- 科学出版社
- 9787030774798
- 4版
- 514318
- 46258909-4
- 2023-12
- 电子信息类、自动化类
- 本科
内容简介
作为本科数字电子技术的教科书，本书借鉴了目前国外知名高校同类教材的选材和教学理念，将传统的数字电子技术作为通向现代数字电子技术的桥梁，在总体上不减少传统和现代数字电子技术基本内容，且保证教学成效的前提下，最大限度地降低对前期基础知识的依赖，循序渐进地推出该课程所有必须讲授的内容，从而打破教学模式的局限，将目标定位于使学习者在数字电子技术的基础理论、实践能力和创新精神三方面有明显的进步。本书将引导学习者基于现代数字电子技术理论，在全新的软硬件平台上实践已学到的数字电子技术基础知识，有效提高面向现代数字电子技术的工程能力，以高起点适应相关后续课程的要求。书中还给出了大量自主创新设计实践项目。相比于同类型的传统教材，本书的特色突出表现在：将传统和现代的教学内容和教学方法有机融为一体；能毫无障碍地在低年级进行教学（如在本科第一学期）；强调并着力培养学生的自主创新能力。本书可作为本科或高职院校电子信息类、自动化类、计算机类、仪器类等专业的专业基础课教材，或作为相关专业技术人员的自学参考书。
目录
第1章 数制与编码1
1.1 模拟信号与数字信号1
1.1.1 模拟信号与数字信号的概念1
1.1.2 数字电路与模拟电路的区别1
1.1.3 数字电路的特点2
1.2 数字系统中的数制3
1.2.1 十进制数3
1.2.2 二进制数4
1.2.3 十六进制数5
1.2.4 八进制数6
1.3 不同数制间的转换6
1.3.1 十六进制数、二进制数与十进制数间的转换6
1.3.2 十进制数转换为二进制数、十六进制数7
1.3.3 二进制数与十六进制数、八进制数间的转换7
1.4 数字系统中数的表示方法和格式8
1.4.1 二-十进制编码8
1.4.2 带符号位的二进制码10
1.4.3 可靠性编码13
1.4.4 标准字符码15
1.4.5 条形码和二维码16
习题17
第2章 逻辑代数基础19
2.1 逻辑代数的基本运算19
2.1.1 逻辑代数的基本概念19
2.1.2 逻辑代数的3种基本逻辑运算20
2.1.3 复合逻辑运算21
2.2 逻辑代数的运算规则23
2.2.1 逻辑代数的基本公理23
2.2.2 逻辑代数的基本定律23
2.2.3 逻辑代数的基本规则24
2.2.4 若干常用公式25
2.3 逻辑函数表述方法27
2.3.1 逻辑函数的表示方法27
2.3.2 真值表与逻辑表达式的相互转换28
2.3.3 逻辑表达式的常用形式29
2.4 逻辑函数的标准形式29
2.4.1 最小项和最大项30
2.4.2 标准与或式——最小项表达式31
2.4.3 标准或与式——最大项表达式32
2.5 逻辑函数的化简方法32
2.5.1 代数化简法33
2.5.2 卡诺图化简法35
2.5.3 具有无关项的逻辑函数及其化简40
2.5.4 多输出函数的化简41
习题42
第3章 逻辑门电路45
3.1 概述45
3.2 分立元件逻辑门46
3.2.1 二极管与门、或门46
3.2.2 晶体管非门47
3.3 CMOS集成逻辑门47
3.3.1 增强型MOS管的工作原理47
3.3.2 CMOS逻辑门电路48
3.3.3 CMOS传输门及其构建的逻辑门50
3.4 TTL集成逻辑门51
3.4.1 TTL与非门的工作原理51
3.4.2 集电极开路门和漏极开路门53
3.4.3 三态门54
3.5 集成逻辑门相关概念56
3.5.1 集成逻辑门的性能参数56
3.5.2 TTL集成电路逻辑门及同类CMOS器件系列61
3.5.3 CMOS与TTL逻辑器件的封装62
3.5.4 TTL与CMOS集成电路的传统接口技术63
习题63
实验与设计65
第4章 组合逻辑电路的分析与设计67
4.1 组合逻辑电路手工分析67
4.1.1 组合逻辑电路的定义67
4.1.2 组合逻辑电路的手工分析步骤68
4.1.3 组合逻辑电路分析实例68
4.2 组合逻辑电路手工设计方法69
4.2.1 组合逻辑电路手工设计的一般步骤69
4.2.2 组合逻辑电路的设计示例69
4.3 编码器71
4.3.1 编码器的基本概念71
4.3.2 二进制普通编码器71
4.3.3 二进制优先编码器72
4.3.4 二-十进制优先编码器74
4.4 译码器74
4.4.1 译码器的基本概念74
4.4.2 二进制译码器75
4.4.3 用译码器实现逻辑函数75
4.4.4 二-十进制译码器77
4.4.5 显示译码器77
4.5 数据选择器与数据分配器81
4.5.1 数据选择器的基本概念81
4.5.2 集成数据选择器81
4.5.3 用数据选择器实现逻辑函数83
4.5.4 数据分配器84
4.6 加法器85
4.6.1 半加器85
4.6.2 全加器86
4.6.3 多位加法器86
4.7 数值比较器89
4.7.1 1位数值比较器89
4.7.2 集成数值比较器89
4.7.3 集成数值比较器的扩展90
4.8 广义译码器概念91
4.9 可编程逻辑器件的结构与原理92
4.9.1 PLD概述92
4.9.2 简单PLD的结构与工作原理93
4.10 组合逻辑电路的竞争与冒险96
4.10.1 冒险现象的判断97
4.10.2 冒险现象的解决方法98
习题98
实验与设计101
第5章 触发器及含触发器的PLD102
5.1 概述102
5.2 基本
S触发器103
5.2.1 基本
S触发器的电路结构和工作原理103
5.2.2 基本
S触发器的功能描述104
5.2.3 基本
S触发器的应用105
5.3 钟控触发器106
5.3.1 钟控
S触发器106
5.3.2 钟控D触发器（D锁存器）107
5.4 主从触发器109
5.4.1 主从
S触发器109
5.4.2 主从JK触发器110
5.5 边沿触发器111
5.5.1 边沿D触发器111
5.5.2 边沿JK触发器114
5.6 触发器间的转换116
5.6.1 D触发器转换为JK、T和T′触发器116
5.6.2 JK触发器转换为D、T和T′触发器117
5.7 含触发器的PLD的结构与原理117
5.7.1 通用可编程逻辑器件GAL118
5.7.2 复杂可编程逻辑器件CPLD120
5.7.3 现场可编程门阵列FPGA121
习题123
实验与设计125
第6章 组合逻辑电路时序分析与自动化设计128
6.1 传统数字技术存在的问题128
6.2 数字系统自动设计流程130
6.2.1 设计输入130
6.2.2 硬件描述语言131
6.2.3 综合131
6.2.4 适配131
6.2.5 仿真131
6.2.6 硬件测试132
6.3 原理图输入法逻辑电路设计132
6.3.1 原理图编辑输入方法132
6.3.2 创建工程134
6.3.3 功能分析137
6.3.4 编译前设置137
6.3.5 全程编译139
6.3.6 逻辑功能测试140
6.4 硬件测试143
6.4.1 引脚锁定143
6.4.2 对FPGA编程配置145
6.4.3 对FPGA配置器件编程146
6.5 用HDL表述广义译码器148
6.5.1 用HDL表述真值表与电路设计149
6.5.2 3人表决电路的HDL表述方式151
6.5.3 对真值表的其他HDL表述方式153
6.6 数字方法去抖动和延时电路设计155
6.6.1 数字去抖动电路设计155
6.6.2 数字延时电路的设计与测试158
实验与设计160
第7章 时序逻辑电路的分析与设计163
7.1 时序逻辑电路的特点与功能163
7.1.1 时序逻辑电路的结构163
7.1.2 时序逻辑电路的分类164
7.2 时序逻辑电路的人工分析方法164
7.2.1 同步时序逻辑电路分析165
7.2.2 异步时序逻辑电路的分析举例167
7.3 时序逻辑电路的人工设计方法169
7.3.1 时序逻辑电路的人工设计步骤169
7.3.2 设计举例170
7.4 计数器174
7.4.1 异步计数器设计175
7.4.2 同步计数器设计177
7.4.3 专用集成计数器应用179
7.5 寄存器185
7.5.1 并行寄存器185
7.5.2 移位寄存器186
习题194
实验与设计198
第8章 时序逻辑电路的自动化设计与分析200
8.1 用74系列宏模块设计数字电路200
8.1.1 用74390宏模块设计一个2位十进制计数器200
8.1.2 可预置型任意模计数器设计202
8.2 计数器通用设计模型204
8.2.1 时序逻辑电路设计方案考察204
8.2.2 计数器的一般结构模型205
8.2.3 普通二进制计数器设计讨论205
8.2.4
CD码计数器设计讨论206
8.2.5 模可控计数器设计讨论207
8.2.6 反馈清0法构成模12计数器设计讨论208
8.2.7 同步加载型计数器设计讨论209
8.2.8 异步加载型计数器设计讨论209
8.2.9 可逆计数器设计讨论210
8.3 从计数器的一般模型到状态机211
8.4 基于一般模型结构的计数器设计212
8.4.1 基于一般模型的十进制计数器设计212
8.4.2 含自启动电路的十进制计数器的设计214
8.4.3 异步控制型任意模计数器设计214
8.4.4 初值可预置型计数器设计215
8.5 基于IP核的计数器设计216
8.6 有限状态机的设计与应用219
8.6.1 计数器与状态机的对应关系219
8.6.2 步进电机控制电路设计220
8.6.3 键触点消抖动电路设计222
8.6.4 简易温控系统设计224
实验与设计226
第9章 半导体存储器及其应用228
9.1 存储器概述228
9.1.1 存储器分类228
9.1.2 半导体存储器性能指标229
9.2 只读存储器230
9.2.1
OM结构和工作原理230
9.2.2
OM的分类231
9.2.3 掩膜
OM231
9.2.4 可编程
OM232
9.3 随机存取存储器234
9.3.1
AM的分类234
9.3.2
AM的基本结构235
9.3.3 S
AM的工作原理235
9.3.4 D
AM工作原理237
9.3.5 存储器的扩展方法238
9.3.6 其他类型的存储器240
9.4 存储器应用电路设计241
9.4.1 利用LPM_
OM设计查表式乘法器241
9.4.2 多通道数字信号采集电路设计244
习题247
实验与设计248
第10章 D
A与A
D转换器及其应用250
10.1 概述250
10.2 D
A转换器251
10.2.1 D
A转换的工作原理251
10.2.2 权电阻网络型D
A转换器252
10.2.3 倒T型电阻网络D
A转换器253
10.2.4 D
A转换器主要技术指标254
10.2.5 常见D
A转换器芯片及其应用255
10.3 A
D转换器258
10.3.1 A
D工作原理258
10.3.2 A
D转换器工作原理260
10.3.3 A
D转换器主要技术指标262
10.3.4 常见A
D转换器芯片及其应用263
10.4 简易正弦信号发生器设计266
10.4.1 工作原理266
10.4.2 定制初始化波形数据文件267
10.4.3 定制LPM
OM元件268
10.4.4 完成顶层设计269
10.5 A
D采样控制电路设计269
10.5.1 控制原理270
10.5.2 ADC采样控制电路设计271
10.5.3 广义译码器设计272
10.5.4 时序仿真与时序分析272
10.5.5 硬件实现与硬件实测273
习题273
实验与设计274
第11章 脉冲电路及其分析276
11.1 多谐振荡器276
11.1.1 环形多谐振荡器276
11.1.2 非对称型多谐振荡器277
11.1.3 对称型多谐振荡器278
11.1.4 石英晶体振荡电路278
11.2 单稳态触发器279
11.2.1 积分型单稳态触发器279
11.2.2 微分型单稳态触发器280
11.2.3 集成单稳态触发器281
11.3 施密特触发器282
11.3.1 施密特触发器概述282
11.3.2 集成施密特触发器及其应用283
11.3.3 用施密特触发器构成多谐振荡器284
11.4 555定时器284
11.4.1 555的内部结构和工作原理284
11.4.2 用555构成施密特触发器286
11.4.3 用555构成单稳态触发器286
11.4.4 用555构成多谐振荡器287
习题288
第12章 实用数字系统综合设计实践289
12.1 6位十进制数字频率计设计289
12.2 简易电子琴模型设计293
12.3 乐曲自动演奏电路设计297
12.4 直流电机测控电路设计299
12.5 DDS信号发生器设计301
12.6 数字移相信号发生器设计306
12.7 简易数字存储示波器设计307
12.8 基于状态机的实用数字系统设计309
参考文献311
附录 数字技术实验系统及基本要求312
F.1 基本实验内容、方式和类型312
F.2 数字电路实验板基本结构与功能313
F.3 mif文件生成器使用方法315
1.1 模拟信号与数字信号1
1.1.1 模拟信号与数字信号的概念1
1.1.2 数字电路与模拟电路的区别1
1.1.3 数字电路的特点2
1.2 数字系统中的数制3
1.2.1 十进制数3
1.2.2 二进制数4
1.2.3 十六进制数5
1.2.4 八进制数6
1.3 不同数制间的转换6
1.3.1 十六进制数、二进制数与十进制数间的转换6
1.3.2 十进制数转换为二进制数、十六进制数7
1.3.3 二进制数与十六进制数、八进制数间的转换7
1.4 数字系统中数的表示方法和格式8
1.4.1 二-十进制编码8
1.4.2 带符号位的二进制码10
1.4.3 可靠性编码13
1.4.4 标准字符码15
1.4.5 条形码和二维码16
习题17
第2章 逻辑代数基础19
2.1 逻辑代数的基本运算19
2.1.1 逻辑代数的基本概念19
2.1.2 逻辑代数的3种基本逻辑运算20
2.1.3 复合逻辑运算21
2.2 逻辑代数的运算规则23
2.2.1 逻辑代数的基本公理23
2.2.2 逻辑代数的基本定律23
2.2.3 逻辑代数的基本规则24
2.2.4 若干常用公式25
2.3 逻辑函数表述方法27
2.3.1 逻辑函数的表示方法27
2.3.2 真值表与逻辑表达式的相互转换28
2.3.3 逻辑表达式的常用形式29
2.4 逻辑函数的标准形式29
2.4.1 最小项和最大项30
2.4.2 标准与或式——最小项表达式31
2.4.3 标准或与式——最大项表达式32
2.5 逻辑函数的化简方法32
2.5.1 代数化简法33
2.5.2 卡诺图化简法35
2.5.3 具有无关项的逻辑函数及其化简40
2.5.4 多输出函数的化简41
习题42
第3章 逻辑门电路45
3.1 概述45
3.2 分立元件逻辑门46
3.2.1 二极管与门、或门46
3.2.2 晶体管非门47
3.3 CMOS集成逻辑门47
3.3.1 增强型MOS管的工作原理47
3.3.2 CMOS逻辑门电路48
3.3.3 CMOS传输门及其构建的逻辑门50
3.4 TTL集成逻辑门51
3.4.1 TTL与非门的工作原理51
3.4.2 集电极开路门和漏极开路门53
3.4.3 三态门54
3.5 集成逻辑门相关概念56
3.5.1 集成逻辑门的性能参数56
3.5.2 TTL集成电路逻辑门及同类CMOS器件系列61
3.5.3 CMOS与TTL逻辑器件的封装62
3.5.4 TTL与CMOS集成电路的传统接口技术63
习题63
实验与设计65
第4章 组合逻辑电路的分析与设计67
4.1 组合逻辑电路手工分析67
4.1.1 组合逻辑电路的定义67
4.1.2 组合逻辑电路的手工分析步骤68
4.1.3 组合逻辑电路分析实例68
4.2 组合逻辑电路手工设计方法69
4.2.1 组合逻辑电路手工设计的一般步骤69
4.2.2 组合逻辑电路的设计示例69
4.3 编码器71
4.3.1 编码器的基本概念71
4.3.2 二进制普通编码器71
4.3.3 二进制优先编码器72
4.3.4 二-十进制优先编码器74
4.4 译码器74
4.4.1 译码器的基本概念74
4.4.2 二进制译码器75
4.4.3 用译码器实现逻辑函数75
4.4.4 二-十进制译码器77
4.4.5 显示译码器77
4.5 数据选择器与数据分配器81
4.5.1 数据选择器的基本概念81
4.5.2 集成数据选择器81
4.5.3 用数据选择器实现逻辑函数83
4.5.4 数据分配器84
4.6 加法器85
4.6.1 半加器85
4.6.2 全加器86
4.6.3 多位加法器86
4.7 数值比较器89
4.7.1 1位数值比较器89
4.7.2 集成数值比较器89
4.7.3 集成数值比较器的扩展90
4.8 广义译码器概念91
4.9 可编程逻辑器件的结构与原理92
4.9.1 PLD概述92
4.9.2 简单PLD的结构与工作原理93
4.10 组合逻辑电路的竞争与冒险96
4.10.1 冒险现象的判断97
4.10.2 冒险现象的解决方法98
习题98
实验与设计101
第5章 触发器及含触发器的PLD102
5.1 概述102
5.2 基本
S触发器103
5.2.1 基本
S触发器的电路结构和工作原理103
5.2.2 基本
S触发器的功能描述104
5.2.3 基本
S触发器的应用105
5.3 钟控触发器106
5.3.1 钟控
S触发器106
5.3.2 钟控D触发器（D锁存器）107
5.4 主从触发器109
5.4.1 主从
S触发器109
5.4.2 主从JK触发器110
5.5 边沿触发器111
5.5.1 边沿D触发器111
5.5.2 边沿JK触发器114
5.6 触发器间的转换116
5.6.1 D触发器转换为JK、T和T′触发器116
5.6.2 JK触发器转换为D、T和T′触发器117
5.7 含触发器的PLD的结构与原理117
5.7.1 通用可编程逻辑器件GAL118
5.7.2 复杂可编程逻辑器件CPLD120
5.7.3 现场可编程门阵列FPGA121
习题123
实验与设计125
第6章 组合逻辑电路时序分析与自动化设计128
6.1 传统数字技术存在的问题128
6.2 数字系统自动设计流程130
6.2.1 设计输入130
6.2.2 硬件描述语言131
6.2.3 综合131
6.2.4 适配131
6.2.5 仿真131
6.2.6 硬件测试132
6.3 原理图输入法逻辑电路设计132
6.3.1 原理图编辑输入方法132
6.3.2 创建工程134
6.3.3 功能分析137
6.3.4 编译前设置137
6.3.5 全程编译139
6.3.6 逻辑功能测试140
6.4 硬件测试143
6.4.1 引脚锁定143
6.4.2 对FPGA编程配置145
6.4.3 对FPGA配置器件编程146
6.5 用HDL表述广义译码器148
6.5.1 用HDL表述真值表与电路设计149
6.5.2 3人表决电路的HDL表述方式151
6.5.3 对真值表的其他HDL表述方式153
6.6 数字方法去抖动和延时电路设计155
6.6.1 数字去抖动电路设计155
6.6.2 数字延时电路的设计与测试158
实验与设计160
第7章 时序逻辑电路的分析与设计163
7.1 时序逻辑电路的特点与功能163
7.1.1 时序逻辑电路的结构163
7.1.2 时序逻辑电路的分类164
7.2 时序逻辑电路的人工分析方法164
7.2.1 同步时序逻辑电路分析165
7.2.2 异步时序逻辑电路的分析举例167
7.3 时序逻辑电路的人工设计方法169
7.3.1 时序逻辑电路的人工设计步骤169
7.3.2 设计举例170
7.4 计数器174
7.4.1 异步计数器设计175
7.4.2 同步计数器设计177
7.4.3 专用集成计数器应用179
7.5 寄存器185
7.5.1 并行寄存器185
7.5.2 移位寄存器186
习题194
实验与设计198
第8章 时序逻辑电路的自动化设计与分析200
8.1 用74系列宏模块设计数字电路200
8.1.1 用74390宏模块设计一个2位十进制计数器200
8.1.2 可预置型任意模计数器设计202
8.2 计数器通用设计模型204
8.2.1 时序逻辑电路设计方案考察204
8.2.2 计数器的一般结构模型205
8.2.3 普通二进制计数器设计讨论205
8.2.4
CD码计数器设计讨论206
8.2.5 模可控计数器设计讨论207
8.2.6 反馈清0法构成模12计数器设计讨论208
8.2.7 同步加载型计数器设计讨论209
8.2.8 异步加载型计数器设计讨论209
8.2.9 可逆计数器设计讨论210
8.3 从计数器的一般模型到状态机211
8.4 基于一般模型结构的计数器设计212
8.4.1 基于一般模型的十进制计数器设计212
8.4.2 含自启动电路的十进制计数器的设计214
8.4.3 异步控制型任意模计数器设计214
8.4.4 初值可预置型计数器设计215
8.5 基于IP核的计数器设计216
8.6 有限状态机的设计与应用219
8.6.1 计数器与状态机的对应关系219
8.6.2 步进电机控制电路设计220
8.6.3 键触点消抖动电路设计222
8.6.4 简易温控系统设计224
实验与设计226
第9章 半导体存储器及其应用228
9.1 存储器概述228
9.1.1 存储器分类228
9.1.2 半导体存储器性能指标229
9.2 只读存储器230
9.2.1
OM结构和工作原理230
9.2.2
OM的分类231
9.2.3 掩膜
OM231
9.2.4 可编程
OM232
9.3 随机存取存储器234
9.3.1
AM的分类234
9.3.2
AM的基本结构235
9.3.3 S
AM的工作原理235
9.3.4 D
AM工作原理237
9.3.5 存储器的扩展方法238
9.3.6 其他类型的存储器240
9.4 存储器应用电路设计241
9.4.1 利用LPM_
OM设计查表式乘法器241
9.4.2 多通道数字信号采集电路设计244
习题247
实验与设计248
第10章 D
A与A
D转换器及其应用250
10.1 概述250
10.2 D
A转换器251
10.2.1 D
A转换的工作原理251
10.2.2 权电阻网络型D
A转换器252
10.2.3 倒T型电阻网络D
A转换器253
10.2.4 D
A转换器主要技术指标254
10.2.5 常见D
A转换器芯片及其应用255
10.3 A
D转换器258
10.3.1 A
D工作原理258
10.3.2 A
D转换器工作原理260
10.3.3 A
D转换器主要技术指标262
10.3.4 常见A
D转换器芯片及其应用263
10.4 简易正弦信号发生器设计266
10.4.1 工作原理266
10.4.2 定制初始化波形数据文件267
10.4.3 定制LPM
OM元件268
10.4.4 完成顶层设计269
10.5 A
D采样控制电路设计269
10.5.1 控制原理270
10.5.2 ADC采样控制电路设计271
10.5.3 广义译码器设计272
10.5.4 时序仿真与时序分析272
10.5.5 硬件实现与硬件实测273
习题273
实验与设计274
第11章 脉冲电路及其分析276
11.1 多谐振荡器276
11.1.1 环形多谐振荡器276
11.1.2 非对称型多谐振荡器277
11.1.3 对称型多谐振荡器278
11.1.4 石英晶体振荡电路278
11.2 单稳态触发器279
11.2.1 积分型单稳态触发器279
11.2.2 微分型单稳态触发器280
11.2.3 集成单稳态触发器281
11.3 施密特触发器282
11.3.1 施密特触发器概述282
11.3.2 集成施密特触发器及其应用283
11.3.3 用施密特触发器构成多谐振荡器284
11.4 555定时器284
11.4.1 555的内部结构和工作原理284
11.4.2 用555构成施密特触发器286
11.4.3 用555构成单稳态触发器286
11.4.4 用555构成多谐振荡器287
习题288
第12章 实用数字系统综合设计实践289
12.1 6位十进制数字频率计设计289
12.2 简易电子琴模型设计293
12.3 乐曲自动演奏电路设计297
12.4 直流电机测控电路设计299
12.5 DDS信号发生器设计301
12.6 数字移相信号发生器设计306
12.7 简易数字存储示波器设计307
12.8 基于状态机的实用数字系统设计309
参考文献311
附录 数字技术实验系统及基本要求312
F.1 基本实验内容、方式和类型312
F.2 数字电路实验板基本结构与功能313
F.3 mif文件生成器使用方法315
