数字电子技术基础

第4版前言

第3版前言

第2版前言

第1版前言

第1章数字电路基础1

引言1

1.1数字信号与数字电路 1

1.1.1模拟信号和数字信号 1

1.1.2数字技术的发展及其应用2

1.1.3数字集成电路的特点及其分类4

1.1.4数字电路的分析方法 7

1.2数制与编码 7

1.2.1常用的计数制及其相互转换规律 7

1.2.2二进制数的算术运算 8

1.2.3编码 11

1.3逻辑代数基础 12

1.3.1逻辑代数的3种基本运算 13

1.3.2逻辑代数的基本公式和常用公式 15

1.3.3逻辑代数的基本规则 17

1.4逻辑函数的建立及其表示方法 17

1.4.1根据实际问题建立逻辑函数17

1.4.2逻辑函数式的不同表达形式及实现方法18

1.4.3按照真值表写出逻辑函数式19

1.4.4根据波形图转换为真值表19

1.5逻辑函数的化简 20

1.5.1逻辑函数的最简形式 20

1.5.2逻辑函数的公式化简法 20

1.5.3用卡诺图化简逻辑函数 22

1.6具有无关项逻辑函数的化简 26

1.7数字电路中半导体器件的开关特性 27

1.7.1半导体二极管的开关特性 27

1.7.2双极型晶体管的开关特性30

1.7.3增强型绝缘栅场效应晶体管的开关特性 33

习题1 35

第2章集成逻辑门电路38

引言 38

2.1基本逻辑门电路 38

2.1.1二极管与门及或门电路 39

2.1.2非门电路（BJT反相器） 39

2.2CMOS逻辑门电路 40

2.2.1CMOS反相器 40

2.2.2常用的CMOS门电路 43

2.2.3CMOS传输门和双向模拟开关44

2.2.4CMOS漏极开路门及三态门 45

2.2.5CMOS三态门的应用47

2.2.6CMOS逻辑门的主要技术参数47

2.3TTL逻辑门电路50

2.3.1TTL与非门电路结构和工作原理50

2.3.2TTL或非门 53

2.3.3TTL系列门电路的技术参数54

2.3.4TTL集电极开路门和三态门57

*2.4射极耦合逻辑门电路（ECL门） 60

2.5BiCMOS门电路 63

2.5.1BiCMOS反相器 63

2.5.2其他的BiCMOS门电路 63

2.6逻辑门电路使用中的几个问题 64

2.6.1正负逻辑问题 64

2.6.2实际使用逻辑门的处理措施64

2.6.3逻辑门电路综合分析例66

习题2 68

第3章组合逻辑电路 74

引言 74

3.1组合逻辑电路概述 74

3.2组合逻辑电路的分析方法 75

3.2.1分析组合逻辑电路的大致步骤 75

3.2.2几种常用的集成组合逻辑电路75

3.3组合逻辑电路设计 81

3.3.1概述 81

3.3.2组合逻辑电路的设计方法 82

3.3.3组合逻辑电路硬接线设计方法总结 82

3.4用小规模集成电路（SSI）设计组合逻辑电路82

3.4.1设计组合逻辑电路的大致步骤 82

3.4.2组合逻辑电路设计举例 83

3.4.3编码器84

3.4.4译码器 87

3.4.5数值比较器 97

3.4.6多输出逻辑函数的共用项设计99

*3.5组合逻辑电路中的竞争-冒险 100

3.5.1产生竞争-冒险的原因 100

3.5.2消除竞争-冒险的方法 101

3.6用MSI芯片设计其他的组合逻辑电路 102

3.6.1用集成数据选择器实现其他组合逻辑功能 102

3.6.2用译码器实现多种组合逻辑功能 106

3.6.3用全加器实现多种组合逻辑功能 109

3.7组合逻辑电路综合应用例 112

习题3 115

第4章锁存器和触发器120

引言120

4.1概述 120

4.2基本SR锁存器120

4.2.1用与非门构成的基本SR锁存器 121

4.2.2用或非门构成的基本SR锁存器123

4.2.3集成基本SR锁存器123

4.3时钟触发器 125

4.3.1门控锁存器125

4.3.2主从触发器 128

4.3.3几种常用的边沿触发器 132

4.4T触发器和T′触发器 139

4.4.1T触发器 139

4.4.2T′触发器 140

4.5时钟触发器转换设计 140

4.5.1JK触发器转换为D、T、T′触发器140

4.5.2D触发器转换为JK、T、T′触发器141

4.6触发器应用举例 141

习题4 143

第5章时序逻辑电路149

引言149

5.1概述 149

5.2时序逻辑电路的分析方法 150

5.2.1分析时序逻辑电路的大致步骤 150

5.2.2寄存器和移位寄存器 151

5.2.3计数器 156

5.3时序逻辑电路设计 173

5.3.13种设计方法 173

5.3.2一般同步时序逻辑电路的设计方法 173

5.4MSI时序逻辑器件的应用 184

5.4.1MSI计数器芯片的应用 184

5.4.2MSI寄存器芯片的应用 191

习题5 193

第6章半导体存储器和可编程逻辑器件200

引言 200

6.1半导体存储器 200

6.1.1半导体存储器的特点 201

6.1.2半导体存储器的分类 201

6.1.3半导体存储器的主要技术指标 201

6.2随机存取存储器（RAM） 202

6.2.1RAM的结构 202

6.2.2RAM的存储单元204

6.2.3RAM的应用 206

6.3只读存储器（ROM） 209

6.3.1ROM的结构 209

6.3.2掩模式只读存储器（固定ROM） 209

6.3.3可编程只读存储器（PROM） 211

6.3.4可擦除可编程只读存储器（EPROM） 212

6.4存储器容量的扩展 216

6.5可编程逻辑器件（PLD） 219

6.5.1PLD概述 219

6.5.2可编程阵列逻辑（PAL） 222

6.5.3通用阵列逻辑（GAL） 225

6.5.4复杂可编程逻辑器件（CPLD） 230

6.5.5现场可编程门阵列（FPGA） 236

6.5.6在系统可编程逻辑器件（ISP-PLD）242

6.5.7FPGA和CPLD的比较245

6.5.8FPGA/CPLD的设计流程与开发工具246

习题6250

第7章数-模与模-数转换器253

引言 253

7.1D-A转换器 253

7.1.1D-A转换器及其主要参数 253

7.1.2权电流型D-A转换器 255

7.1.3倒T形电阻网络D-A转换器 255

7.1.4模拟电子开关 257

7.2A-D转换器 260

7.2.1A-D转换的一般工作过程 260

7.2.2并行比较型A-D转换器 262

7.2.3逐次逼近型A-D转换器 264

*7.2.4双积分式A-D转换器 266

7.2.5A-D转换器主要技术指标 269

*7.2.6集成A-D转换器及其应用270

习题7 273

第8章脉冲波形的产生与变换275

引言275

8.1实际的矩形波电压及其参数 275

8.2集成555定时器276

8.2.1集成555定时器简介 276

8.2.2集成定时器CC7555的内部逻辑电路 276

8.2.3CC7555的工作原理 277

8.3施密特触发器278

8.3.1用555定时器构成施密特触发器 278

8.3.2集成施密特触发器280

*8.3.3用TTL门组成施密特触发器282

8.4单稳态触发器283

8.4.1555定时器构成单稳态触发器284

8.4.2集成单稳态触发器286

*8.4.3用门电路组成的积分型单稳态触发器 287

8.5多谐振荡器289

8.5.1555定时器构成多谐振荡器290

8.5.2石英晶体振荡器 293

8.6脉冲信号产生与变换电路综合应用举例295

习题8 300

第9章数字电路虚拟实验与数字系统设计基础306

引言306

9.1Multisim14.0使用方法简介306

9.1.1数字电路模拟用虚拟仪表介绍307

9.1.2放置元件的方法311

9.1.3连线操作311

9.1.4基本数字电路分析与设计举例313

9.1.5基于Multisim的数字系统综合设计320

9.2数字系统设计基础330

9.2.1用EDA设计数字系统的一般流程330

9.2.2硬件描述语言Verilog HDL简介331

9.2.3Verilog HDL的基本元素331

9.2.4Verilog HDL的语法结构334

9.2.5Verilog HDL描述数字逻辑电路举例341

9.2.6用ModelSim软件仿真数字系统346

9.2.7基于Verilog HDL语言的数字系统综合设计350

习题9 358

附录 359

附录A美国标准信息交换码（ASCII） 359

附录B国内外常用逻辑符号对照表 359

附录CTTL和CMOS逻辑门电路主要技术参数 362

附录D二进制逻辑单元图形符号简介（GB/T 4728.12—2022）362

D.1二进制逻辑单元图形符号的组成 362

D.1.1方框362

D.1.2限定符号362

D.2逻辑状态及其约定 365

D.2.1内部逻辑状态和外部逻辑状态365

D.2.2逻辑状态和逻辑电平之间的关系365

附录E国产半导体集成电路型号命名法（GB 3430—1989） 366

E.1型号的组成 366

E.2示例 366

附录F常用ADC和DAC芯片简介 367

附录G电阻器型号、名称和标称系列 369

G.1电阻器型号名称对照 369

G.2电阻器（电位器）标称系列及其误差 369

部分习题答案370

参考文献374

本书是编者根据教育部高等学校电工电子基础课程教学指导委员会颁布的“数字电子技术基础”课程的教学基本要求，主动融合课程涉及相关领域的新知识和新概念,并结合编写团队教师的一线教学经验精雕细琢而成。全书共分9章，内容有：数字电路基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、锁存器和触发器、时序逻辑电路、半导体存储器和可编程逻辑器件、数-模与模-数转换器、脉冲波形的产生与变换、数字电路虚拟实验与数字系统设计基础等。

为了辅助课程学习，本书提供课堂教学视频。同时，本书的主要知识点都配备有精选的例题和习题，为学生课后复习、练习和总结提供必需的资料。书末还配备有学习“数字电子技术基础”课程所需的附录和部分习题答案。

本书思路流畅、层次分明、文字精练，可作为理工科高等院校电气、电子信息类专业和机电、测控类专业“数字电子技术基础”课程的教材，也可供从事电子信息技术和电气类专业的工程技术人员参考。