现代数字电子技术基础实践 第2版

为了适应教育事业的发展及国家人才培养的需要，杭州电子科技大学电 工电子实验教学示范中心的全体教师在不断提升教学理念的同时，进行了卓有成效的教学改革。本书根据杭州电子科技大学的教学大纲与实践课程设置情况，结合编者多年的教学与科研经验，并参考诸多相关优秀教材编写而成。
本书内容十分丰富，由浅入深，逐步加大实验难度和增加复杂性。本书既有验证性实验，又有设计性和应用性综合实验；既有基础实验，又有提高实验；既有硬件电路实验，又有软件仿真实验。本书共分6章，具体安排如下。
第1章介绍数字集成电路的发展史、命名规则及使用规则，给出了数字电路中的常见故障及检测方法，说明了实验的基本要求。
第2章是本书的核心内容，包括11个基本实验，每个基本实验又分为基础实验部分和提高部分。基础实验部分给出了具体的实验方法及实验电路，侧重于使学生掌握课程的基本知识和基本实验技能。提高部分则要求学生根据提示自己拟定实验方案并设计实验电路，着重培养学生对中规模及大规模数字集成电路的设计能力。
第3章介绍电路仿真设计软件Multisim的基本使用方法，详细阐述了如何使用该仿真软件进行组合电路和时序电路的设计。
第4章基于现代数字电子技术，介绍组合电路的自动化设计、仿真及实现方法。本章包括数字系统自动化设计软件Quartus II的使用、组合逻辑宏模块的仿真及测试、组合电路的自动化设计、组合电路的硬件测试、基于远程实境实验平台的硬件测试等内容，并介绍了基于广义译码器模型设计一般组合逻辑电路的通用表述方法，从而给出了能简洁、高效地分析和设计任何类型组合电路的方法。
第5章基于现代数字电子技术，介绍时序电路的自动化设计、仿真及实现方法。本章包括基于74宏模块的计数器设计、基于一般模型的计数器设计、基于LPM的时序电路设计、按键消抖电路设计、存储器应用电路设计等实验，介绍了数字计数器的通用模型，给出了任意类型计数器设计的一般方法，能够为学生深入学习现代数字电子技术奠定良好的基础。
第6章也是本书的核心内容。在完成基本的数字电子技术学习和入门后，学生要迅速地学会应用基于现代数字电子设计技术的基本方法和基本理念，在学习与实践中培养数字系统设计的自主创新能力。本章介绍了多个综合性数字系统的设计思路和设计方法，并给出对应的实验要求，帮助学生提高数字系统设计的创新能力。本章注重现代数字技术基础知识、理论和方法的介绍，注重工程能力、分析能力和实践能力的培养，搭建了从基础知识学习向创新能力培养逐级递进的阶梯。大量有创意的实验项目训练，可以使学生在数字电子技术的基础理论、实践能力和创新精神三方面都有收获。
IV本书后为附录部分，汇编了常用仪器的使用说明、常用数字集成电路的引脚排列及逻辑符号、常用文字及图形符号说明、数字电子技术远程实境实验平台操作手册等内容，供学生在实验、课程设计和毕业设计时查阅。
与本书配套的远程实境实验平台的网址为www.remote-lab.com，数字电子技术远程实境实验平台配备了Cyclone 10（或Cyclone IV）FPGA核心板、流水灯、交通灯、AD/DA、LCD显示屏、VGA显示屏、电机、LED点阵等电路模块，并集成了双踪示波器、信号发生器、数字可调电源、视频监控等仪器设备。读者可通过电脑、Pad等终端设备，远程访问和操作远程实验室的硬件设备，随时随地通过实验界面实时获取实验数据，观察实验结果，异地场景在线完成实物实验。
本书由陈龙、牛小燕、马学条、杨柳编著。在本书撰写过程中，我们得到了杭州电子科技大学电工电子实验教学示范中心的老师们的关心与支持，在此表示衷心的感谢。
限于编者水平，书中难免有欠妥、疏漏和错误之处，恳请读者指正。

编者
2022年9月

本书是浙江省普通本科高校‘十四五’重点教材”，主要内容包括：数字电路实验基本知识、数字电路与逻辑设计基本实验、电路仿真设计软件Multisim在数字电路实验中的应用、数字电路与逻辑设计综合实验、数字电路的FPGA实现。本书注重现代数字技术基本知识、理论和方法的介绍，注重工程能力、分析能力和实践能力的培养，构建了一个从介绍基础知识向实践创新能力培养、逐级递进的学习和实践的阶梯。与本书配套的数字电子技术远程实境实验平台，消除了实践教学的时空约束，将创新实践活动从线下扩展到线上、从课内延伸到课外，帮助学生集约碎片化时间，支持学生随时随地开展线上实物实验，满足学生泛在化学习需求。

前言
第1章　实验基本知识1
　1.1　数字集成电路器件简介1
　　1.1.1　数字集成电路发展史1
　　1.1.2　数字集成电路分类1
　1.2　集成电路的命名规则7
　　1.2.1　我国集成电路的型号
命名方法7
　　1.2.2　国外部分公司及产品
代号8
　1.3　数字集成电路的使用规则8
　　1.3.1　CMOS电路的使用
规则8
　　1.3.2　TTL集成电路的使用
规则9
　1.4　数字电路中的常见故障及
检测10
　　1.4.1　数字电路中的常见
故障10
　　1.4.2　数字电路中的常见
故障检测11
　1.5　实验要求13
　　1.5.1　课前应做的准备工作13
　　1.5.2　实验注意事项13
　　1.5.3　实验报告的要求14
第2章　数字电路与逻辑设计
基本实验15
　2.1　TTL和CMOS集成门电路
参数测试15
　　2.1.1　实验目的15
　　2.1.2　实验仪器及器件15
　　2.1.3　实验原理15
　　2.1.4　实验内容18
　　2.1.5　思考题21
　2.2　TTL集电极开路门和三态门
逻辑功能测试及应用21
　　2.2.1　实验目的21
　　2.2.2　实验仪器与器件21
　　2.2.3　实验原理22
　　2.2.4　实验内容25
　　2.2.5　思考题26
　2.3　编码器和译码器的应用26
　　2.3.1　实验目的26
　　2.3.2　实验仪器与器件27
　　2.3.3　实验原理27
　　2.3.4　实验内容32
　　2.3.5　思考题33
　2.4　数据选择器的应用33
　　2.4.1　实验目的33
　　2.4.2　实验仪器与器件34
　　2.4.3　实验原理34
　　2.4.4　实验内容39
　　2.4.5　思考题41
　2.5　全加器的应用41
　　2.5.1　实验目的41
　　2.5.2　实验仪器与器件41
　　2.5.3　实验原理42
　　2.5.4　实验内容48
　　2.5.5　思考题50
　2.6　组合逻辑电路的设计50
　　2.6.1　实验目的50
　　2.6.2　实验仪器与器件51
　　2.6.3　实验原理51
　　2.6.4　实验内容55
　　2.6.5　思考题56
　2.7　触发器与计数器的应用56
　　2.7.1　实验目的56
　　2.7.2　实验仪器与器件56
　　2.7.3　实验原理57
　　2.7.4　实验内容64
　　2.7.5　思考题65
　2.8　移位寄存器的应用65
　　2.8.1　实验目的65
　　2.8.2　实验仪器与器件65
　　2.8.3　实验原理66
　　2.8.4　实验内容70
　　2.8.5　思考题72
　2.9　时序逻辑电路的设计72
　　2.9.1　实验目的72
　　2.9.2　实验仪器与器件72
　　2.9.3　实验原理72
　　2.9.4　实验内容76
　　2.9.5　思考题76
　2.10　A/D、D/A转换器的
应用77
　　2.10.1　实验目的77
　　2.10.2　实验仪器与器件77
　　2.10.3　实验原理77
　　2.10.4　实验内容80
　　2.10.5　思考题82
　2.11　脉冲波形的产生与整形83
　　2.11.1　实验目的83
　　2.11.2　实验仪器与器件83
　　2.11.3　实验原理83
　　2.11.4　实验内容88
　　2.11.5　思考题89
VIVII第3章　电路仿真设计软件
Multisim在数字电路
实验中的应用90
　3.1　Multisim 10简介90
　3.2　Multisim菜单栏90
　3.3　Multisim工具栏92
　　3.3.1　标准工具栏93
　　3.3.2　仿真工具栏93
　　3.3.3　主要工具栏94
　　3.3.4　视图工具栏94
　　3.3.5　虚拟（元器件）
工具栏95
　　3.3.6　元器件工具栏95
　　3.3.7　图表注释工具栏96
　　3.3.8　仪器工具栏97
　3.4　Multisim中常用仪器简介98
　　3.4.1　数字万用表98
　　3.4.2　函数信号发生器99
　　3.4.3　示波器99
　　3.4.4　逻辑转换仪100
　　3.4.5　逻辑分析仪100
　3.5　用Multisim分析和设计
数字逻辑电路101
　　3.5.1　用Multisim分析电路
举例101
　　3.5.2　用Multisim设计组合
电路104
　　3.5.3　用Multisim设计时序
电路107
第4章　组合电路的自动化设计、
仿真及实现109
　4.1　Quartus II简介109
　　4.1.1　Quartus II软件的
特点109
　　4.1.2　Quartus II软件的
开发流程110
　　4.1.3　Quartus II的用户
界面111
　　4.1.4　Quartus II的文件管理
体系112
　4.2　组合逻辑宏模块的仿真及
测试113
　　4.2.1　实验目的113
　　4.2.2　实验仪器与器件113
　　4.2.3　实验原理113
　　4.2.4　实验内容122
　　4.2.5　思考题123
　4.3　组合电路的自动化设计123
　　4.3.1　实验目的123
　　4.3.2　实验仪器与器件123
　　4.3.3　实验原理123
　　4.3.4　实验内容125
　　4.3.5　思考题127
　4.4　广义译码器的应用127
　　4.4.1　实验目的127
　　4.4.2　实验仪器与器件127
　　4.4.3　实验原理127
　　4.4.4　实验内容130
　　4.4.5　思考题132
　4.5　8位串行进位加法器的
设计132
　　4.5.1　实验目的132
　　4.5.2　实验仪器与器件132
　　4.5.3　实验原理133
　　4.5.4　实验内容136
　　4.5.5　思考题137
　4.6　组合电路的硬件测试138
　　4.6.1　实验目的138
　　4.6.2　实验仪器与器件138
　　4.6.3　实验原理138
　　4.6.4　实验内容144
　　4.6.5　思考题145
　4.7　基于远程实境实验平台的
硬件测试146
　　4.7.1　实验目的146
　　4.7.2　实验仪器与器件146
　　4.7.3　实验原理14

本书是浙江省普通本科高校‘十四五’重点教材”，主要内容包括：数字电路实验基本知识、数字电路与逻辑设计基本实验、电路仿真设计软件Multisim在数字电路实验中的应用、数字电路与逻辑设计综合实验、数字电路的FPGA实现。本书注重现代数字技术基本知识、理论和方法的介绍，注重工程能力、分析能力和实践能力的培养，构建了一个从介绍基础知识向实践创新能力培养、逐级递进的学习和实践的阶梯。与本书配套的数字电子技术远程实境实验平台，消除了实践教学的时空约束，将创新实践活动从线下扩展到线上、从课内延伸到课外，帮助学生集约碎片化时间，支持学生随时随地开展线上实物实验，满足学生泛在化学习需求。