒T形電阻網絡DAC 228
8.2.3 權電流型DAC 230
8.2.4 數模轉換輸齣極性的擴展 231
8.2.5 DAC的主要技術參數 232
8.2.6 集成DAC 233
8.3 模數轉換器(ADC) 233
8.3.1 並聯比較型ADC 234
8.3.2 逐次比較型ADC 236
8.3.3 雙積分型ADC 238
8.3.4 ADC的主要技術參數 240
8.3.5 集成ADC 241
8.4 取樣-保持電路 242
8.5 應用實例 243
8.6 實操訓練 244
實操訓練十一:數/模轉換器及應用 244
實操訓練十二:模/數轉換器及應用 246
思考與練習題 248
第9章 數字電子電路綜閤設計 250
9.1 數字電子電路的設計方法 250
9.1.1 自頂嚮下設計方法 250
9.1.2 試湊設計法 251
9.1.3 數字電路係統分析及設計
的一般步驟 252
9.2 數字電子電路的設計舉例 253
9.2.1 十字路口交通管理器 253
9.2.2 數字頻率計的設計與製作 261
9.3 課程設計參考題目 266
附錄A 部分習題答案 267
參考文獻 280
前 言
當今時代是一個數字化時代,數字電子技術作為國傢科學技術和國民經濟發展的基礎,在電子計算機、電子通信、工業控製、交通管製及傢用電器等各個領域,有著無處不在、舉足輕重的地位。《數字電子技術基礎》是電子信息類、機電一體化類、自動化類、計算機類等專業的專業基礎課程,也是實踐性很強的技術基礎課程,隨著數字化和信息化技術的飛速發展,該課程對於培養學生的專業技能和創新能力也凸顯齣更為重要的作用。
本書的編寫是為瞭適應電子信息産業發展的需要,培養應用型本科專業技術人纔而編寫的。本書具有以下特點。
1.培養具有較強職業能力的應用型人纔的目標明確
遵循教育部對“電子技術基礎課程”的基本要求,本著“寬口徑、厚基礎、重實踐,夠用為度”的原則,本教材圍繞“培養有一定理論基礎,有較強實操能力,有足夠創新意識的應用型人纔”這一目標,整閤和優化教學內容。
2.實施以能力培養為重點的“教-學-做”一體化教學模式
為瞭達到理論聯係實際、增強實踐教學環節的目的,本書實施“教-學-做”一體化教學模式,按照四大模塊即清晰的教學導航、係統的理論知識、足夠的實操訓練、必要的應用示例來編寫,知識目標和能力目標明確、重點和難點突齣,以期達到以能力培養為重點的最佳效果。
3.加強實操訓練以滿足崗位就業對專業技能的需要
為瞭滿足許多崗位對就業人員的數字電子技術與技能提齣的新要求,本書精心編錄瞭12個數字電子技術實操訓練項目,期望通過實操訓練項目調動和激發學生自主獲取相關知識和技能的積極性、主動性。
4.內容新、精、齊,理論分析與應用實例相配閤
編者力求齣精品、力求創新,力求內容係統、科學、全麵,吸收科技最新成果,對重點內容尤其是與生産實際聯係緊密的內容進行細緻的推理解析,理論分析與應用實例相配閤,以期提高學生分析問題和解決問題的能力。
本書的主要內容有:數字邏輯基礎、邏輯門電路、組閤邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、脈衝波形的産生與整形、半導體存儲器與可編程邏輯器件、數模和模數轉換以及數字電子電路綜閤設計,書中配有一定量的思考題與習題並附有部分習題答案。內容簡明扼要,深入淺齣,思路清晰,重點突齣,實用性強。
本書由吳拓教授任主編,易亞軍、羅俊任副主編;第1、2章由吳拓編寫,第3、4、9章由羅俊編寫,第5、6章由易亞軍編寫,第7、8章由宋宗峰編寫、各章的實操訓練由楊博編寫;全書由吳拓教授進行統稿和定稿。
本書的編寫得到瞭各界同仁的大力支持,在此謹緻深深的謝意!
由於編者水平有限,書中難免存在疏漏之處,懇請廣大讀者不吝指正。
編 者
坦白說,我買《數字電子技術基礎》這本書,最初是為瞭應付考試。當時大學裏有一門課,學起來感覺特彆吃力,尤其是數字邏輯這部分,總是抓不住重點,感覺腦子裏亂糟糟的。我當時想,找一本內容比較全麵、講解清晰的書,能幫助我理清思路,至少把考試考過去。結果這本書,完全超齣瞭我的預期。它不僅僅是講解瞭考試需要的內容,更重要的是,它用一種非常係統和邏輯的方式,把數字電子技術的核心概念梳理得井井有條。我特彆喜歡它對二進製、邏輯運算這些基礎概念的講解,非常嚴謹,而且通過大量的圖示和例子,讓我能夠非常直觀地理解。我印象最深刻的是它在講到卡諾圖化簡邏輯函數的時候,那種數學工具在電路設計中的應用,讓我覺得非常巧妙,也讓我明白瞭為什麼有些電路設計能夠做得如此簡潔高效。而且,這本書的結構也很閤理,從最基礎的邏輯門,到組閤邏輯,再到時序邏輯,層層遞進,讓我感覺學習過程非常順暢,不會覺得一下子麵對太多的新知識。考試結束後,我發現這本書對我學習其他相關課程,甚至後來的工作,都産生瞭非常大的積極影響。
評分《數字電子技術基礎》這本書,我拿到手裏的時候,確實是抱著非常大的期望的。我之前在學校學習過一些基礎的電子知識,但總覺得不夠係統,尤其是在數字電路這塊,總感覺像是在雲裏霧裏。我當時的想法是,這本書應該能幫我把這些零散的知識點串聯起來,形成一個完整的知識體係。結果這本書的內容,我怎麼說呢,它給我提供瞭一個非常好的切入點,讓我在學習過程中,能夠非常清晰地理解到每一個概念背後的邏輯。比如,書中對於組閤邏輯和時序邏輯的區分,解釋得非常透徹,並且給齣瞭很多經典的例子,我能夠從中看到不同的電路設計思路是怎麼形成的,又是如何一步步優化的。而且,書中對於各種門電路的基本原理,以及它們組閤起來能實現的功能,都講解得很到位。我還記得我特彆喜歡它講到編碼器和譯碼器那部分,當時我一直在思考,為什麼簡單的與非門、或非門可以實現這麼復雜的功能,這本書就用非常直觀的圖示和文字,把這個過程分解開來,讓我茅塞頓開。它不是那種照本宣科的書,而是更像一位循循善誘的老師,引導你去思考,去發現問題,然後再一步步地解答。我甚至覺得,這本書對於那些想要跨入嵌入式開發領域的朋友們來說,也是一個非常好的起點,因為很多嵌入式係統的底層邏輯,都離不開數字電路的基礎。
評分我拿到《數字電子技術基礎》這本冊子的時候,本來沒抱太大的希望,畢竟電子技術這東西,聽起來就有點“硬核”,我擔心會很難讀懂。然而,這本書,卻讓我颳目相看。它用一種非常易懂的方式,把復雜的數字電路原理,化繁為簡。我當時最想搞明白的,就是為什麼我們用的手機、電腦,那些小小的芯片裏,能夠實現那麼多的功能,背後的原理到底是什麼。這本書,就給瞭我一個非常好的解答。它從最基本的邏輯門開始,一步步地講解,就像搭積木一樣,讓你看到簡單的器件是如何組閤成強大的功能的。我尤其喜歡它在講到存儲單元的時候,那種清晰的描述,讓我一下子就理解瞭數據是如何在電路中被“記住”的。而且,書中有很多圖示,非常直觀,讓我不用去想象那些抽象的電路圖,可以直接看到信號的流動和變化。我記得我花瞭很長時間去研究它關於時序邏輯的部分,那部分內容對我理解微處理器和單片機的工作原理非常有幫助,讓我終於明白,為什麼指令的執行需要按照一定的順序。這本書,真的像一扇窗戶,讓我窺見瞭數字世界的奧秘,也讓我對電子技術産生瞭濃厚的興趣。
評分當初買《數字電子技術基礎》這本書,純粹是齣於一種好奇心。我一直對電子産品背後的工作原理很好奇,尤其是那些看起來很“聰明”的數碼設備,總覺得裏麵一定隱藏著什麼巧妙的設計。這本書,可以說是一次非常奇妙的探索之旅。它沒有像很多技術書籍那樣,一開始就擺齣一堆枯燥的公式和圖錶,而是用一種非常引人入勝的方式,帶你走進數字電路的世界。我記得它在講到邏輯門電路的時候,就好像在拆解一個積木一樣,非常清晰地展示瞭最基本的邏輯單元是如何組閤齣更復雜的功能的。我最喜歡的是它對狀態機的講解,感覺就像在教你如何設計一個“有記憶”的電路,能夠根據不同的輸入和當前的狀態,做齣不同的反應。這個過程,真的非常有意思,讓我感覺自己也在參與創造。而且,書中給齣的很多例子,都非常有現實意義,比如在講解計數器的時候,就聯係到瞭我們日常生活中很多計數相關的場景,讓我覺得學到的知識是可以直接應用到生活中的。這本書讓我對數字世界有瞭更深層次的理解,也激發瞭我繼續深入學習的興趣。
評分我拿到這本《數字電子技術基礎》的時候,主要想解決一個問題:就是我之前做一些項目的時候,經常會遇到一些瓶頸,比如說,我對一些信號的采集和處理,總是把握不好,感覺自己對數字信號的理解不夠深入,不知道怎麼纔能設計齣更高效、更穩定的電路。這本書,真的是給瞭我一個非常大的驚喜。它不僅僅是停留在理論的講解上,更重要的是,它有很多關於實際應用場景的分析。我尤其喜歡它在講到觸發器和寄存器那一部分的時候,那種從理論到實踐的過渡,寫得非常自然。它會告訴你,這些基礎的電路單元,在實際的數字係統中扮演著什麼樣的角色,比如在數據存儲、數據傳輸中是如何工作的。我當時就想著,如果我能把這些概念吃透,那我在做一些數據采集和存儲相關的項目時,肯定會事半功倍。而且,這本書在講解一些復雜電路的時候,用瞭非常精煉的語言,避免瞭很多不必要的術語堆砌,讓我能夠很快地抓住核心。它還涉及瞭一些時序分析的概念,這一點對我來說非常重要,因為我之前在設計一些高速數字電路時,經常會因為時序問題而頭疼。這本書在這方麵提供瞭一個很好的指引,讓我能夠更係統地去考慮時序的約束和優化。
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