內容簡介
《數字電子技術基礎(第3版)》第1版是機械工業齣版社1997年開始組織編寫的,參照原國傢教委1990年7月製定的《高等學校工程專業電子技術基礎課程教學要求》,並在機械工業電類高職教育教材建設協作組1998年會議精神指導下進行瞭編寫。自2000年齣版及2009年第2版修訂以來,得到瞭很多學校師生的認可,被許多高職院校選為教材,得到瞭廣大師生的關心,也積纍瞭一些有價值的反饋意見。根據高等職業教育的發展和電子技術的發展,這次我們在第2版的基礎上再次進行瞭修訂,繼續貫徹理論與應用相結閤的原則,刪除瞭部分較為陳舊的內容,充實瞭一些新的內容,對原章節進行瞭調整,將原應用篇的內容精簡後編人前麵對應的章節,更正瞭原教材中的部分疏漏和錯誤,使教材更符閤當前電子技術課程教學的需要,更有利於課程的教學和知識的應用。
全書共8章,包括數字邏輯基礎、邏輯門電路、組閤邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、脈衝信號的産生與變換、數一模(D—A)和模一數(A—D)轉換、半導體存儲器和可編程邏輯器件等內容。其中半導體存儲器和可編程邏輯器件以及各章中加“。”號的內容為選學內容,供不同專業和不同層次的學生選擇。各章均選用瞭部分典型應用電路作為應用實例,以培養學生理論聯係實際的能力。各章附有的習題類型豐富,包括填空題、選擇題、判斷題和分析計算題(綜閤題),教師布置作業時可根據需要選擇不同的題型,同時方便教師齣考題。
為瞭方便教學,該書配有免費電子教學資料(習題解答、電子課件),供教師參考。
《數字電子技術基礎(第3版)》可作為高職高專院校、普通高校大專班、成教學院、職工大學的電類各專業的數字電子技術基礎課程教材,也可供普通高校本科有關專業的師生及從事電子技術的工程人員參考。
內頁插圖
目錄
序
第3版前言
第2版前言
第1版前言
數字電路常用符號一覽錶
緒論
一、數字電路的特點
二、脈衝信號和數字信號
三、數字電路的應用
四、數字電路的分類
五、數字電路的學習方法
第一章 數字邏輯基礎
第一節 數製和碼製
一、數的錶示方法
二、不同進製數之間的相互轉換
三、二-十進製碼
第二節 邏輯代數
一、基本概念及基本邏輯運算
二、邏輯函數及其錶示方法
三、邏輯代數中的基本公式和定律
四、邏輯函數的化簡與變換
本章小結
練習題
第二章 邏輯門電路
第一節 邏輯狀態與正負邏輯
一、邏輯狀態和正負邏輯的規定
二、標準高低電平的規定
第二節 分立元器件門電路
一、二極管門電路
二、晶體管門電路
第三節 晶體管-晶體管集成邏輯門電路(TTL)
一、TTL與非門電路
二、TTL與非門的主要外部特性
三、TTL其他類型的門電路
四、TTL的不同係列
第四節 CMOS集成門電路
一、MOS管的開關特性
二、典型CMOS集成門電路
第五節 門電路應用實例
一、二進製碼奇偶校驗電路
二、數字傳輸門
三、高增益整形放大器
四、小信號放大電路
五、邏輯探筆
六、程控增益放大電路
本章小結
練習題
第三章 組閤邏輯電路
第一節 組閤邏輯電路的分析和設計方法
一、組閤邏輯電路的分析方法
二、門電路邏輯符號的等效變換
三、組閤邏輯電路的設計方法
第二節 集成組閤邏輯電路
一、編 碼器
二、譯碼器及顯示電路
三、數據選擇器
四、數據分配器
五、數值比較器
六、加法器
第三節 組閤邏輯電路應用實例
一、滾環電路
二、閃爍顯示器
三、隨機數字顯示器
本章小結
練習題
第四章 觸發器
第一節 直接觸發方式的RS觸發器
一、基本RS觸發器
二、集成RS觸發器
第二節 同步觸發器
一、同步RS觸發器
二、同步D觸發器
第三節 邊沿觸發器
一、邊沿D觸發器
二、邊沿JK觸發器
第四節 觸發器的邏輯轉換
第五節 觸發器應用電路實例
一、觸摸轉換開關
二、8路智力競賽搶答器
本章小結
練習題
第五章 時序邏輯電路
第一節 時序邏輯電路的特點
第二節 寄存器
一、寄存器的功能和分類
二、數碼寄存器
三、移位寄存器
第三節 計數器
一、計數器的功能和分類
二、異步計數器
三、同步計數器
四、通用集成計數器
五、順序脈衝發生器
第四節 時序邏輯電路應用實例
一、CD4022用於驅動四路流水彩燈電路
二、簡易微機故障檢測器
本章小結
練習題
第六章 脈衝信號的産生與變換
第一節 單穩態觸發器
一、閾值電壓
二、微分型單穩態觸發器
三、集成單穩態觸發器
四、單穩態觸發器的應用
第二節 多諧振蕩器
一、CMOS門電路組成的多諧振蕩器
二、可控型多諧振蕩器
三、占空比和頻率可調的多諧振蕩器
四、石英晶體振蕩器
第三節 施密特觸發器
一、用TTL門電路構成的施密特觸發器
二、集成施密特觸發器
三、基本應用電路
第四節 集成555定時器及其應用
一、電路結構
二、工作原理
三、典型應用
四、應用實例
本章小結
練習題
第七章 數-模(D-A)和模-數(A-D)轉換
第一節 數-模轉換器(DAC)
一、D-A轉換器的基本概念
二、D-A轉換電路
第二節 模-數轉換器(ADC)
一、A-D轉換器的組成及作用
二、A-D轉換電路
第三節 數-模和模-數轉換電路實例
一、程控電壓源
二、程控電流源
三、程控衰減器——數字音量控製電路
四、程控函數發生器
五、模擬信號精密延遲電路
*六、7/2位數字電壓錶
本章小結
練習題
*
第八章 半導體存儲器和可編 程邏輯器件
第一節 半導體存儲器
一、隻讀存儲器
二、隨機存取存儲器
三、快閃存儲器
第二節 可編 程邏輯器件(PLD)
一、PLD的發展和分類
二、SPLD的一般結構
三、CPLD和FPGA
本章小結
練習題
附錄 部分新舊邏輯單元圖形符號對照
參考文獻
前言/序言
《數字電子技術基礎》第1版是1997年開始編寫的,2000年正式齣版,2009年進行瞭修訂,齣版瞭第2版。本書自齣版使用以來,得到瞭很多學校師生的認可,被許多高職院校選為教材,也得到瞭一些榮譽,被評為“十二五”職業教育國傢規劃教材、普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材,機械工業齣版社精品教材。隨著科學技術的不斷發展,同時針對目前高職的教育現狀與廣大師生的反饋意見,以及《數字電子技術基礎》第2版教材存在的一些不足,我們對第2版進行瞭修訂,根據數字電子技術的發展補充瞭一些新的內容,如可編程邏輯器件PLD(包括CPLD及FPGA方麵的介紹),對一些章節的內容進行瞭調整(如關於卡諾圖的內容),刪除瞭應用篇(第八至第十四章),將應用篇中部分典型的應用電路編入前麵對應章節,作為應用實例。另外,現代高職教育提高瞭對學生實踐能力的要求,理論課時數減少,這次修訂對原教材的內容進行精簡,刪去瞭部分實用性不強的內容,以適應高職教育的需要。
本著“理論夠用為度,培養技能,重在應用”的原則,本書在講清基本概念和基本原理的基礎上,注重集成電路以及新器件的介紹和應用,強調瞭理論聯係實際。
本書的特點是:
1)數字電子技術基礎是一門專業基礎性質的課程,本書在基本原理、基本概念的講述中概念清晰、準確,以“必須”和“夠用”為原則。對於電子器件隻簡單介紹其工作原理,著重介紹其外特性,重點放在使用方法。
2)各章均附有習題。習題類型豐富,包括填空題、選擇題、判斷題和分析計算題(綜閤題),教師布置作業時可根據需要選擇不同的題型,同時方便教師齣考題。
3)為配閤基礎理論的學習、擴大知識麵,各章節均選用瞭部分典型應用電路作為應用實例,使學生能將所學的理論知識與實際應用掛鈎,培養學生理論聯係實際的能力。
4)為加強學生閱讀專業外文文獻的能力,教材中首次齣現的電子技術名詞之後附注瞭英文。
5)增加瞭選學內容,將第八章半導體存儲器和可編程邏輯器件和第七章的部分內容加“*”號作為選學內容,供不同專業和不同層次的學生選取。
為方便教師授課,本書備有免費電子課件和習題解答。
多年來,我們的教材得到瞭廣大教師的支持和關懷,一些教師也針對教材存在的問題提齣瞭中肯的意見,在此,謹嚮他們錶示衷心的感謝!
本書第3版由西安理工大學高等技術學院田培成、上海電機學院瀋任元、無锡職業技術學院吳勇擔任主編,邢颱職業技術學院唐俊英、瀋陽職業技術學院鄭英蘭參加編寫。本次修訂工作由田培成老師主持並進行全書的統稿,同時編寫瞭新增添的內容。
由於我們水平有限,新版教材中肯定存在著一些疏漏和不妥之處,懇請讀者批評指正。
《數字電子技術基礎》(第三版) 前言 在當今科技飛速發展的時代,數字技術已滲透到我們生活的方方麵麵,從智能手機、電腦到工業自動化、通信網絡,無處不閃耀著數字技術的智慧之光。掌握數字電子技術的基礎知識,不僅是電子信息類專業學生必備的核心素養,更是 aspiring engineers 和技術愛好者理解和參與現代科技浪潮的關鍵。 《數字電子技術基礎》(第三版)旨在為廣大讀者提供一個係統、深入且易於理解的數字電子技術入門和進階的學習平颱。本書遵循循序漸進的教學原則,從最基本的邏輯概念齣發,逐步深入到復雜的數字係統設計,力求讓讀者在紮實掌握理論知識的同時,也能觸及到實際應用中的關鍵技術。本書第三版的齣版,是在前兩版成功基礎上,對內容進行的更新與優化,以適應當前數字技術發展的最新趨勢和教育教學的最新要求。 內容概述 本書內容涵蓋瞭數字電子技術的核心領域,主要包括以下幾個方麵: 第一部分:數字電子技術的基礎概念 1. 數製與編碼: 十進製、二進製、八進製、十六進製: 深入講解四種常用數製的概念、錶示方法、相互轉換規則,以及它們在數字係統中的重要性。讀者將學習如何進行不同數製之間的精確轉換,理解不同數製所帶來的計算便利性。 二進製數與邏輯運算: 重點介紹二進製數作為數字電路基本信息載體的地位,以及邏輯運算(AND、OR、NOT、XOR等)作為數字電路基本處理單元的原理。 編碼: 詳細闡述各種編碼方式,如BCD碼(二進製編碼的十進製)、格雷碼(無刷碼)、ASCII碼(美國信息交換標準代碼)等。講解它們的特點、應用場景以及在數據錶示和傳輸中的作用。理解不同編碼的優劣勢,以及如何選擇閤適的編碼方式。 2. 邏輯門電路: 基本邏輯門: 詳細介紹與門、或門、非門(反相器)等最基本的邏輯門電路。講解它們的邏輯功能、真值錶、邏輯符號以及物理實現原理(如晶體管實現)。 復閤邏輯門: 介紹與非門、或非門、同或門、異或門等復閤邏輯門。分析它們的邏輯功能,以及如何通過基本邏輯門組閤實現這些復閤邏輯門。 布爾代數: 係統介紹布爾代數的基本公理、定理和公式。講解如何利用布爾代數對邏輯錶達式進行化簡,從而優化邏輯電路的設計,減少門電路的數量,提高電路的效率和可靠性。 邏輯函數及其最簡形式: 學習如何用邏輯函數來描述數字電路的功能,並掌握多種邏輯函數最簡化方法,包括卡諾圖(Karnaugh Map)和奎因-麥剋拉斯基(Quine-McCluskey)方法。理解最簡化在降低電路復雜度和成本方麵的重要性。 3. 組閤邏輯電路: 組閤邏輯電路的特點: 闡述組閤邏輯電路的定義,即輸齣僅取決於當前輸入,與之前的狀態無關。 常見組閤邏輯電路: 編碼器與譯碼器: 講解編碼器(將多種輸入信號轉換為二進製代碼)和譯碼器(將二進製代碼轉換為特定的輸齣信號)的功能、結構和應用,例如BCD-74LS47譯碼器在數碼管顯示中的應用。 數據選擇器(Multiplexer, MUX): 介紹數據選擇器如何根據控製信號選擇多路輸入中的一路輸齣,分析其結構和工作原理,並展示其在信號路由和邏輯功能實現中的應用。 數據分配器(Demultiplexer, DEMUX): 講解數據分配器與數據選擇器功能相反,如何根據控製信號將一路輸入信號分配到多路輸齣中的某一路,分析其結構和應用。 加法器與減法器: 詳細介紹半加器、全加器、半減器、全減器等基本算術電路。講解如何構建多位加法器(如行波進位加法器)和減法器,理解數字係統中算術運算的基礎。 比較器: 介紹比較器電路如何比較兩個二進製數的大小,分析其基本原理和結構。 組閤邏輯電路的設計方法: 結閤實例,講解如何根據邏輯功能要求,進行組閤邏輯電路的設計,包括狀態轉換圖、真值錶、邏輯錶達式的推導以及電路圖的繪製。 第二部分:時序邏輯電路 4. 觸發器(Flip-Flop): 時序邏輯電路的特點: 解釋時序邏輯電路的定義,即輸齣不僅取決於當前輸入,還與電路的過去狀態有關,通常需要時鍾信號同步。 基本觸發器: 介紹SR鎖存器(Set-Reset Latch)、D鎖存器(Data Latch)等基本存儲單元。 主從觸發器: 詳細講解主從JK觸發器、主從T觸發器、D觸發器(帶時鍾)的結構、工作原理(上升沿觸發、下降沿觸發)、激勵錶和狀態圖。理解觸發器作為基本存儲單元在時序電路中的作用。 觸發器的應用: 介紹觸發器在計數器、寄存器等電路中的應用。 5. 寄存器(Register): 寄存器的功能: 講解寄存器用於存儲一組二進製數據的基本功能。 不同類型的寄存器: 並行輸入/並行輸齣寄存器(Shift Register): 介紹移位寄存器的結構和四種工作模式:SISO(串入串齣)、SIPO(串入並齣)、PISO(並入串齣)、PIPO(並入並齣)。分析移位寄存器在數據串並轉換、延遲電路等方麵的應用。 通用寄存器: 介紹更通用的寄存器設計。 6. 計數器(Counter): 計數器的功能: 講解計數器用於對時鍾脈衝進行計數的電路。 不同類型的計數器: 異步計數器(Ripple Counter): 分析異步計數器(或稱行波計數器)的工作原理,講解其優點(結構簡單)和缺點(速度受翻轉延遲纍積限製)。 同步計數器(Synchronous Counter): 介紹同步計數器的工作原理,即所有觸發器同時接收時鍾信號,分析其優點(速度快)和缺點(設計相對復雜)。 加法計數器、減法計數器、可逆計數器: 講解如何設計不同功能的計數器。 譯碼計數器: 介紹特定狀態的計數器。 集成計數器芯片: 介紹常用的集成計數器芯片(如74LS161、74LS193等)及其功能和使用方法。 計數器的應用: 介紹計數器在頻率分頻、定時、波形産生等方麵的應用。 7. 時序邏輯電路的設計: 狀態圖與狀態錶: 學習如何根據係統功能繪製狀態圖,並由此導齣狀態錶。 狀態最小化: 介紹如何對狀態進行最小化,以簡化電路設計。 觸發器激勵錶與電路圖繪製: 學習如何根據狀態轉換錶設計觸發器的激勵方程,並最終繪製齣完整時序邏輯電路圖。 同步時序邏輯電路與異步時序邏輯電路: 對比分析兩種時序電路設計方法的特點和應用。 梅利型(Mealy)和穆爾型(Moore)狀態機: 介紹這兩種經典的時序邏輯電路模型,分析它們的區彆和各自的適用場景。 第三部分:半導體存儲器與數字係統設計 8. 半導體存儲器: 存儲器的基本概念: 講解存儲容量、存取時間、讀寫操作等基本術語。 隨機存取存儲器(RAM): 靜態RAM(SRAM): 介紹SRAM的工作原理,特點(速度快、功耗高、價格貴)及其在高速緩存中的應用。 動態RAM(DRAM): 介紹DRAM的工作原理,特點(存儲密度高、功耗低、價格便宜,但需要刷新)及其在主存儲器中的廣泛應用。 隻讀存儲器(ROM): 掩膜ROM(MROM): 講解工廠一次性寫入的ROM。 可編程ROM(PROM): 介紹一次性編程的PROM。 可擦除可編程ROM(EPROM): 介紹紫外綫擦除的EPROM。 電可擦除可編程ROM(EEPROM): 介紹電擦除的EEPROM。 閃存(Flash Memory): 介紹現代主流的閃存技術,其高速讀寫、易擦除等特點。 存儲器芯片的結構與應用: 介紹常見的存儲器芯片型號,如SRAM(例如6116)和DRAM(例如4164),以及如何通過地址綫、數據綫、控製綫進行存儲器的讀寫操作。 9. 可編程邏輯器件(PLD): PLD概述: 介紹PLD作為一種可編程的集成電路,能夠實現復雜的數字邏輯功能。 可編程陣列邏輯(PAL)、通用陣列邏輯(GAL): 講解這兩種早期PLD的結構和編程方式。 現場可編程門陣列(FPGA): 重點介紹FPGA,作為現代數字係統設計的主流器件。講解其可編程邏輯塊、可編程互連綫以及硬件描述語言(HDL)如VHDL或Verilog在FPGA設計中的重要性。 10. 數模與模數轉換: 數模轉換器(DAC): 介紹DAC的基本原理,以及常用的DAC結構,如權電阻式DAC、倒T電阻式DAC、R-2R梯形網絡DAC。講解DAC的轉換精度、分辨率和轉換時間等參數。 模數轉換器(ADC): 介紹ADC的基本原理,以及常用的ADC結構,如逐次逼近式ADC、雙積分式ADC、並行(Flash)ADC、Δ-Σ(Delta-Sigma)ADC。講解ADC的采樣率、分辨率和量化誤差等參數。 數模與模數轉換的應用: 介紹在音頻、視頻處理,數據采集係統中的應用。 第四部分:數字邏輯設計實踐 11. 硬件描述語言(HDL)入門(可選章節或作為參考): HDL的意義: 介紹硬件描述語言在現代數字係統設計中的重要性,能夠以文本形式描述硬件電路。 Verilog/VHDL簡介: 簡要介紹Verilog和VHDL這兩種主流的硬件描述語言的基本語法、數據類型和常用語句,為讀者後續深入學習提供指引。 12. 數字係統設計流程: 需求分析與規格定義: 強調在設計開始前明確係統功能和性能要求。 邏輯設計與仿真: 講解如何使用邏輯設計工具和仿真工具進行設計驗證。 綜閤、布局與布綫: 介紹如何將HDL代碼轉化為門級網錶,並映射到具體硬件上。 時序分析與驗證: 講解如何進行電路的時序分析,確保電路在規定時鍾頻率下正常工作。 實現與測試: 介紹如何將設計下載到硬件平颱進行實際測試。 本書特色 理論與實踐相結閤: 在講解基礎理論的同時,穿插大量實例分析和應用場景,幫助讀者理解理論知識在實際工程中的體現。 由淺入深,結構清晰: 按照由易到難、由簡到繁的邏輯順序編排內容,確保讀者能夠循序漸進地掌握知識。 圖文並茂,形式直觀: 豐富的插圖、邏輯符號和電路圖,使抽象的數字概念更加形象易懂。 注重工程應用: 介紹當前主流的數字技術和器件,為讀者將來從事相關領域的工作打下堅實基礎。 習題與答案: 每章配有適量的習題,部分提供詳細答案,幫助讀者鞏固所學內容,檢驗學習效果。 適用人群 本書適用於高等院校電子信息工程、通信工程、自動化、計算機科學與技術等專業的本科生、研究生,以及對數字電子技術感興趣的廣大工程技術人員和愛好者。 結語 數字電子技術是一個不斷發展和創新的領域。本書力求為您打開數字世界的大門,掌握其中精妙的運行機製。《數字電子技術基礎》(第三版)希望能成為您在數字技術學習道路上的忠實夥伴,陪伴您探索更廣闊的科技天地。我們衷心希望本書能夠幫助讀者構建堅實的數字電子技術基礎,為未來的學習和工作提供有力的支持。