数字电子技术基础

第4版 前言
山东大学控制科学与工程学院的电子学教研室成立于20世纪80年代，经过几代人的传承与革新，形成了深厚的文化积淀和昂然正气。伴随着学校与学院的发展，电子技术教学团队始终深耕教学，追求卓越，在一流课程建设、精品教材编写、教改课题研究、教学方法实践等方面取得了诸多成果和荣誉。本书是教学团队长期积累的教学成果的凝练。
本书依据高等学校电工电子基础课程教学指导委员会修订的“数字电子技术基础”课程教学基本要求，在团队前任带头人范爱平、周常森编著《数字电子技术基础》的基础上，融合先进教学模式，吸收教学成果，提炼概念与方法，斟酌内容与过程，并根据当前信息化教学新态势和近几年团队教学创新举措，制作了动画、视频等形式多样的配套网络教学资源，从而形成新形态教材。本书具有以下特点： 
首先，本书遵循知识和技术形成过程，体系结构趋于完整，并经过多年教学实践检验。在内容安排上力求做到由浅入深，层层铺垫，循序渐进，有序展开。每章内容自成一体又紧密联系，后以附录形式增加了数字电路常用逻辑符号和常用数字集成电路型号索引等内容，形成完备、系统、科学的体系结构，实用性更强。
其次，本书采用知识点模块化编写思路，坚持“剖析经典，突出重点，循序渐进，学以致用”的原则，从理论基础到应用举例，从分立元器件到集成电路，从简单电路到复杂大规模电路，逐步揭示数字电子技术核心知识点，并遵循技术发展规律，体现了技术进步的历史节点，具有更强的可读性与可教性。
后，在本书编写工作的同时，编者团队还重新制作相应的教学课件，针对重、难点设计和制作动画、视频资源，在中国大学MOOC平台建设线上课程，积极实践线上线下混合式教学模式，不断提升数字化教学水平和教学效果。学生可以结合本书的线上资源及配套的《数字电子技术基础学习指导与习题解答》自行深入学习。
本书作为高等学校自动化类、电气类、电子信息类、计算机类、仪器仪表类、机电工程类等各专业的教科书，适用理论授课学时为48～64学时，教师在讲授时，可以根据各专业的培养需求，对书中内容进行适当取舍。本书及相关资源适用于线上线下混合式教学模式，建议线下授课不低于32学时，线上学习不低于16学时。
本书共10章，由山东大学臧利林组织编写并担任主编，负责全书的策划和统稿，编写了第1～4、7～10章，徐向华编写了第5、6章。姚福安对全书内容进行了仔细推敲和认真审阅，并提出了宝贵的修改意见。
在本书的编写过程中，编者参阅了大量的著作、期刊、动画、视频等资料，在此谨向这些文献的作者致以诚挚的谢意。教材编写、出版获得了山东大学本科生院、控制科学与工程学院和清华大学出版社的大力支持和帮助，在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平所限，书中难免存在纰漏和不当之处，敬请广大读者批评指正，请发信至Email： tupwenyi@163.com。
团队前任带头人范爱平、周常森为课程建设付出了艰辛努力和心血，本书部分内容延续了系列教材的风格，保留了精华，在此向她们表示崇高的敬意和特别的感谢。范爱平老师在本书编写前已逝世，在此向她表示由衷的深切怀念之情。
编者
2022年5月于山东大学

教学大纲 课件

本书借鉴先进教学经验，吸收**教学成果，优化课程内容结构，注重实用性，并结合信息化教学新模式、新形态编著而成。本书主要讲述数字电子技术理论及其应用，深度剖析原理和方法，并提供了教学大纲、PPT课件、大量动画、视频以及扩展文献作为配套教学资源，方便教师开展线上线下混合式教学。 本书共分10章，内容主要包括数字电路基础、逻辑代数、逻辑门电路、组合逻辑电路、记忆单元电路、时序逻辑电路、脉冲单元电路、半导体存储器、数模与模数转换电路、可编程逻辑器件。本书深入浅出，逻辑严谨，章节自成体系又联系紧密，系统性强。本书要点论述透彻，便于自学，读者可结合本书的配套学习指南与习题解答进行全面、深入的学习。 本书可作为高等学校自动化类、电气自动化类、电子信息类、计算机类、仪器仪表类、机电工程类等专业的教材，也可供其他相关理工科专业选用，还可供有需要的工程技术人员和一般读者阅读。

本书借鉴先进教学经验，吸收**教学成果，优化课程内容结构，注重实用性，并结合信息化教学新模式、新形态编著而成。本书主要讲述数字电子技术理论及其应用，深度剖析原理和方法，并提供了教学大纲、PPT课件、大量动画、视频以及扩展文献作为配套教学资源，方便教师开展线上线下混合式教学。 本书共分10章，内容主要包括数字电路基础、逻辑代数、逻辑门电路、组合逻辑电路、记忆单元电路、时序逻辑电路、脉冲单元电路、半导体存储器、数模与模数转换电路、可编程逻辑器件。本书深入浅出，逻辑严谨，章节自成体系又联系紧密，系统性强。本书要点论述透彻，便于自学，读者可结合本书的配套学习指南与习题解答进行全面、深入的学习。 本书可作为高等学校自动化类、电气自动化类、电子信息类、计算机类、仪器仪表类、机电工程类等专业的教材，也可供其他相关理工科专业选用，还可供有需要的工程技术人员和一般读者阅读。

臧利林，工学博士、副教授，长期承担山东大学“数字电子技术基础”“模拟电子技术基础”等课程教学工作，负责全国大学生电子设计竞赛。近5年获山东省教学创新大赛二等奖、全国大学生电子设计竞赛山东赛区优秀指导教师、山东大学教学创新大赛一等奖、山东大学智能制造与智能交通创新创业大赛优秀指导教师、山东大学青年教师讲课比赛三等奖等；主持省级教研项目、校级教研项目多项，发表混合式教学、任务驱动式方法等教研论文3篇；完成课程线上教学资源建设，承担山东省首批线下一流课程建设。
徐向华，长期从事“模拟电子技术基础”“数字电子技术基础”等本科课堂教学与实验教学。在“电子技术基础”的教学、实验教学及创新教育教学方面进行深入研究，参与省级教学及实验研究课题多项，获山东省优秀教学成果一等奖、山东省优秀实验教学成果一等奖、山东省优秀教学成果三等奖等。发表教学论文10余篇。
姚福安，山东大学教授。曾任2013-2017年电工电子基础课教指委委员。长期从事“数字电子技术基础”“模拟电子技术基础”等课程的教学及实验教学工作，长期担任全国大学生电子设计竞赛的辅导及组织工作。全面参加山东大学电工电子实验教学中心的组建及建设工作。出版教材3部，发表教学研究论文10余篇。承担山东省高等教学研究课题、山东大学教学及实验教学研究课题多项。

第1章数字电路基础

1.1数字电路的基本概念

1.1.1模拟信号和数字信号

1.1.2数字信号的表示方法

1.1.3数字电路

1.2数制

1.2.1几种常用的数制

1.2.2不同数制之间的相互转换

1.3二进制算术运算

1.3.1二进制数的四则运算

1.3.2原码、反码、补码及其运算

1.4编码

小结

习题

第2章逻辑代数

2.1逻辑运算

2.1.1基本逻辑运算

2.1.2复合逻辑运算

2.2逻辑代数的基本公理、基本公式与基本规则

2.2.1逻辑代数的基本公理

2.2.2逻辑代数的基本公式

2.2.3逻辑代数的基本规则

2.3逻辑函数

2.3.1逻辑函数的建立

2.3.2逻辑函数的表示方法

2.3.3逻辑函数的标准形式

2.4逻辑函数的代数化简法

2.5逻辑函数的卡诺图化简法

2.5.1与或表达式的卡诺图表示方法

2.5.2与或表达式的卡诺图化简

2.5.3或与表达式的卡诺图化简

2.5.4具有无关项的逻辑函数化简

小结

习题

第3章逻辑门电路

3.1概述

3.2二极管的开关特性及二极管门电路

3.2.1二极管的开关特性

3.2.2二极管门电路

3.3三极管的开关特性及三极管门电路

3.3.1三极管的开关特性

3.3.2三极管非门电路

3.3.3二极管和三极管组成的与非门电路

3.4TTL逻辑门电路

3.4.1TTL与非门的基本结构及工作原理

3.4.2TTL与非门的电压传输特性

3.4.3TTL与非门的静态输入和输出特性

3.4.4TTL与非门的动态特性

3.4.5其他类型的TTL门电路

3.4.6TTL集成逻辑门电路系列简介

3.5MOS逻辑门电路

3.5.1MOS管的开关特性

3.5.2NMOS门电路

3.5.3CMOS非门

3.5.4其他类型的CMOS门电路

3.5.5CMOS集成逻辑门电路系列简介

3.6集成逻辑门电路的应用

3.6.1TTL与CMOS集成逻辑门性能比较

3.6.2TTL与CMOS器件之间的接口问题

3.6.3门电路带负载时的接口问题

3.6.4多余输入端的处理

3.7两种有效电平及两种逻辑符号

3.7.1两种有效电平

3.7.2两种逻辑符号

3.7.3逻辑符号的变换

小结

习题

第4章组合逻辑电路

4.1组合逻辑电路的分析方法与设计方法

4.1.1组合逻辑电路概述

4.1.2组合逻辑电路的分析方法

4.1.3组合逻辑电路的设计方法

4.2编码器

4.2.1编码器的基本概念及工作原理

4.2.2二进制编码器

4.2.3优先编码器

4.2.4编码器的应用

4.3译码器

4.3.1译码器的基本概念及工作原理

4.3.2集成译码器

4.3.3译码器的应用

4.3.4数字显示译码器

4.4数据选择器

4.4.1数据选择器的基本概念及工作原理

4.4.2集成数据选择器

4.4.3数据选择器的应用

4.5数值比较器

4.5.1数值比较器的基本概念及工作原理

4.5.2集成数值比较器及其应用

4.6加法器

4.6.1加法器的基本概念及工作原理

4.6.2集成加法器

4.7组合逻辑电路中的竞争冒险

4.7.1竞争冒险产生的原因

4.7.2冒险现象的识别

4.7.3冒险现象的消除方法

小结

习题

第5章记忆单元电路

5.1概述

5.2锁存器

5.2.1与非门组成的RS锁存器

5.2.2用或非门组成的基本RS锁存器

5.2.3门控RS锁存器

5.2.4门控D锁存器

5.3触发器

5.3.1时钟信号与触发器

5.3.2主从RS触发器

5.3.3主从JK触发器及T与T′触发器

5.3.4维持阻塞边沿D触发器

5.3.5利用传输延迟的边沿JK触发器

5.3.6CMOS主从结构的边沿触发器

5.4集成锁存器与集成触发器

5.4.1集成锁存器与集成触发器举例

5.4.2触发器功能的转换

5.4.3触发器动态特性

5.4.4锁存器与触发器应用举例

小结

习题

第6章时序逻辑电路

6.1时序逻辑电路的基本概念

6.2时序逻辑电路的一般分析方法

6.2.1时序逻辑电路分析的一般步骤

6.2.2同步时序逻辑电路的分析举例

6.2.3异步时序逻辑电路的分析举例

6.3计数器

6.3.1二进制计数器

6.3.2十进制计数器

6.3.3集成计数器举例

6.3.4集成计数器的应用

6.4寄存器

6.4.1并行数据寄存器

6.4.2移位寄存器

6.4.3移位寄存器构成的移位型计数器

6.5时序逻辑电路的设计方法

6.5.1同步时序逻辑电路的设计方法

6.5.2异步时序逻辑电路的设计方法

小结

习题

第7章脉冲单元电路

7.1脉冲信号与脉冲电路

7.2集成555定时器

7.3施密特触发器

7.3.1用555定时器构成的施密特触发器

7.3.2集成施密特触发器

7.3.3施密特触发器的应用

7.4多谐振荡器

7.4.1用555定时器构成的多谐振荡器

7.4.2占空比可调的多谐振荡器电路

7.4.3石英晶体振荡器

7.4.4多谐振荡器的应用 

7.5单稳态触发器

7.5.1用555定时器构成的单稳态触发器

7.5.2集成单稳态触发器

7.5.3单稳态触发器的应用

小结

习题

第8章半导体存储器

8.1什么是半导体存储器

8.2只读存储器

8.2.1固定ROM

8.2.2可编程ROM

8.2.3光擦除可编程ROM

8.2.4电擦除可编程ROM 

8.2.5快闪存储器

8.2.6用ROM产生逻辑函数

8.3随机存取存储器

8.3.1RAM的基本结构

8.3.2静态RAM

8.3.3动态RAM

8.3.4存储器的容量扩展

小结

习题

第9章数模与模数转换电路

9.1概述

9.2D/A转换器

9.2.1D/A转换器的基本原理

9.2.2R/2R倒T形电阻网络D/A转换器

9.2.3权电流型D/A转换器

9.2.4D/A转换器的主要技术指标

9.2.5集成 D/A转换器及其应用

9.3A/D转换器

9.3.1A/D转换的一般步骤

9.3.2并行比较型A/D转换器

9.3.3逐次比较型A/D转换器

9.3.4双积分型A/D转换器

9.3.5A/D转换器的主要技术指标

9.3.6集成A/D转换器及其应用

小结

习题

第10章可编程逻辑器件

10.1PLD的基本概念

10.1.1PLD的由来

10.1.2PLD的结构与分类

10.1.3PLD的电路表示方法

10.2低密度PLD

10.2.1可编程逻辑阵列PLA

10.2.2可编程阵列逻辑PAL

10.2.3通用阵列逻辑GAL

10.3高密度PLD

10.3.1复杂可编程逻辑器件CPLD

10.3.2现场可编程门阵列FPGA

10.4硬件描述语言Verilog HDL

10.4.1概述

10.4.2Verilog模块结构

10.4.3Verilog HDL语法

10.4.4Verilog HDL描述逻辑电路实例

10.5基于可编程逻辑器件的数字系统设计流程

小结

习题

附录A常用逻辑符号对照表

附录B常用数字集成电路型号索引

参考文献

本书借鉴先进教学经验，吸收**教学成果，优化课程内容结构，注重实用性，并结合信息化教学新模式、新形态编著而成。本书主要讲述数字电子技术理论及其应用，深度剖析原理和方法，并提供了教学大纲、PPT课件、大量动画、视频以及扩展文献作为配套教学资源，方便教师开展线上线下混合式教学。 本书共分10章，内容主要包括数字电路基础、逻辑代数、逻辑门电路、组合逻辑电路、记忆单元电路、时序逻辑电路、脉冲单元电路、半导体存储器、数模与模数转换电路、可编程逻辑器件。本书深入浅出，逻辑严谨，章节自成体系又联系紧密，系统性强。本书要点论述透彻，便于自学，读者可结合本书的配套学习指南与习题解答进行全面、深入的学习。 本书可作为高等学校自动化类、电气自动化类、电子信息类、计算机类、仪器仪表类、机电工程类等专业的教材，也可供其他相关理工科专业选用，还可供有需要的工程技术人员和一般读者阅读。

臧利林，工学博士、副教授，长期承担山东大学“数字电子技术基础”“模拟电子技术基础”等课程教学工作，负责全国大学生电子设计竞赛。近5年获山东省教学创新大赛二等奖、全国大学生电子设计竞赛山东赛区优秀指导教师、山东大学教学创新大赛一等奖、山东大学智能制造与智能交通创新创业大赛优秀指导教师、山东大学青年教师讲课比赛三等奖等；主持省级教研项目、校级教研项目多项，发表混合式教学、任务驱动式方法等教研论文3篇；完成课程线上教学资源建设，承担山东省首批线下一流课程建设。
徐向华，长期从事“模拟电子技术基础”“数字电子技术基础”等本科课堂教学与实验教学。在“电子技术基础”的教学、实验教学及创新教育教学方面进行深入研究，参与省级教学及实验研究课题多项，获山东省优秀教学成果一等奖、山东省优秀实验教学成果一等奖、山东省优秀教学成果三等奖等。发表教学论文10余篇。
姚福安，山东大学教授。曾任2013-2017年电工电子基础课教指委委员。长期从事“数字电子技术基础”“模拟电子技术基础”等课程的教学及实验教学工作，长期担任全国大学生电子设计竞赛的辅导及组织工作。全面参加山东大学电工电子实验教学中心的组建及建设工作。出版教材3部，发表教学研究论文10余篇。承担山东省高等教学研究课题、山东大学教学及实验教学研究课题多项。