本書內(nèi)容包括：數(shù)字電子技術(shù)概論，邏輯門電路，組合邏輯電路，鎖存器和觸發(fā)器，時(shí)序邏輯電路，脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路，半導(dǎo)體存儲器，數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可編程邏輯器件，共9章。每章均有思考題和習(xí)題，其中，大多數(shù)章的后面帶有※號的一節(jié)為Proteus電路仿真例題，書后附錄A介紹了計(jì)算機(jī)電路仿真軟件Proteus。本書從工程應(yīng)用出發(fā)，突出數(shù)字電子技術(shù)的新穎性和實(shí)用性，并為任課教師免費(fèi)提供電子課件。
歐偉明，教授，博士，畢業(yè)于中南大學(xué)，現(xiàn)在湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院信息工程系任教， 獨(dú)著《基于MCU、FPGA、RTOS的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與實(shí)例》，2007年7月； 主編《電子信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，2005年9月，《實(shí)用模擬電子技術(shù)》，2001年2月。
第1章 數(shù)字電子技術(shù)概論 1
1.1 數(shù)字電路的基本概念 1
1.1.1 模擬信號與數(shù)字信號 1
1.1.2 數(shù)字信號的主要參數(shù) 2
1.1.3 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 2
1.1.4 數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn) 4
1.2 數(shù)制 5
1.2.1 十進(jìn)制 5
1.2.2 二進(jìn)制 6
1.2.3 十六進(jìn)制 7
1.2.4 數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換 7
1.2.5 帶符號數(shù)的表示方法 9
1.3 編碼 11
1.3.1 二?十進(jìn)制編碼 11
1.3.2 格雷碼 12 第1章 數(shù)字電子技術(shù)概論 1
1.1 數(shù)字電路的基本概念 1
1.1.1 模擬信號與數(shù)字信號 1
1.1.2 數(shù)字信號的主要參數(shù) 2
1.1.3 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 2
1.1.4 數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn) 4
1.2 數(shù)制 5
1.2.1 十進(jìn)制 5
1.2.2 二進(jìn)制 6
1.2.3 十六進(jìn)制 7
1.2.4 數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換 7
1.2.5 帶符號數(shù)的表示方法 9
1.3 編碼 11
1.3.1 二?十進(jìn)制編碼 11
1.3.2 格雷碼 12
1.3.3 ASCII碼 13
1.4 邏輯代數(shù)基礎(chǔ) 14
1.4.1 邏輯變量和邏輯函數(shù) 14
1.4.2 三種基本邏輯運(yùn)算及邏輯符號 15
1.4.3 邏輯函數(shù)的描述方法 18
1.4.4 邏輯代數(shù)運(yùn)算的基本規(guī)則 19
1.4.5 邏輯函數(shù)的代數(shù)化簡法 21
1.4.6 邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡法 24
1.5 正、負(fù)邏輯及邏輯符號的變換 31
1.5.1 正邏輯、負(fù)邏輯的概念 31
1.5.2 混合邏輯中邏輯符號的等效變換 32
本章小結(jié) 33
思考題和習(xí)題1 34
第2章 邏輯門電路 37
2.1 邏輯門的外部特性和參數(shù) 37
2.1.1 邏輯門電路簡介 37
2.1.2 邏輯電平 38
2.1.3 噪聲容限 39
2.1.4 延時(shí)?功耗乘積 39
2.1.5 扇入數(shù)和扇出數(shù) 40
2.2 MOS邏輯門電路 42
2.2.1 MOS管的開關(guān)特性 42
2.2.2 CMOS反相器 43
2.2.3 其他CMOS門電路 45
2.2.4 使用CMOS芯片的注意事項(xiàng) 51
2.2.5 CMOS門電路產(chǎn)品系列 52
2.3 TTL邏輯門電路 53
2.3.1 三極管的開關(guān)特性 53
2.3.2 TTL反相器 55
2.3.3 其他TTL門電路 56
2.3.4 使用TTL芯片的注意事項(xiàng) 59
2.3.5 CMOS和TTL的性能比較 60
2.4 集成邏輯門電路的應(yīng)用 60
2.4.1 TTL與CMOS器件之間的接口問題 61
2.4.2 用門電路驅(qū)動LED顯示器件 62
2.4.3 電源去耦合和接地方法 63
※2.5 Proteus電路仿真例題 64
本章小結(jié) 66
思考題和習(xí)題2 67
第3章 組合邏輯電路 72
3.1 組合邏輯電路的概念 72
3.2 組合邏輯電路的分析設(shè)計(jì)方法 72
3.2.1 組合邏輯電路的分析方法 72
3.2.2 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法 73
3.3 常用組合邏輯電路 75
3.3.1 編碼器 76
3.3.2 譯碼器 79
3.3.3 數(shù)據(jù)選擇器 86
3.3.4 數(shù)值比較器 87
3.3.5 加法器 89
3.3.6 組合邏輯集成電路應(yīng)用舉例 92
3.4 組合邏輯電路中的競爭冒險(xiǎn) 96
3.4.1 競爭冒險(xiǎn)的產(chǎn)生原因 96
3.4.2 競爭冒險(xiǎn)的消除方法 96
※3.5 Proteus電路仿真例題 98
本章小結(jié) 99
思考題和習(xí)題3 100
第4章 鎖存器和觸發(fā)器 102
4.1 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路 102
4.1.1 電路雙穩(wěn)態(tài)的概念 102
4.1.2 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路 102
4.2 鎖存器 103
4.2.1 RS鎖存器 103
4.2.2 D鎖存器 106
4.2.3 8D鎖存器74HC573芯片介紹 107
4.3 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu) 109
4.3.1 主從觸發(fā)器 110
4.3.2 維持阻塞觸發(fā)器 114
4.3.3 雙D觸發(fā)器74HC74芯片介紹 116
4.3.4 觸發(fā)器的動態(tài)性能技術(shù)指標(biāo) 117
4.4 不同邏輯功能的觸發(fā)器 118
4.4.1 D觸發(fā)器 119
4.4.2 JK觸發(fā)器 119
4.4.3 RS觸發(fā)器 120
4.4.4 T觸發(fā)器和T＇觸發(fā)器 120
4.4.5 觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換 121
※4.5 Proteus電路仿真例題 122
本章小結(jié) 125
思考題和習(xí)題4 126
第5章 時(shí)序邏輯電路 130
5.1 時(shí)序邏輯電路的概念 130
5.1.1 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 130
5.1.2 時(shí)序邏輯電路的分類 131
5.1.3 時(shí)序邏輯電路功能的描述方法 131
5.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法 132
5.2.1 分析時(shí)序邏輯電路的一般步驟 132
5.2.2 同步時(shí)序邏輯電路的分析舉例 133
5.2.3 異步時(shí)序邏輯電路的分析舉例 135
5.3 計(jì)數(shù)器 137
5.3.1 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 137
5.3.2 其他進(jìn)制計(jì)數(shù)器 141
5.3.3 計(jì)數(shù)器集成電路的應(yīng)用舉例 142
5.4 寄存器 146
5.4.1 數(shù)碼寄存器 146
5.4.2 移位寄存器 146
5.4.3 74HC595芯片介紹 148
5.4.4 移位寄存器構(gòu)成的移位型計(jì)數(shù)器 149
5.5 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法 151
5.5.1 同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法 151
5.5.2 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例 152
※5.6 Proteus電路仿真例題 156
本章小結(jié) 158
思考題和習(xí)題5 159
第6章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路 164
6.1 集成電路555定時(shí)器 164
6.1.1 555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理 164
6.1.2 555定時(shí)器的功能表 165
6.2 施密特觸發(fā)器 166
6.2.1 用555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器 166
6.2.2 施密特觸發(fā)器CC40106芯片介紹 167
6.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例 168
6.3 多諧振蕩器 170
6.3.1 用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器 170
6.3.2 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路 171
6.3.3 石英晶體多諧振蕩器 172
6.3.4 多諧振蕩器的應(yīng)用舉例 173
6.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 174
6.4.1 用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 174
6.4.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121、MC14528芯片介紹 176
6.4.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用舉例 179
※6.5 Proteus電路仿真例題 181
本章小結(jié) 185
思考題和習(xí)題6 186
第7章 半導(dǎo)體存儲器 191
7.1 概述 191
7.2 隨機(jī)存取存儲器 192
7.2.1 RAM的基本結(jié)構(gòu) 192
7.2.2 RAM的存儲單元 194
7.2.3 存儲容量的擴(kuò)展 196
7.3 只讀存儲器 198
7.3.1 ROM的分類 198
7.3.2 ROM的基本結(jié)構(gòu) 199
7.3.3 存儲器AT27C040芯片介紹 200
7.3.4 ROM的應(yīng)用舉例 202
7.3.5 存儲容量的擴(kuò)展 203
※7.4 Proteus電路仿真例題 204
本章小結(jié) 206
思考題和習(xí)題7 206
第8章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 209
8.1 D/A轉(zhuǎn)換器 209
8.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本工作原理 209
8.1.2 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 209
8.1.3 權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器 211
8.1.4 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 212
8.1.5 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0808應(yīng)用舉例 213
8.2 A/D轉(zhuǎn)換器 214
8.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理 214
8.2.2 取樣?保持電路 215
8.2.3 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器 216
8.2.4 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器 218
8.2.5 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 219
8.2.6 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 221
8.2.7 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809應(yīng)用舉例 221
※8.3 Proteus電路仿真例題 223
本章小結(jié) 226
思考題和習(xí)題8 226
第9章 可編程邏輯器件 229
9.1 PLD概述 229
9.1.1 PLD的發(fā)展歷程 229
9.1.2 PLD的分類 230
9.1.3 PLD的邏輯表示方法 230
9.2 低密度PLD 231
9.2.1 PROM 231
9.2.2 PLA 232
9.2.3 PAL 232
9.2.4 GAL 232
9.3 復(fù)雜可編程邏輯器件 234
9.3.1 基于乘積項(xiàng)的CPLD基本結(jié)構(gòu) 234
9.3.2 CPLD產(chǎn)品概述 236
9.4 現(xiàn)場可編程門陣列 237
9.4.1 基于查找表的FPGA基本結(jié)構(gòu) 237
9.4.2 FPGA產(chǎn)品概述 240
9.5 基于CPLD/FPGA的數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)流程 240
9.5.1 一般開發(fā)流程 241
9.5.2 硬件描述語言VHDL/Verilog HDL 241
9.5.3 D鎖存器和D觸發(fā)器的VHDL設(shè)計(jì) 243
9.5.4 集成開發(fā)環(huán)境Quartus II 244
本章小結(jié) 246
思考題和習(xí)題9 246
附錄A 電路仿真軟件Proteus 247
A.1 Proteus電路仿真軟件簡介 247
A.1.1 Proteus簡介 247
A.1.2 Proteus組成 247
A.1.3 Proteus基本資源 247
A.1.4 Proteus基本操作與設(shè)置 250
A.2 基于Proteus的電路設(shè)計(jì) 252
A.2.1 設(shè)計(jì)流程 252
A.2.2 設(shè)計(jì)實(shí)例 253
A.3 基于Proteus的電路仿真 255
A.3.1 交互式仿真 256
A.3.2 基于圖表的仿真 256
參考文獻(xiàn) 258
前 言
“數(shù)字電子技術(shù)”是電氣信息類各專業(yè)必修的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。它主要講述如何應(yīng)用數(shù)字電路來進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論和方法，對于自動化、電氣工程、電子信息工程、通信工程、計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，以及將來從事這方面工作的廣大科技工作者來說，熟練地掌握數(shù)字電子技術(shù)的基本理論和方法是十分必要的。
隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一，數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。新的電子器件不斷涌現(xiàn)，電子電路的集成度越來越高，系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，數(shù)字電路的設(shè)計(jì)過程和方法也在不斷地發(fā)展與完善。由于微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使數(shù)字電子技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中所占的地位更為重要，應(yīng)用也更加廣泛，同時(shí)也對“數(shù)字電子技術(shù)”課程的教學(xué)提出了新的、更高的要求。
在編著本書時(shí)，為了將當(dāng)前的數(shù)字電子技術(shù)反映到本書中，使本書既能適合教師的教學(xué)工作，又符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，我們參考了教育部組織編寫的《電子技術(shù)基礎(chǔ)（A）課程基本要求》，主要考慮了以下幾點(diǎn)。
1．注重CMOS數(shù)字集成電路
由于微電子技術(shù)與制造工藝的進(jìn)步，特別是在數(shù)字電路中，與雙極型數(shù)字器件相比，MOS器件具有明顯的優(yōu)勢。因此，我們在編著本書時(shí)，相對TTL數(shù)字集成電路而言，更加注重CMOS數(shù)字集成電路，并且在書中主要以74HC系列的數(shù)字器件舉例進(jìn)行了說明。
2．突出數(shù)字電子技術(shù)的新穎性和實(shí)用性
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，新的數(shù)字器件不斷出現(xiàn)。例如，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，大量使用8bit鎖存器74HC573；在大屏幕LED顯示系統(tǒng)中，大量使用串入并出的8bit移位寄存器74HC595；等等。雖然74HC573和74HC595屬于典型的數(shù)字集成電路，并且在電氣信息類專業(yè)的后續(xù)課程中，一般會使用到這些器件，但由于是較新的數(shù)字器件，所以在一般的數(shù)字電子技術(shù)教材中沒有得到介紹。本書從工程應(yīng)用出發(fā)，對這些廣泛應(yīng)用的新數(shù)字器件進(jìn)行了必要的介紹，并且在本書的參考文獻(xiàn)中，給出了從互聯(lián)網(wǎng)搜索數(shù)字器件相關(guān)資料的途徑，從而突出了數(shù)字電子技術(shù)的新穎性和實(shí)用性，并且將教材定名為《實(shí)用數(shù)字電子技術(shù)》。
3．引入計(jì)算機(jī)電路仿真軟件Proteus
“數(shù)字電子技術(shù)”課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，教學(xué)中在注重基本概念、基本原理和基本方法的基礎(chǔ)上，更要注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。在課堂理論教學(xué)中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將一部分教學(xué)內(nèi)容，以計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)演示的形式進(jìn)行教學(xué)，可使教學(xué)內(nèi)容更直觀、更生動，在有限的時(shí)間內(nèi)，能加大授課信息量，也有利于學(xué)生電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為此，在本書大多數(shù)章的后面加了一節(jié)Proteus電路仿真例題（帶有※號），供各院校師生靈活選用。
4．明確鎖存器與觸發(fā)器的不同概念
一般的數(shù)字電子技術(shù)教材，將鎖存器與觸發(fā)器的概念混為一談，不加區(qū)分。實(shí)際上，二者不僅概念不同，而且都有相應(yīng)的集成電路芯片。本書區(qū)分鎖存器與觸發(fā)器的不同概念，分別介紹實(shí)際的代表芯片（74HC573、74HC74），并且在第9章中給出了D鎖存器和D觸發(fā)器的VHDL程序源代碼，以便進(jìn)一步區(qū)分鎖存器與觸發(fā)器。
本書在內(nèi)容編排上，力求突出基本概念、基本原理和基本分析方法。全書共9章：數(shù)字電子技術(shù)概論，邏輯門電路，組合邏輯電路，鎖存器和觸發(fā)器，時(shí)序邏輯電路，脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路，半導(dǎo)體存儲器，數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可編程邏輯器件。每章均有思考題和習(xí)題，其中，大多數(shù)章的后面帶有※號的一節(jié)為Proteus電路仿真例題。書后附錄A介紹了計(jì)算機(jī)電路仿真軟件Proteus。
本書從工程應(yīng)用出發(fā)，突出了數(shù)字電子技術(shù)的新穎性和實(shí)用性，為任課教師免費(fèi)提供電子課件。本書可作為高等學(xué)校電氣信息類各專業(yè)“數(shù)字電子技術(shù)”課程的教材，也適用于有關(guān)工程技術(shù)人員參考。
本書由歐偉明教授擔(dān)任主編，負(fù)責(zé)全書的策劃、組織和定稿。賀素良、龍曉薇擔(dān)任副主編，協(xié)助主編工作。歐偉明撰寫第1章、第6章，龍曉薇撰寫第2章、第3章，賀素良撰寫第4章、第7章，黃卓冕撰寫第5章，鄒彬撰寫第8章，聶輝撰寫第9章、附錄A。歐偉明、聶輝還共同完成了書中的Proteus電路仿真例題。
本書由凌云教授主審，凌云教授認(rèn)真審閱了本書的編寫提綱和全部書稿，提出了許多寶貴意見。在本書的撰寫過程中，得到了湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院的畢業(yè)生劉歡、龔事引、周勇城、龍光海、苗玉周、王樂、劉開芳、張金鋼、賀愛民、李忠凡、袁瑤、湯旭東、田超、柏丹的支持，他們對書中部分硬件電路和部分程序的初步調(diào)試進(jìn)行了有益的工作。在此，一并表示衷心的感謝！
歐偉明
2013年中秋于湖南工業(yè)大學(xué)
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