内容简介
《数字电子技术基础(第3版)》第1版是机械工业出版社1997年开始组织编写的,参照原国家教委1990年7月制定的《高等学校工程专业电子技术基础课程教学要求》,并在机械工业电类高职教育教材建设协作组1998年会议精神指导下进行了编写。自2000年出版及2009年第2版修订以来,得到了很多学校师生的认可,被许多高职院校选为教材,得到了广大师生的关心,也积累了一些有价值的反馈意见。根据高等职业教育的发展和电子技术的发展,这次我们在第2版的基础上再次进行了修订,继续贯彻理论与应用相结合的原则,删除了部分较为陈旧的内容,充实了一些新的内容,对原章节进行了调整,将原应用篇的内容精简后编人前面对应的章节,更正了原教材中的部分疏漏和错误,使教材更符合当前电子技术课程教学的需要,更有利于课程的教学和知识的应用。
全书共8章,包括数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲信号的产生与变换、数一模(D—A)和模一数(A—D)转换、半导体存储器和可编程逻辑器件等内容。其中半导体存储器和可编程逻辑器件以及各章中加“。”号的内容为选学内容,供不同专业和不同层次的学生选择。各章均选用了部分典型应用电路作为应用实例,以培养学生理论联系实际的能力。各章附有的习题类型丰富,包括填空题、选择题、判断题和分析计算题(综合题),教师布置作业时可根据需要选择不同的题型,同时方便教师出考题。
为了方便教学,该书配有免费电子教学资料(习题解答、电子课件),供教师参考。
《数字电子技术基础(第3版)》可作为高职高专院校、普通高校大专班、成教学院、职工大学的电类各专业的数字电子技术基础课程教材,也可供普通高校本科有关专业的师生及从事电子技术的工程人员参考。
内页插图
目录
序
第3版前言
第2版前言
第1版前言
数字电路常用符号一览表
绪论
一、数字电路的特点
二、脉冲信号和数字信号
三、数字电路的应用
四、数字电路的分类
五、数字电路的学习方法
第一章 数字逻辑基础
第一节 数制和码制
一、数的表示方法
二、不同进制数之间的相互转换
三、二-十进制码
第二节 逻辑代数
一、基本概念及基本逻辑运算
二、逻辑函数及其表示方法
三、逻辑代数中的基本公式和定律
四、逻辑函数的化简与变换
本章小结
练习题
第二章 逻辑门电路
第一节 逻辑状态与正负逻辑
一、逻辑状态和正负逻辑的规定
二、标准高低电平的规定
第二节 分立元器件门电路
一、二极管门电路
二、晶体管门电路
第三节 晶体管-晶体管集成逻辑门电路(TTL)
一、TTL与非门电路
二、TTL与非门的主要外部特性
三、TTL其他类型的门电路
四、TTL的不同系列
第四节 CMOS集成门电路
一、MOS管的开关特性
二、典型CMOS集成门电路
第五节 门电路应用实例
一、二进制码奇偶校验电路
二、数字传输门
三、高增益整形放大器
四、小信号放大电路
五、逻辑探笔
六、程控增益放大电路
本章小结
练习题
第三章 组合逻辑电路
第一节 组合逻辑电路的分析和设计方法
一、组合逻辑电路的分析方法
二、门电路逻辑符号的等效变换
三、组合逻辑电路的设计方法
第二节 集成组合逻辑电路
一、编 码器
二、译码器及显示电路
三、数据选择器
四、数据分配器
五、数值比较器
六、加法器
第三节 组合逻辑电路应用实例
一、滚环电路
二、闪烁显示器
三、随机数字显示器
本章小结
练习题
第四章 触发器
第一节 直接触发方式的RS触发器
一、基本RS触发器
二、集成RS触发器
第二节 同步触发器
一、同步RS触发器
二、同步D触发器
第三节 边沿触发器
一、边沿D触发器
二、边沿JK触发器
第四节 触发器的逻辑转换
第五节 触发器应用电路实例
一、触摸转换开关
二、8路智力竞赛抢答器
本章小结
练习题
第五章 时序逻辑电路
第一节 时序逻辑电路的特点
第二节 寄存器
一、寄存器的功能和分类
二、数码寄存器
三、移位寄存器
第三节 计数器
一、计数器的功能和分类
二、异步计数器
三、同步计数器
四、通用集成计数器
五、顺序脉冲发生器
第四节 时序逻辑电路应用实例
一、CD4022用于驱动四路流水彩灯电路
二、简易微机故障检测器
本章小结
练习题
第六章 脉冲信号的产生与变换
第一节 单稳态触发器
一、阈值电压
二、微分型单稳态触发器
三、集成单稳态触发器
四、单稳态触发器的应用
第二节 多谐振荡器
一、CMOS门电路组成的多谐振荡器
二、可控型多谐振荡器
三、占空比和频率可调的多谐振荡器
四、石英晶体振荡器
第三节 施密特触发器
一、用TTL门电路构成的施密特触发器
二、集成施密特触发器
三、基本应用电路
第四节 集成555定时器及其应用
一、电路结构
二、工作原理
三、典型应用
四、应用实例
本章小结
练习题
第七章 数-模(D-A)和模-数(A-D)转换
第一节 数-模转换器(DAC)
一、D-A转换器的基本概念
二、D-A转换电路
第二节 模-数转换器(ADC)
一、A-D转换器的组成及作用
二、A-D转换电路
第三节 数-模和模-数转换电路实例
一、程控电压源
二、程控电流源
三、程控衰减器——数字音量控制电路
四、程控函数发生器
五、模拟信号精密延迟电路
*六、7/2位数字电压表
本章小结
练习题
*
第八章 半导体存储器和可编 程逻辑器件
第一节 半导体存储器
一、只读存储器
二、随机存取存储器
三、快闪存储器
第二节 可编 程逻辑器件(PLD)
一、PLD的发展和分类
二、SPLD的一般结构
三、CPLD和FPGA
本章小结
练习题
附录 部分新旧逻辑单元图形符号对照
参考文献
前言/序言
《数字电子技术基础》第1版是1997年开始编写的,2000年正式出版,2009年进行了修订,出版了第2版。本书自出版使用以来,得到了很多学校师生的认可,被许多高职院校选为教材,也得到了一些荣誉,被评为“十二五”职业教育国家规划教材、普通高等教育“十一五”国家级规划教材,机械工业出版社精品教材。随着科学技术的不断发展,同时针对目前高职的教育现状与广大师生的反馈意见,以及《数字电子技术基础》第2版教材存在的一些不足,我们对第2版进行了修订,根据数字电子技术的发展补充了一些新的内容,如可编程逻辑器件PLD(包括CPLD及FPGA方面的介绍),对一些章节的内容进行了调整(如关于卡诺图的内容),删除了应用篇(第八至第十四章),将应用篇中部分典型的应用电路编入前面对应章节,作为应用实例。另外,现代高职教育提高了对学生实践能力的要求,理论课时数减少,这次修订对原教材的内容进行精简,删去了部分实用性不强的内容,以适应高职教育的需要。
本着“理论够用为度,培养技能,重在应用”的原则,本书在讲清基本概念和基本原理的基础上,注重集成电路以及新器件的介绍和应用,强调了理论联系实际。
本书的特点是:
1)数字电子技术基础是一门专业基础性质的课程,本书在基本原理、基本概念的讲述中概念清晰、准确,以“必须”和“够用”为原则。对于电子器件只简单介绍其工作原理,着重介绍其外特性,重点放在使用方法。
2)各章均附有习题。习题类型丰富,包括填空题、选择题、判断题和分析计算题(综合题),教师布置作业时可根据需要选择不同的题型,同时方便教师出考题。
3)为配合基础理论的学习、扩大知识面,各章节均选用了部分典型应用电路作为应用实例,使学生能将所学的理论知识与实际应用挂钩,培养学生理论联系实际的能力。
4)为加强学生阅读专业外文文献的能力,教材中首次出现的电子技术名词之后附注了英文。
5)增加了选学内容,将第八章半导体存储器和可编程逻辑器件和第七章的部分内容加“*”号作为选学内容,供不同专业和不同层次的学生选取。
为方便教师授课,本书备有免费电子课件和习题解答。
多年来,我们的教材得到了广大教师的支持和关怀,一些教师也针对教材存在的问题提出了中肯的意见,在此,谨向他们表示衷心的感谢!
本书第3版由西安理工大学高等技术学院田培成、上海电机学院沈任元、无锡职业技术学院吴勇担任主编,邢台职业技术学院唐俊英、沈阳职业技术学院郑英兰参加编写。本次修订工作由田培成老师主持并进行全书的统稿,同时编写了新增添的内容。
由于我们水平有限,新版教材中肯定存在着一些疏漏和不妥之处,恳请读者批评指正。
《数字电子技术基础》(第三版) 前言 在当今科技飞速发展的时代,数字技术已渗透到我们生活的方方面面,从智能手机、电脑到工业自动化、通信网络,无处不闪耀着数字技术的智慧之光。掌握数字电子技术的基础知识,不仅是电子信息类专业学生必备的核心素养,更是 aspiring engineers 和技术爱好者理解和参与现代科技浪潮的关键。 《数字电子技术基础》(第三版)旨在为广大读者提供一个系统、深入且易于理解的数字电子技术入门和进阶的学习平台。本书遵循循序渐进的教学原则,从最基本的逻辑概念出发,逐步深入到复杂的数字系统设计,力求让读者在扎实掌握理论知识的同时,也能触及到实际应用中的关键技术。本书第三版的出版,是在前两版成功基础上,对内容进行的更新与优化,以适应当前数字技术发展的最新趋势和教育教学的最新要求。 内容概述 本书内容涵盖了数字电子技术的核心领域,主要包括以下几个方面: 第一部分:数字电子技术的基础概念 1. 数制与编码: 十进制、二进制、八进制、十六进制: 深入讲解四种常用数制的概念、表示方法、相互转换规则,以及它们在数字系统中的重要性。读者将学习如何进行不同数制之间的精确转换,理解不同数制所带来的计算便利性。 二进制数与逻辑运算: 重点介绍二进制数作为数字电路基本信息载体的地位,以及逻辑运算(AND、OR、NOT、XOR等)作为数字电路基本处理单元的原理。 编码: 详细阐述各种编码方式,如BCD码(二进制编码的十进制)、格雷码(无刷码)、ASCII码(美国信息交换标准代码)等。讲解它们的特点、应用场景以及在数据表示和传输中的作用。理解不同编码的优劣势,以及如何选择合适的编码方式。 2. 逻辑门电路: 基本逻辑门: 详细介绍与门、或门、非门(反相器)等最基本的逻辑门电路。讲解它们的逻辑功能、真值表、逻辑符号以及物理实现原理(如晶体管实现)。 复合逻辑门: 介绍与非门、或非门、同或门、异或门等复合逻辑门。分析它们的逻辑功能,以及如何通过基本逻辑门组合实现这些复合逻辑门。 布尔代数: 系统介绍布尔代数的基本公理、定理和公式。讲解如何利用布尔代数对逻辑表达式进行化简,从而优化逻辑电路的设计,减少门电路的数量,提高电路的效率和可靠性。 逻辑函数及其最简形式: 学习如何用逻辑函数来描述数字电路的功能,并掌握多种逻辑函数最简化方法,包括卡诺图(Karnaugh Map)和奎因-麦克拉斯基(Quine-McCluskey)方法。理解最简化在降低电路复杂度和成本方面的重要性。 3. 组合逻辑电路: 组合逻辑电路的特点: 阐述组合逻辑电路的定义,即输出仅取决于当前输入,与之前的状态无关。 常见组合逻辑电路: 编码器与译码器: 讲解编码器(将多种输入信号转换为二进制代码)和译码器(将二进制代码转换为特定的输出信号)的功能、结构和应用,例如BCD-74LS47译码器在数码管显示中的应用。 数据选择器(Multiplexer, MUX): 介绍数据选择器如何根据控制信号选择多路输入中的一路输出,分析其结构和工作原理,并展示其在信号路由和逻辑功能实现中的应用。 数据分配器(Demultiplexer, DEMUX): 讲解数据分配器与数据选择器功能相反,如何根据控制信号将一路输入信号分配到多路输出中的某一路,分析其结构和应用。 加法器与减法器: 详细介绍半加器、全加器、半减器、全减器等基本算术电路。讲解如何构建多位加法器(如行波进位加法器)和减法器,理解数字系统中算术运算的基础。 比较器: 介绍比较器电路如何比较两个二进制数的大小,分析其基本原理和结构。 组合逻辑电路的设计方法: 结合实例,讲解如何根据逻辑功能要求,进行组合逻辑电路的设计,包括状态转换图、真值表、逻辑表达式的推导以及电路图的绘制。 第二部分:时序逻辑电路 4. 触发器(Flip-Flop): 时序逻辑电路的特点: 解释时序逻辑电路的定义,即输出不仅取决于当前输入,还与电路的过去状态有关,通常需要时钟信号同步。 基本触发器: 介绍SR锁存器(Set-Reset Latch)、D锁存器(Data Latch)等基本存储单元。 主从触发器: 详细讲解主从JK触发器、主从T触发器、D触发器(带时钟)的结构、工作原理(上升沿触发、下降沿触发)、激励表和状态图。理解触发器作为基本存储单元在时序电路中的作用。 触发器的应用: 介绍触发器在计数器、寄存器等电路中的应用。 5. 寄存器(Register): 寄存器的功能: 讲解寄存器用于存储一组二进制数据的基本功能。 不同类型的寄存器: 并行输入/并行输出寄存器(Shift Register): 介绍移位寄存器的结构和四种工作模式:SISO(串入串出)、SIPO(串入并出)、PISO(并入串出)、PIPO(并入并出)。分析移位寄存器在数据串并转换、延迟电路等方面的应用。 通用寄存器: 介绍更通用的寄存器设计。 6. 计数器(Counter): 计数器的功能: 讲解计数器用于对时钟脉冲进行计数的电路。 不同类型的计数器: 异步计数器(Ripple Counter): 分析异步计数器(或称行波计数器)的工作原理,讲解其优点(结构简单)和缺点(速度受翻转延迟累积限制)。 同步计数器(Synchronous Counter): 介绍同步计数器的工作原理,即所有触发器同时接收时钟信号,分析其优点(速度快)和缺点(设计相对复杂)。 加法计数器、减法计数器、可逆计数器: 讲解如何设计不同功能的计数器。 译码计数器: 介绍特定状态的计数器。 集成计数器芯片: 介绍常用的集成计数器芯片(如74LS161、74LS193等)及其功能和使用方法。 计数器的应用: 介绍计数器在频率分频、定时、波形产生等方面的应用。 7. 时序逻辑电路的设计: 状态图与状态表: 学习如何根据系统功能绘制状态图,并由此导出状态表。 状态最小化: 介绍如何对状态进行最小化,以简化电路设计。 触发器激励表与电路图绘制: 学习如何根据状态转换表设计触发器的激励方程,并最终绘制出完整时序逻辑电路图。 同步时序逻辑电路与异步时序逻辑电路: 对比分析两种时序电路设计方法的特点和应用。 梅利型(Mealy)和穆尔型(Moore)状态机: 介绍这两种经典的时序逻辑电路模型,分析它们的区别和各自的适用场景。 第三部分:半导体存储器与数字系统设计 8. 半导体存储器: 存储器的基本概念: 讲解存储容量、存取时间、读写操作等基本术语。 随机存取存储器(RAM): 静态RAM(SRAM): 介绍SRAM的工作原理,特点(速度快、功耗高、价格贵)及其在高速缓存中的应用。 动态RAM(DRAM): 介绍DRAM的工作原理,特点(存储密度高、功耗低、价格便宜,但需要刷新)及其在主存储器中的广泛应用。 只读存储器(ROM): 掩膜ROM(MROM): 讲解工厂一次性写入的ROM。 可编程ROM(PROM): 介绍一次性编程的PROM。 可擦除可编程ROM(EPROM): 介绍紫外线擦除的EPROM。 电可擦除可编程ROM(EEPROM): 介绍电擦除的EEPROM。 闪存(Flash Memory): 介绍现代主流的闪存技术,其高速读写、易擦除等特点。 存储器芯片的结构与应用: 介绍常见的存储器芯片型号,如SRAM(例如6116)和DRAM(例如4164),以及如何通过地址线、数据线、控制线进行存储器的读写操作。 9. 可编程逻辑器件(PLD): PLD概述: 介绍PLD作为一种可编程的集成电路,能够实现复杂的数字逻辑功能。 可编程阵列逻辑(PAL)、通用阵列逻辑(GAL): 讲解这两种早期PLD的结构和编程方式。 现场可编程门阵列(FPGA): 重点介绍FPGA,作为现代数字系统设计的主流器件。讲解其可编程逻辑块、可编程互连线以及硬件描述语言(HDL)如VHDL或Verilog在FPGA设计中的重要性。 10. 数模与模数转换: 数模转换器(DAC): 介绍DAC的基本原理,以及常用的DAC结构,如权电阻式DAC、倒T电阻式DAC、R-2R梯形网络DAC。讲解DAC的转换精度、分辨率和转换时间等参数。 模数转换器(ADC): 介绍ADC的基本原理,以及常用的ADC结构,如逐次逼近式ADC、双积分式ADC、并行(Flash)ADC、Δ-Σ(Delta-Sigma)ADC。讲解ADC的采样率、分辨率和量化误差等参数。 数模与模数转换的应用: 介绍在音频、视频处理,数据采集系统中的应用。 第四部分:数字逻辑设计实践 11. 硬件描述语言(HDL)入门(可选章节或作为参考): HDL的意义: 介绍硬件描述语言在现代数字系统设计中的重要性,能够以文本形式描述硬件电路。 Verilog/VHDL简介: 简要介绍Verilog和VHDL这两种主流的硬件描述语言的基本语法、数据类型和常用语句,为读者后续深入学习提供指引。 12. 数字系统设计流程: 需求分析与规格定义: 强调在设计开始前明确系统功能和性能要求。 逻辑设计与仿真: 讲解如何使用逻辑设计工具和仿真工具进行设计验证。 综合、布局与布线: 介绍如何将HDL代码转化为门级网表,并映射到具体硬件上。 时序分析与验证: 讲解如何进行电路的时序分析,确保电路在规定时钟频率下正常工作。 实现与测试: 介绍如何将设计下载到硬件平台进行实际测试。 本书特色 理论与实践相结合: 在讲解基础理论的同时,穿插大量实例分析和应用场景,帮助读者理解理论知识在实际工程中的体现。 由浅入深,结构清晰: 按照由易到难、由简到繁的逻辑顺序编排内容,确保读者能够循序渐进地掌握知识。 图文并茂,形式直观: 丰富的插图、逻辑符号和电路图,使抽象的数字概念更加形象易懂。 注重工程应用: 介绍当前主流的数字技术和器件,为读者将来从事相关领域的工作打下坚实基础。 习题与答案: 每章配有适量的习题,部分提供详细答案,帮助读者巩固所学内容,检验学习效果。 适用人群 本书适用于高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术等专业的本科生、研究生,以及对数字电子技术感兴趣的广大工程技术人员和爱好者。 结语 数字电子技术是一个不断发展和创新的领域。本书力求为您打开数字世界的大门,掌握其中精妙的运行机制。《数字电子技术基础》(第三版)希望能成为您在数字技术学习道路上的忠实伙伴,陪伴您探索更广阔的科技天地。我们衷心希望本书能够帮助读者构建坚实的数字电子技术基础,为未来的学习和工作提供有力的支持。