数字电子技术基础

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。

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

1. 注重对经典理论与核心内容的深度剖析，面向研究型高校本科生，物理概念清晰，易读易懂。
2. 针对重难点知识和应用实例，精心制作动画与视频，包括知识点讲解、原理演示、实验操作演示等，便于读者客观理解和掌握知识，建立科学问题的探究过程。
3. 新形态教材，配备教学大纲、PPT 课件、动画、视频资源等，可扫描书中二维码观看学习，便于翻转课堂和自主学习。
4. 附有丰富的习题，便于课下巩固学习，并配有“学习指导与习题解答”同步教材，重点突出，难点详解，帮助读者掌握数字电路及系统的分析与设计方法。
5. 与本书配套的线上开放课程已经在中国大学MOOC平台开课，可供开展线上线下混合式教学的教师参考，同时便于读者线上自主学习与交流。