内容简介
《数字电子技术实用教程》是专门为应用型电类本科专业的数字电子技术课程编写的教材。该教材采用案例教学方法,在内容的编排上,按照先引入、后展开,先基础、后综合,先理论、后实践的顺序,本着应用类课程理论基本够用、以实用为主的原则,力求简明扼要、通俗易懂。
全书内容共分八章,分别是数字逻辑基础、门电路与触发器、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与变换、半导体存储器、数/模和模/数转换电路、课程综合设计及实习。
《数字电子技术实用教程》可作为高等院校电气工程及自动化、自动化、轨道交通信号与控制、测控技术与仪器、信息工程、通信工程、电子科学与技术、计算机应用等电类专业的数字电子技术理论及课程设计实习教材,也可作为其他非电专业及工程技术人员参考用书。
内页插图
目录
第1章 数字逻辑基础
1.1 数字量与数字电路
1.1.1 数字量
1.1.2 数字信号
1.1.3 逻辑电平
1.1.4 数字电路
1.2 数制及其转换
1.2.1 数制
1.2.2 4种常用的数制
1.2.3 4种常用数制之间的转换
1.3 码制及常用编码
1.3.1 码制
1.3.2 BCD码
1.3.3 可靠性编码
1.3.4 字符编码
1.4 二进制数的运算
1.4.1 算术运算
1.4 12逻辑运算
1.5 逻辑运算公式及定理
1.5.1 逻辑运算公式
1.5.2 逻辑运算定理
1.6 逻辑函数的表示方法及其转换
1.6.1 逻辑函数的表示方法
1.6.2 逻辑函数表示方法的转换
1.7 逻辑函数的化简
1.7.1 公式化简法
1.7.2 卡诺图化简法
1.7.3 具有无关项的逻辑函数及其化简
本章小结
第2章 门电路与触发器
2.1 半导体器件的开关特性
2.1.1 二极管开关特性
2.1.2 三极管开关特性
2.1.3 MOS管开关特性
2.2 分立元件门电路
2.2.1 二极管与门
2.2.2 二极管或门
2.2.3 三极管非门
2.3 TTL门电路
2.3.1 TTL非门的结构及原理
2.3.2 TTL非门外特性
2.3.3 其他TTL门电路
2.4 CMOS门电路
2.4.1 CMOS非门的结构及原理
2.4.2 CMOS非门外特性
2.4.3 其他CMOS门电路
2.5 门电路型号命名及正确使用
2.5.1 门电路型号命名
2.5.2 门电路的正确使用
2.6 触发器的电路结构及动作特点
2.6.1 基本SR触发器
2.6.2 同步触发器
2.6.3 主从触发器
2.6.4 边沿触发器
2.7 触发器的逻辑功能及描述
2.7.1 SR触发器
2.7.2 D触发器
2.7.3 JK触发器
2.7.4 T触发器
2.7.5 触发器逻辑功能的转换
2.8 集成触发器
本章小结
第3章 组合逻辑电路
3.1 组合逻辑电路的一般分析方法
3.1.1 组合逻辑电路的分析方法
3.1.2 组合逻辑电路分析举例
3.2 组合逻辑电路的设计方法
3.2.1 组合逻辑电路的设计方法
3.2.2 组合逻辑电路设计举例
3.3 组合逻辑电路中的竞争-冒险
3.3.1 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象
3.3.2 竞争-冒险现象产生的原因
3.3.3 竞争-冒险现象的判断
3.3.4 消除竞争-冒险现象的方法
3.4 常用的集成组合逻辑电路‘
3.4.1 加法器
3.4.2 编码器
3.4.3 译码器
3.4.4 数据选择器
3.4.5 数值比较器
本章小结
第4章 时序逻辑电路
4.1 时序逻辑电路的基本概念
4.1.1 时序逻辑电路的结构
4.1.2 时序逻辑电路的分类
4.1 -3时序逻辑电路的描述方法
4.2 时序逻辑电路的分析
4.2.1 时序逻辑电路的一般分析方法
4.2.2 同步时序逻辑电路的分析
4.2.3 异步时序逻辑电路的分析
4.3 典型时序逻辑电路
4.3.1 寄存器和移位寄存器
4.3.2 计数器
4.4 时序逻辑电路的设计
4.4.1 时序逻辑电路的一般设计方法
4.4.2 顺序脉冲发生器设计
4.4.3 序列信号发生器设计
本章小结
第5章 脉冲波形的产生与变换
5.1 单稳态触发器
5.1.1 单稳态触发器的特点
5.1.2 集成单稳态触发器
5.1.3 单稳态触发器的应用
5.2 施密特触发器
5.2.1 施密特触发器的特点
5.2.2 集成施密特触发器
5.2.3 施密特触发器的应用
5.3 多谐振荡器
5.3.1 多谐振荡器的工作特点
5.3.2 由施密特触发器构成的多谐振荡器
5.3.3 环形振荡器
5.3.4 石英晶体振荡器
5.4 555定时器及其应用
5.4.1 555定时器的电路及其功能
5.4.2 555定时器构成的单稳态触发器
5.4.3 555定时器构成的施密特触发器
5.4.4 555定时器构成的多谐振荡器
本章小结
第6章 半导体存储器
6.1 半导体存储器的结构及容量
6.1.1 半导体存储器的分类
6.1.2 半导体存储器的结构
6.1.3 半导体存储器的容量及扩展
6.2 只读存储器(ROM)
6.2.1 只读存储器的存储单元
6.2.2 用ROM设计组合逻辑电路
6.2.3 集成只读存储器芯片
6.3 随机存储器(RAM)
6.3.1 随机存储器的存储单元
6.3.2 集成随机存储器芯片
本章小结
第7章 数/模和模/数转换电路
7.1 数/模转换器(D/AC)
7.1.1 权电阻网络D/A转换器
7.1.2 倒T形电阻网络D/A转换器
7.1.3 集成D/A转换器及其应用
7.1.4 主要性能指标
7.2 模/数转换器(A/DC)
7.2.1 A/D转换器原理
7.2.2 逐次逼近型A/D转换器
7.2.3 双积分型A/D转换器
7.2.4 集成A/D转换器及其应用
7.2.5 A/D转换器的主要性能指标
本章小结
第8章 课程综合设计及实习
8.1 课程综合设计实习概述
8.1.1 课程综合设计实习的目的
8.1.2 课程综合设计实习的教学方式
8.1.3 课程综合设计实习的教学要求
8.1.4 课程综合设计实习报告的编写注意事项
8.1.5 课程综合设计实习的成绩评定办法
8.2 课程综合设计
8.2.1 设计方法及课题
8.2.2 设计举例
8.3 课程综合实习
8.3.1 实习方法及内容
8.3.2 实习举例
参考文献
前言/序言
在现代工业、农业、民用、国防等各行各业中,几乎没有一个产品能脱离“数字化”,这使得“数字电子技术基础”课程成为国内外高等院校电气工程及自动化、自动化、轨道交通信号与控制、测控技术与仪器、通信工程、电子科学与技术、电子信息工程、计算机应用等电类专业及机械、建筑等非电类专业的一门重要的专业基础课,同时也是工程技术人员及电子技术爱好者必须学习的一门专业基础课程,有非常广泛的应用范围。
近年来,数字电子技术涉及的理论、实用技术、教学内容、教学方法都发生了深刻的变化。2009年教育部高等学校电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导分委员会修订了《“数字电子技术基础”课程教学基本要求》,2011年教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会修订了《电工学课程教学基本要求》。《“数字电子技术基础”课程教学基本要求》中,课程的内容包括理论教学部分和实验教学部分,建议有条件的学校开设电子技术基础课程设计课。
目前,大部分高等院校电类专业的数字电子技术课程理论部分为单独的两门课程,即将经典的数字电子技术内容称为“数字电子技术基础”,将现代数字电子技术内容(可编程逻辑器件及EDA应用)称为“数字系统设计”,实验部分是单独开课,实习及设计部分则设为实践教学环节。本书作者根据数字电子技术及电工课程教学基本要求的变化、实际教学计划的制订情况,编写了这本数字电子技术实用教程。
本书的中心内容是数字电子技术基础中的经典部分及课程设计实习部分内容。
本书内容分为8章,第1章讲述数字逻辑基础,包括数字量与数字电路、数制及其转换、码制及常用编码、二进制数的运算、逻辑运算公式及定理、逻辑函数的表示方法及其转换、逻辑函数的化简。第2章讲解门电路和触发器,包括半导体器件的开关特性、分立元件门电路、TTL门电路、CMOS门电路、门电路型号命名及正确使用、触发器的电路结构及动作特点、触发器的逻辑功能及描述、集成触发器。第3章讲解组合逻辑电路,包括组合逻辑电路的一般分析方法、组合逻辑电路的设计方法、组合逻辑电路中的竞争一冒险、常用的集成组合逻辑电路。第4章讲解时序逻辑电路,包括时序逻辑电路的基本概念、时序逻辑电路的分析、典型时序逻辑电路、时序逻辑电路的设计。第5章讲解脉冲波形的产生与变换,包括单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器、555定时器及其应用,分别介绍了单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的特点,由门电路构成的电路,由555定时器构成的电路。第6章讲解了半导体存储器,包括半导体存储器结构、分类、容量计算及扩展,只读存储器(ROM)结构及应用,随机存储器(RAM)结构及应用。第7章讲解了数/模和模/数转换器,包括数/模转换器的结构、主要性能指标、典型电路、典型集成芯片及应用,模/数转换器的结构、主要性能指标、典型电路、典型集成芯片及应用。第8章讲解了课程综合设计及实习,包括课程综合设计实习概述、课程综合设计、课程综合实习。
本书是专门为应用型本科电类专业的数字电子技术课程编写的教材,可作为高等院校电气工程及自动化、自动化、轨道交通信号与控制、测控技术与仪器、信息工程、通信工程、电子科学与技术、计算机应用等电类专业的数字电子技术理论及课程设计实习教材,也可作为其他非电专业及工程技术人员参考用书。
该教材采用案例教学方法,在内容的编排上,本着先引入、后展开,先基础、后综合,先理论、后实践的顺序,本着应用类课程理论基本够用、以实用为主的原则,力求简明扼要、通俗易懂。
本书由张彩荣任主编并编写了第1章、第2章、第4章的4.3、4.4节、第6章,刘建华任副主编并编写了第3章、第4章的4.1、4.2节、第5章、第7章,刘丽君编写了第8章的8.1、8.2节,李桂林编写了第8章的8.3节,于雷也参与了本书编写。
由于时间仓促,作者水平有限,书有错误地方,敬请读者批评指正。在本书的编写过程中,许多同行给予了很多帮助、指导,并提出了宝贵的修改意见,在此一并致以诚挚的谢意!
《现代通信系统原理与应用》 内容概述: 本书深入浅出地剖析了现代通信系统的核心原理,并详细阐述了这些原理在实际应用中的落地方式。内容涵盖了从基础的信号传输理论到复杂的现代通信技术,旨在为读者构建一个全面而深入的通信系统知识体系。全书结构严谨,逻辑清晰,理论与实践并重,力求让读者不仅理解“是什么”,更能理解“为什么”和“怎么做”。 第一章:通信系统概述与发展历程 本章首先为读者勾勒出通信系统的宏观图景,明确通信系统的基本构成要素——信源、信宿、信道、调制解调器、编码器、解码器等。通过分析不同通信方式的优缺点,阐述了选择合适通信系统的依据。接着,我们将回顾通信技术波澜壮阔的发展历程,从最早的有线电报、电话,到无线电广播、电视,再到如今的数字通信、移动通信、卫星通信,重点分析每一次技术飞跃背后的驱动因素和关键创新。最后,本章将展望未来通信技术的发展趋势,如5G/6G、物联网、人工智能在通信领域的应用等,激发读者的探索兴趣。 第二章:信号的表示与频谱分析 信号是通信系统的基础。本章将详细介绍信号的数学表示方法,包括时间域和频率域的描述。我们将深入探讨傅里叶级数和傅里叶变换,这是理解信号频谱的关键工具。通过频谱分析,读者将能理解信号的频率成分、带宽等重要概念,为后续章节的调制、编码等内容打下坚实基础。此外,本章还会介绍信号的采样、量化等数字信号处理的基本过程,以及常见的信号类型,如周期信号、非周期信号、随机信号等。 第三章:信道特性与噪声干扰 通信信号在传输过程中不可避免地会受到信道的影响和噪声的干扰。本章将详细分析各种信道的特性,包括有线信道(如双绞线、同轴电缆、光纤)和无线信道(如自由空间、电离层)。我们将探讨信道衰落、多径效应、频率选择性衰落等影响信号传输质量的因素。同时,本章也将深入研究通信系统中常见的噪声源,如热噪声、散粒噪声、冲击噪声等,并分析它们对信号的影响。理解信道特性和噪声干扰是设计鲁棒通信系统的关键。 第四章:模拟调制技术 在数字通信普及之前,模拟调制技术是信息传输的主要手段。本章将详细介绍调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)等经典的模拟调制技术。我们将深入讲解各种调制方式的原理、实现方法、频谱特性以及优缺点。此外,本章还将探讨相应的解调技术,如包络检波、平方律检波、锁相环(PLL)等。通过学习本章内容,读者将对信息是如何被“搬运”到载波上进行传输有深刻的认识。 第五章:数字基带传输 数字基带传输是指在不改变信号频率的情况下,直接将数字信号传输到信道中。本章将重点介绍常见的数字基带传输码型,如归零码、不归零码、曼彻斯特码、差分曼彻斯特码等,并分析它们的频谱特性和在基带传输中的应用。我们将探讨基带传输中的信号失真问题,如码间串扰,以及如何通过均衡技术加以克服。此外,本章还将介绍基带传输的性能指标,如误码率。 第六章:数字带通传输 数字带通传输是将数字信号调制到载波上进行传输,以克服基带传输的带宽限制和实现多路复用。本章将深入介绍数字带通传输的关键技术,包括幅度键控(ASK)、频率键控(FSK)、相移键控(PSK)和正交振幅调制(QAM)等。我们将详细分析它们的调制解调原理、功率谱密度、抗噪声性能以及在实际通信系统中的应用场景。本章还将涉及数字载波同步和位同步技术,这些是准确解调数字信号的关键。 第七章:信道编码与差错控制 通信过程中,错误是不可避免的。信道编码技术旨在提高信号传输的可靠性,降低误码率。本章将详细介绍两种主要的信道编码方式:线性分组码(如汉明码、循环码)和卷积码。我们将深入讲解它们的编码原理、译码方法(如硬判决译码、软判决译码)以及它们在提高通信可靠性方面的作用。此外,本章还会介绍更先进的纠错码,如Turbo码和LDPC码,以及它们在现代通信系统中的重要地位。 第八章:信源编码与数据压缩 信源编码旨在去除信号中的冗余信息,压缩数据量,从而提高信道的利用率。本章将介绍几种经典的信源编码方法,包括香农熵、霍夫曼编码、算术编码和预测编码等。我们将分析这些编码方法的原理、效率以及它们在语音、图像、视频等信息压缩中的应用。通过信源编码,读者将理解如何在保证信息不失真的前提下,最大限度地降低数据传输量。 第九章:多路复用技术 当一个通信信道需要传输多个信号时,就需要采用多路复用技术。本章将详细介绍两种主要的复用技术:频分多路复用(FDM)和时分多路复用(TDM)。我们将深入分析它们的原理、实现方式以及在电话系统、有线电视等领域的应用。此外,本章还将介绍码分多路复用(CDM)和波分多址(WDM)等更先进的多路复用技术。 第十章:移动通信系统 移动通信是当今最重要的通信技术之一。本章将深入剖析移动通信系统的基本原理和关键技术,包括蜂窝结构、切换技术、多址接入技术(FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA)等。我们将详细介绍第一代到第五代(1G-5G)移动通信系统的发展历程和核心技术演进。本章还将探讨移动通信中的干扰管理、功率控制、资源分配等重要问题。 第十一章:卫星通信系统 卫星通信作为一种广域通信方式,在地面通信受限的区域发挥着不可替代的作用。本章将介绍卫星通信系统的组成,包括空间段(通信卫星)和地面段(地面站)。我们将深入探讨卫星轨道、转发器技术、上行链路和下行链路的设计。此外,本章还将介绍卫星通信在电视广播、数据传输、全球定位系统(GPS)等领域的应用。 第十二章:光纤通信系统 光纤通信以其高带宽、低损耗的优势,成为现代高速通信的主干。本章将详细介绍光纤通信系统的基本原理,包括光信号的产生、传输和接收。我们将深入探讨光纤的种类、传输损耗、色散以及光器件(如激光器、光电探测器、光放大器)的工作原理。此外,本章还将介绍光网络的结构和多路复用技术(如WDM)。 第十三章:网络协议与体系结构 通信系统的最终目标是实现信息在网络中的高效传输和交换。本章将介绍通信网络的基本概念,以及TCP/IP协议族等重要的网络协议。我们将深入剖析OSI参考模型和TCP/IP模型,理解各层协议的功能和交互。本章还将讨论路由选择、拥塞控制、差错检测等网络通信中的关键问题。 第十四章:通信系统的性能评估与优化 为了确保通信系统能够满足预期需求,对通信系统进行性能评估和优化至关重要。本章将介绍通信系统常用的性能指标,如吞吐量、延迟、误码率、信噪比等,并讲解如何对这些指标进行测量和分析。我们将探讨影响系统性能的各种因素,并介绍相应的优化策略,包括功率控制、资源分配、参数调整等。 第十五章:新兴通信技术与未来展望 本章将聚焦当前和未来的通信技术发展前沿,包括物联网通信、5G/6G网络、人工智能在通信中的应用、量子通信等。我们将探讨这些新兴技术的基本原理、潜在应用以及它们将如何改变未来的信息社会。通过本章,读者将对通信技术发展的最新动态和未来方向有一个清晰的认识。 总结: 《现代通信系统原理与应用》致力于为读者提供一个系统、深入的学习平台。无论您是通信专业的学生、工程师,还是对通信技术感兴趣的业余爱好者,本书都将成为您深入理解现代通信世界的宝贵资源。通过对本书的学习,您将能够掌握通信系统的核心原理,理解各种技术的精髓,并为应对未来通信技术挑战做好充分准备。