数字电子技术项目学做与仿真一体化教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘晓阳，王平，刘成刚，李莉 著

图书标签:

• 数字电子技术
• 电子工程
• 仿真
• 项目实践
• 教程
• 电路设计
• Verilog
• FPGA
• 数字电路
• 实验指导

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121305252

版次：1

商品编码：12113262

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-12-01

用纸：胶版纸

页数：266

字数：425600

正文语种：中文

内容简介

本书作为专业基础课程的教材，以项目教学和仿真实训为主线，主要介绍数字电路基本知识、基本元件、基本电路单元及其分析方法，使学生具备初步的数字集成电路分析与开发能力。全书共三个模块：模块一介绍中高职衔接性的数字电路基础知识，必需必要的理论铺垫；模块二以项目案例为引领，介绍数字电路的基本单元电路及其应用，穿插Multisim仿真实训；模块三介绍较大的数字电路项目综合实践实训，计划引入合作企业生产应用的项目案例。

作者简介

刘晓阳，男，济南职业技术学院应用电子技术专业教研室主任，省级精品课程数字电子技术的负责人，主持和参与了多项省级教科研项目，具备较为丰富的企业实践经历及教材编写经验。

目录

目 录

模块一 跟我学：基础与衔接
项目一 导入 1
一、模拟信号与数字信号 1
二、数字电路 1
项目二 常用数制及码制 2
一、数制 2
二、数制的转换 3
三、常用编码 5
项目三 数字电路的数学分析工具：逻辑代数 7
一、概述 7
二、逻辑代数基本运算 7
三、项目分析：声光控照明电路 12
项目四 逻辑函数的运算与化简 13
一、概述 13
二、逻辑函数的表示方法 13
三、逻辑函数表示方法的相互转换举例 15
四、逻辑代数运算规则 16
五、逻辑函数的公式化简法 18
项目五 数字电路的硬件基础：门电路 32
一、二极管门电路 33
二、三极管门电路 35
三、MOS管门电路 39
项目六 逻辑电路的分析与设计 41
一、组合逻辑电路概述 41
二、组合逻辑电路的分析与设计 42
三、项目分析：智能抢答器 47
四、逻辑电路的竞争冒险 49
项目七 逻辑电路的仿真 51
一、Multisim12功能介绍 51
二、Multisim12仿真软件的应用 52
三、仿真电路生成方法 67
习题一 69
模块二 跟我做：应用与仿真
项目一 集成门电路 74
一、TTL集成门电路 74
二、CMOS集成门电路 84
项目二 加法器 93
项目三 数值比较器 100
项目四 编码器 106
项目五 译码器 110
一、二进制译码器 110
二、显示译码器 116
项目六 数据选择器与分配器 121
项目七 触发器 132
一、基本RS触发器 132
二、时钟触发器 143
项目八 计数器 151
一、读图，写方程式 165
二、计算，求状态方程 165
三、分析推导 166
四、逻辑抽象 167
项目九 寄存器 171
项目十 脉冲信号的产生与整形电路 176
一、多谐振荡器 176
二、施密特触发器 184
三、单稳态触发器 190
项目十一 模/数与数/模转换电路 197
一、模/数转换电路 197
二、数/模转换电路 208
项目十二 半导体存储器 213
一、只读存储器（ROM） 213
二、随机存取存储器（RAM） 221
习题二 226
模块三 你来做：项目综合实践
项目一 编码电子锁 235
一、电路分析 235
二、元器件选型与调试 236
项目二 计数译码显示器 237
一、电路分析 237
二、元器件选型与调试 238
项目三 数字式抢答器 240
一、电路分析 240
二、元器件选型与调试 241
项目四 红外控制自动水龙头 241
一、电路分析 241
二、元器件选型与调试 243
项目五 声光控楼道延时照明灯 245
一、电路分析 245
二、元器件选型与调试 246
项目六 数字电子钟 247
一、电路分析 247
二、元器件选型与调试 247
项目七 家电遥控器 251
一、电路分析 251
二、元器件选型与调试 254
项目八 敲击式电子门铃 254
一、电路分析 254
二、元器件选型与调试 255
习题三 255

习题参考答案 256
习题一 256
习题二 258
参考文献 262

前言/序言

前 言

目前，高职院校工科类特别是电类各专业，普遍开设了“数字电子技术”课程，目的是使学生掌握数字电路的基本知识、元件、电路单元、分析方法，为其后续的数字集成电路的分析与开发能力的培养打下基础。但是作为一门专业基础课，本身基础性、预备性的知识比较多，理论性比较强，不大容易学出兴趣和教出特色。

为此，本书的几位作者近几年主持或参与了2015年山东省职业教育教学改革研究项目：“双导师、学徒式”框架下的技优生培养研究（项目编号：2015154），其研究方向之一，就是希望探索出一条以工程应用项目为主线，通过教学做一体化，改进专业基础课教学的道路。由此，能够把理论课上出实践性、突出应用能力的培养，从而实现学生的个性化培养，并在课题研究和多年授课经验的基础上编写了本书

本书融入了作者最新教研成果和工程实用项目，在体例上采用更契合高职特色的项目导向、任务驱动的模式。本书由校企联合打造，主笔人为高职院校的一线教师，工程项目的策划选取则请教了企业的工程技术人员。书中在保证知识体系完整的基础上，共穿插介绍了数字电路工程实例50余项，部分项目还配套了Multisim12的仿真测试的内容。全书内容精炼，逻辑清晰、图表规范、说明性强。

本书按照50～70学时编写，共分为三个模块，既层层递进又各有侧重。

模块一（跟我学：基础与衔接）主要介绍数字电路基础知识、逻辑门电路，仿真软件Multisim12及其简单应用；模块二（跟我做：应用与仿真）主要介绍组合逻辑电路基本单元、时序逻辑电路基本单元、脉冲信号的产生与整形、A/D、D/A转换、半导体存储器。模块三（你来做：项目综合实践）集中介绍了8个数字电路的综合实用项目。

其中，模块二是全书的主体部分。每一模块中又下设若干项目，每一项目介绍一类基本数字逻辑单元，部分项目又下设若干子项目。每一项目（子项目）分成【项目导入】→【项目解析与知识链接】→【项目拓展应用】三个环节。【项目导入】为工程项目精讲，以开篇项目以及必要的分析，引出讲解内容。【项目解析与知识链接】是对项目相关基本知识点、能力点进行必要讲解，前后呼应进行项目回顾。【项目拓展应用】是对本部分相关扩展知识点进行讲解，辅以必要的补充拓展案例，同时本部分内容中理论性、原理性较强知识点也放在此，因此该环节内容可根据课时量情况，进行选讲。根据项目和知识点的具体情况，有些项目后还加入了【项目仿真】环节。

本书由济南职业学院电子工程学院刘晓阳、王平、刘成刚、李莉共同编著。山东省家用电器行业协会、青岛海信通信有限公司、浪潮电子信息产业股份有限公司、济南钢铁股份有限公司等行业企业的技术人员也对项目案例的撰写提出了建设性的意见。全书由刘晓阳统稿。

本书在编写过程中参考了兄弟院校、相关企业和科研院所的一些教材、资料和文献，在此向有关作者一并致谢。由于时间仓促，加之作者能力有限，书中内容尚有不少待改进之处，恳请广大读者和专家批评指正。

作 者

2016年10月

探索数字世界的奥秘：从基础原理到实际应用 本书旨在为广大读者，特别是对电子技术充满好奇的初学者、渴望深入理解数字系统运作的学生以及希望将理论付诸实践的工程师们，提供一份全面而深入的学习指南。我们不提供一本具体的“数字电子技术项目学做与仿真一体化教程”，而是将聚焦于数字电子技术的核心概念、关键技术以及实际应用中的重要环节，引导您踏上一段发现数字世界精彩之旅。 第一部分：数字世界的基础——理解信号与逻辑 在深入探讨任何复杂的数字电路之前，理解其最基本的构成要素至关重要。本部分将从最源头的信号形态讲起，区分模拟信号与数字信号的本质区别，并解释为何数字信号因其抗干扰能力强、易于存储和处理而在现代电子设备中占据主导地位。 信号的语言：模拟与数字的世界 我们将详细介绍模拟信号的连续性、随时间变化性以及其在自然界中的普遍存在。 随后，深入剖析数字信号的离散性、二进制表示法（0和1）的特性，以及其如何实现精确的信息编码和传输。 理解数模转换（ADC）和模数转换（DAC）的过程，掌握将连续的模拟信息转化为离散的数字信息，以及反向转换的原理和应用场景。 逻辑的基石：布尔代数与逻辑门 布尔代数是数字电子技术的核心数学工具。我们将系统地介绍布尔代数的基本公理、定理，如交换律、结合律、分配律、德摩根定理等，并提供丰富的例题帮助读者掌握其运算方法。 在此基础上，我们将引出现代数字电路的“积木”——逻辑门。详细讲解基本逻辑门（与门、或门、非门）的工作原理、逻辑符号、真值表，以及它们如何实现最基本的逻辑运算。 进一步介绍组合逻辑门（与非门、或非门、异或门、同或门），阐述它们的逻辑功能和在电路设计中的优势。我们将强调它们作为通用逻辑门（universal gates）的特性，能够组合实现任何其他逻辑功能。 组合逻辑电路：实现复杂的决策 基于逻辑门，我们将构建更复杂的组合逻辑电路。读者将学习如何通过布尔表达式设计组合逻辑电路，以及如何从电路图推导出布尔表达式。 重点介绍各类组合逻辑电路的功能和应用，包括： 编码器与译码器（Encoders & Decoders）： 理解它们如何实现地址解码、数据选择等功能，例如七段数码管的驱动。 多路选择器与分路器（Multiplexers & Demultiplexers）： 学习它们如何实现数据通道的选择和分配，在数据传输和控制系统中扮演关键角色。 加法器与减法器（Adders & Subtractors）： 深入理解二进制加法和减法的原理，掌握半加器、全加器、行波进位加法器、超前进位加法器等不同结构，为后续的算术逻辑单元（ALU）打下基础。 比较器（Comparators）： 学习如何设计用于比较两个二进制数大小的电路。 第二部分：时序的韵律——理解存储与状态 数字电路不仅仅是进行逻辑运算，更重要的是能够存储信息和保持状态。本部分将聚焦于时序逻辑电路，揭示数据如何在电路中流动、存储和被控制。 时序逻辑电路：记忆与状态的魔法 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，还取决于其过去的状态。我们将引入“时钟信号”的概念，阐述时钟如何同步电路的工作，保证数据的有序流动。 深入讲解两种基本触发器：触发器（Flip-Flops）。详细分析SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器的结构、工作原理、状态转换图，以及它们如何作为最基本的数据存储单元。我们将强调它们在存储单个比特信息中的关键作用。 介绍寄存器（Registers），即由多个触发器组合而成的用于存储多个比特数据的单元，包括移位寄存器（Shift Registers）的功能及其在数据移位、序列生成中的应用。 计数器：时间的脉搏 计数器是时序逻辑电路中非常重要的一个分支。我们将介绍异步计数器（Ripple Counter）和同步计数器（Synchronous Counter）的工作原理，对比它们的优缺点。 学习如何设计各种模数的计数器（Mod-N Counters），例如加法计数器、减法计数器、可逆计数器，以及它们在定时、分频、地址生成等方面的广泛应用。 有限状态机（Finite State Machines, FSM）：控制复杂行为 有限状态机是设计复杂数字系统的强大模型。我们将详细讲解Moore状态机和Mealy状态机的区别与联系，包括状态定义、状态转移、输入输出关系。 学习如何根据需求设计状态转移图和状态表，并将其转化为实际的时序逻辑电路。我们将通过实例演示FSM在协议控制器、序列发生器、交通灯控制等实际场景中的应用。 第三部分：深入探究——重要数字系统组件 在掌握了基础的逻辑门和时序电路后，本部分将进一步介绍一些构成现代数字系统的核心组件，它们是实现更复杂功能的基础。 半导体存储器：信息的载体 我们将探讨不同类型的半导体存储器，重点介绍： 随机访问存储器（RAM）： 详细讲解静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）的工作原理、存储单元结构、读写操作时序，以及它们在内存条和缓存中的应用。 只读存储器（ROM）： 介绍ROM的特点，包括掩膜ROM（MROM）、可编程ROM（PROM）、可擦写可编程ROM（EPROM）、电可擦写可编程ROM（EEPROM）等，以及它们在存储固定程序和数据方面的作用。 闪存（Flash Memory）： 讲解闪存的非易失性、高密度、高速度等特点，以及其在U盘、固态硬盘（SSD）、手机存储等领域的广泛应用。 微处理器与微控制器：数字系统的“大脑” 我们将简要介绍微处理器（CPU）的基本架构，包括指令集、寄存器、算术逻辑单元（ALU）、控制单元等，以及它们如何执行程序。 重点介绍微控制器（MCU），理解其将CPU、存储器、I/O接口等集成在一个芯片上的优势，以及它们在嵌入式系统中的核心地位，例如家用电器、汽车电子、工业控制等。 可编程逻辑器件（PLD）：灵活设计的利器 介绍可编程逻辑器件（PLD）的概念，以及它们如何为数字电路设计提供灵活性和可重构性。 我们将重点介绍： 可编程阵列逻辑（PAL）与通用阵列逻辑（GAL）： 了解它们的结构和工作原理，以及它们在小规模逻辑功能实现中的应用。 现场可编程门阵列（FPGA）： 深入探讨FPGA作为一种高度灵活和可重构的硬件平台，其内部由大量的可配置逻辑块（CLBs）和可编程互连线组成。我们将介绍FPGA的设计流程，以及其在原型验证、专用集成电路（ASIC）设计、高速信号处理、人工智能加速等前沿领域的巨大潜力。 复杂可编程逻辑器件（CPLD）： 对比CPLD和FPGA的异同，理解CPLD在低功耗、高密度和即时启动等方面的优势。 第四部分：实践的桥梁——设计、仿真与实现 理论的掌握是基础，而实际的动手能力则是将知识转化为价值的关键。本部分将引导读者了解数字电路的设计、仿真以及最终的实现过程。 硬件描述语言（HDL）：现代数字设计的语言 我们将介绍硬件描述语言（HDL）在数字系统设计中的重要性，它是一种用代码来描述硬件电路行为和结构的语言。 重点介绍两种主流的HDL：Verilog和VHDL。我们将概述它们的基本语法、数据类型、结构、模块化设计思想，以及如何使用HDL代码来描述组合逻辑和时序逻辑电路。 仿真技术：虚拟世界的验证 仿真是在实际硬件电路制造之前，对设计进行功能和时序验证的关键步骤。我们将介绍仿真器的作用，以及仿真过程中需要关注的几个方面： 仿真模型： 理解不同抽象级别的仿真模型，从门级仿真到行为级仿真。 测试平台（Testbench）： 学习如何编写测试平台来激励被测设计（DUT），并检查其输出是否符合预期。 波形分析（Waveform Analysis）： 掌握如何使用仿真工具的波形查看器来观察信号的变化，分析电路的行为，发现潜在的错误。 时序仿真与静态时序分析（STA）： 强调时序分析在确保电路在规定时钟频率下稳定工作中的重要性。 综合与布局布线：从代码到实际芯片 我们将简要介绍综合（Synthesis）的过程，即HDL代码到门级网表（Netlist）的转换。 随后，阐述布局布线（Place & Route）的过程，即根据门级网表在目标硬件（如FPGA或ASIC）上进行逻辑单元的物理放置和信号线的连接。 我们将强调这些过程的自动化程度，以及它们在将设计转化为可执行硬件中的关键作用。 第五部分：实际应用与发展趋势 最后，我们将带领读者将所学的知识应用于实际场景，并展望数字电子技术未来的发展方向。 典型数字系统应用举例 我们将通过具体的案例，展示数字电子技术在各个领域的应用，例如： 通信系统： 数字信号处理（DSP）、调制解调器、网络设备。 计算机系统： CPU、内存、显卡、存储控制器。 消费电子： 智能手机、电视、音响、游戏机。 工业控制： PLC、机器人、自动化生产线。 汽车电子： ECU、导航系统、ADAS。 医疗器械： 监测设备、诊断仪器。 前沿技术与未来展望 我们将简要介绍当前数字电子技术的一些前沿发展方向，包括： 人工智能与机器学习硬件加速： GPU、ASIC、FPGA在AI推理和训练中的应用。 物联网（IoT）中的嵌入式系统： 低功耗设计、无线通信技术。 新材料与新工艺： 如3D堆叠技术、 FinFET 等先进工艺对芯片性能的影响。 量子计算： 作为一种颠覆性的计算范式，其对未来电子技术可能带来的深远影响。 通过以上五个部分的系统性阐述，本书旨在为读者构建一个扎实的数字电子技术知识体系，从最基础的逻辑单元到复杂的系统设计，从理论的理解到仿真的实践，最终帮助您成为一名能够理解、设计和运用数字技术的专业人士。请记住，掌握任何一项技术都需要持续的学习、不断的实践和开放的思维，我们希望本书能成为您在这条道路上坚实的起点和可靠的伙伴。

评分☆☆☆☆☆

我是一个已经工作了几年的工程师，虽然不是专门从事数字电子领域，但经常会遇到相关的技术问题。《数字电子技术项目学做与仿真一体化教程》这本书，在我看来，是一本难得的“干货”满满的参考书。它没有过多地纠缠于枯燥的数学推导，而是专注于如何将数字电子技术应用到实际项目中。 书中的项目案例设计非常巧妙，每一个项目都解决了一个实际中会遇到的问题，并且给出了详细的实现方案。让我能够快速理解如何在实际电路中应用这些数字逻辑。而仿真功能的引入，更是为我提供了一个强大的调试工具。我可以在项目实施之前，通过仿真来验证我的设计思路是否可行，并且及时发现潜在的错误，这对于节省项目时间和降低开发成本非常有帮助。 书中对一些关键概念的解释也十分到位，让我能够快速回顾和理解那些我可能已经遗忘的知识点。而且，它还提供了一些进阶的讨论，引导我去思考如何优化设计，如何提高电路的性能。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的学习模式，对于我这样需要快速掌握新技术的工程师来说，非常实用。 总而言之，这本书让我对数字电子技术的理解上了一个新的台阶，不仅仅是知道“是什么”，更明白了“怎么做”以及“为什么这样做”。它是一本值得反复阅读和参考的实用技术书籍。

评分☆☆☆☆☆

这本《数字电子技术项目学做与仿真一体化教程》真的给了我很大的惊喜。我一直以来都对数字电子领域充满了好奇，但总觉得理论知识枯燥乏味，动手实践又缺乏明确的方向。市面上也有不少教材，但往往要么过于偏重理论，要么就是一些零散的项目堆砌，很难将理论与实践有机结合起来。直到我翻开这本书，才找到了那种“拨云见日”的感觉。 书中将复杂的数字电子概念以一种非常直观易懂的方式呈现出来，通过一个个精心设计的项目，让我能够亲身去体验和验证那些在课本上看到的原理。最让我印象深刻的是，它不仅仅停留在“做什么”，更深入地讲解了“为什么这么做”，以及每个元器件、每条线路背后的逻辑。仿真部分的引入更是点睛之笔，在真正动手焊接之前，我可以通过软件模拟所有可能出现的情况，反复调试，找出潜在的问题，这极大地节省了时间和材料成本，也让我对设计的整个流程有了更清晰的认识。 我尤其欣赏书中对每个项目由浅入深的难度设计，从最基础的逻辑门电路，到后来一些更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路的应用，都循序渐进，让我能够稳扎稳打地提升自己的技能。每个章节的末尾都会有相应的习题和思考题，引导我进一步巩固所学知识，并且联系实际应用。这种“学做结合、仿真先行”的学习模式，让我这个初学者也能快速上手，并且建立起扎实的数字电子基础。这本书就像一位经验丰富的老师，耐心地带着我一步步走进数字电子的世界，让我不再感到迷茫和畏惧。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的感受，远不止于“学习”二字。它更像是一场充满惊喜的探索之旅，《数字电子技术项目学做与仿真一体化教程》让我看到了数字电子技术巨大的魅力所在。我一直以来都对电子制作充满热情，但常常在理论知识的泥沼中挣扎，要么就是面对着一堆元器件却不知如何下手。 这本书的出现，就像为我点亮了一盏指路明灯。它将复杂的数字逻辑巧妙地融入到一系列生动有趣的实际项目中，让我能够通过动手实践来理解和掌握这些概念。最让我惊叹的是，它还集成了强大的仿真功能，在实际搭建电路之前，我就能通过软件模拟整个过程，观察电流的流向，分析信号的变化，这让我能够提前发现和解决潜在的问题，极大地降低了我的试错成本。 书中的项目设计既有基础的逻辑门应用，也有一些相对复杂的控制电路，每一个项目都讲解得非常透彻，让我不仅学会了如何搭建，更理解了其中的设计思路和原理。这种“学做一体化”的学习方式，让我在实践中不断成长，每一次完成一个项目，都会给我带来巨大的成就感。 这本书的语言风格也很吸引人，通俗易懂，没有过多晦涩的术语，更像是一位经验丰富的导师在娓娓道来。它让我对数字电子技术产生了前所未有的兴趣，也让我对未来的学习和探索充满了信心。这本书绝对是我在电子技术学习道路上的一笔宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对嵌入式开发感兴趣的学生，《数字电子技术项目学做与仿真一体化教程》这本书简直是为我量身定做的。过去，我总是在理论和实际操作之间徘徊，理论知识学得不少，但一到动手就卡壳。这本书的出现，完美地解决了我的痛点。它不仅仅是理论的堆砌，更是实操的指南。 让我印象深刻的是，书中不仅仅提供了项目制作的步骤，更是深入地讲解了每一个元器件的作用，以及它们是如何协同工作的。这种“知其然，更知其所以然”的学习方式，让我对数字电路有了更深刻的理解。而仿真部分的强大功能，更是让我可以在虚拟环境中反复试验，不断优化我的设计，避免了在实际操作中可能遇到的各种困难和浪费。 书中的项目设计也非常有创意，涵盖了许多实用的数字电路应用，从简单的逻辑门组合，到复杂的计数器、移位寄存器等，都通过实际项目得到了很好的体现。让我能够将学到的理论知识立刻应用到实践中，并且看到立竿见影的效果。这种“理论+实践+仿真”的学习闭环，大大增强了我的学习信心和兴趣。 这本书的语言风格也非常接地气，通俗易懂，即使是初学者也能很快上手。它更像是一位循循善诱的导师，一步步引导我掌握数字电子技术的精髓。我强烈推荐这本书给所有对数字电子技术感兴趣的学习者，它绝对会成为你学习道路上的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我一开始拿到这本书并没有抱太大的期望，毕竟“项目学做与仿真一体化”这个概念在一些教材中也出现过，但最终效果往往差强人意。然而，《数字电子技术项目学做与仿真一体化教程》这本书彻底改变了我的看法。它提供的项目设计非常贴近实际应用，不是那种为了凑数而设计的“玩具”项目，而是真正能够体现数字电子技术在现实生活中的价值。 我特别喜欢书中对各个项目的电路图和元器件清单的详细说明，以及每一步操作的指导。关键是，它还提供了详细的仿真步骤和结果分析，让我能够清晰地看到电路在仿真环境下的运行状态，这对于我理解电路的工作原理和排查错误非常有帮助。通过仿真，我能够在理论和实际操作之间建立起一座坚实的桥梁，大大提高了我的学习效率和动手能力。 这本书的讲解风格也很独特，没有那种死板的教科书式语言，而是更像一位老朋友在分享他的经验和心得。他会用一些生动的比喻来解释抽象的概念，让我更容易理解。而且，书中对一些常见问题的分析和解决方案也十分到位，这在我以往的学习经历中是很少见的。总而言之，这本书不仅教会了我如何去做，更重要的是让我明白了为什么这样做，并且能够独立地去解决问题。