[正版图书]数字电子技术基础 第2版 数字电路设计EDA技术参考书籍 高等院校电气自动化类规划教材

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读者对象

    本书可作为高等院校电气信息类各个专业和部分非电类专业的教材，也可作为从事数字电子技术研究相关人员的参考用书。

编辑推荐

 

    传统技术课程融合EDA新技术的新编教材。

    第2版，经多年实际教学检验的精品课程优秀教材。

 

目    录

第1章  数字逻辑基础    1

1.1  数字信号与数字电路    2

1.1.1  数字信号    2

1.1.2  数字电路    3

1.2  数制和码制    4

1.2.1  几种常用的数制    4

1.2.2  不同数制间的转换    7

1.2.3  几种常用的码制    8

1.3  逻辑代数    10

1.3.1  逻辑代数中3种基本运算    10

1.3.2  复合逻辑运算    12

1.3.3  逻辑代数的基本公式    14

1.3.4  逻辑代数的常用公式    16

1.3.5  逻辑代数的基本定理    17

1.4  逻辑函数及其表示方法    18

1.4.1  逻辑函数的定义    18

1.4.2  逻辑函数的表示方法    18

1.4.3  各种表示方法间的相互转换    19

1.5  逻辑函数的化简    21

1.5.1  逻辑函数的最简形式    21

1.5.2  公式化简法    21

1.5.3  卡诺图化简法    23

1.6*  EDA技术概述    32

1.6.1  EDA发展回顾    33

1.6.2  EDA系统构成    34

1.6.3  EDA工具发展趋势    34

1.6.4  EDA工具软件MAX+PLUS Ⅱ简介    36

本章小结    37

习题与思考题    38

第2章  逻辑门电路    42

2.1  半导体二极管门电路    43

2.1.1  二极管的开关特性    43

2.1.2  二极管门电路    45

2.2  半导体三极管门电路    46

2.2.1  三极管的开关特性    46

2.2.2  三极管反相器    49

2.3  TTL集成门电路    50

2.3.1  TTL反相器电路结构及原理    50

2.3.2  TTL反相器的电压传输特性和抗干扰能力    53

2.3.3  TTL反相器的静态输入特性、输出特性和负载能力    55

2.3.4  TTL反相器的动态特性    60

2.3.5  TTL门电路的其他类型    62

2.3.6  TTL集成门系列简介    71

2.4  CMOS集成门电路    73

2.4.1  MOS管的开关特性    74

2.4.2  CMOS反相器的电路结构和工作原理    79

2.4.3  CMOS反相器的特性及参数    80

2.4.4  CMOS门电路的其他类型    82

2.4.5  CMOS集成门系列简介    86

2.5*  集成门电路的实际应用问题    88

2.5.1  集成门电路使用应注意的问题    88

2.5.2  TTL电路与CMOS电路之间的接口问题    90

本章小结    92

习题与思考题    92

第3章  组合逻辑电路    98

3.1  概述    99

3.2  组合逻辑电路的分析与设计    100

3.2.1  组合逻辑电路的分析    100

3.2.2  组合逻辑电路的设计    102

3.3  常用组合逻辑电路    105

3.3.1  编码器    106

3.3.2  译码器    113

3.3.3  数据选择器    123

3.3.4  加法器    126

3.3.5  数值比较器    130

3.4  用中规模集成电路设计组合逻辑电路    135

3.4.1  用译码器设计组合逻辑电路    135

3.4.2  用数据选择器设计组合逻辑电路    138

3.4.3  用加法器设计组合逻辑电路    140

3.4.4*  综合设计    143

3.5  组合逻辑电路的竞争—冒险现象    146

3.5.1  竞争—冒险的概念及其产生原因    146

3.5.2  消除竞争—冒险的方法    147

3.6*  用MAX+PLUS Ⅱ设计组合逻辑电路    150

本章小结    153

习题与思考题    153

第4章  触发器    156

4.1  概述    157

4.2  基本SR触发器（SR锁存器）    157

4.2.1  由与非门构成的基本SR触发器    157

4.2.2  由或非门构成的基本SR触发器    160

4.3  同步触发器（电平触发）    162

4.3.1  同步SR触发器    162

4.3.2  同步D触发器（D锁存器）    165

4.4  主从触发器（脉冲触发）    166

4.4.1  主从SR触发器    166

4.4.2  主从JK触发器    169

4.5  边沿触发器（边沿触发）    171

4.5.1  维持阻塞结构的边沿触发器    171

4.5.2  基于门电路传输延迟的边沿JK触发器    174

4.5.3  边沿D触发器（利用两个同步D触发器构成）    176

4.6  触发器的逻辑功能及描述方法    178

4.7  集成触发器    180

4.7.1  常用集成触发器    180

4.7.2  触发器的功能转换    182

4.8  触发器应用举例    184

4.9*  用MAX+PLUS II验证触发器逻辑功能    185

本章小结    186

习题与思考题    186

第5章  时序逻辑电路    191

5.1  时序电路的基本概念    192

5.1.1  时序电路的分类    192

5.1.2  时序电路的基本结构和描述方法    192

5.2  同步时序电路的分析方法    194

5.2.1  同步时序电路的分析任务    194

5.2.2  同步时序电路的分析步骤    194

5.3  寄存器    199

5.3.1  寄存器和移位寄存器结构组成及工作原理    199

5.3.2  集成（移位）寄存器及其应用    201

5.4  计数器    205

5.4.1  同步计数器结构组成及原理    206

5.4.2  异步计数器结构组成及原理    212

5.4.3  集成计数器及其应用    214

5.5  同步时序电路的设计方法    223

5.5.1  时序电路设计的基本任务    223

5.5.2  时序电路的设计步骤    223

5.6  用中规模集成电路设计时序电路    230

5.6.1  用移位寄存器设计    230

5.6.2  用计数器设计    231

5.6.3*  综合设计    233

5.7*  MAX+PLUS II设计时序逻辑电路    236

本章小结    239

习题与思考题    239

第6章  半导体存储器与可编程逻辑器件    242

6.1  概述    243

6.2  随机存储器RAM    245

6.2.1  RAM存储单元    245

6.2.2  RAM的结构    246

6.2.3  RAM的扩展    249

6.3  只读存储器ROM    251

6.3.1  固定ROM    251

6.3.2  可编程只读存储器PROM    252

6.3.3  现代常用ROM    256

6.4  可编程逻辑器件PLD    259

6.4.1  PLD基本原理    259

6.4.2  PLD分类    261

6.5  高密度可编程逻辑器件    263

6.5.1  复杂可编程逻辑器件CPLD    263

6.5.2  现场可编程门阵列FPGA    265

6.5.3  基于芯片的设计方法    267

6.6*  硬件描述语言简介    268

6.6.1  VHDL简介    269

6.6.2  VHDL描述逻辑电路举例    271

本章小结    278

习题与思考题    278

第7章  脉冲波形的产生与整形    280

7.1  概述    281

7.1.1  矩形脉冲及其基本特性    281

7.1.2  矩形脉冲的产生和整形方法    282

7.2  555定时器及其脉冲电路    282

7.2.1  555定时器及其工作原理    282

7.2.2  由555定时器构成的单稳态触发器    285

7.2.3  由555定时器构成的施密特触发器    289

7.2.4  由555定时器构成的多谐振荡器    295

7.3  集成和其他单稳态触发器    298

7.3.1  由门电路构成的单稳态触发器    298

7.3.2  集成单稳态触发器    299

7.4  集成和其他施密特触发器    301

7.4.1  由门电路构成的施密特触发器    301

7.4.2  集成施密特触发器    302

7.5  其他多谐振荡器    304

7.5.1  由门电路构成的多谐振荡器    304

7.5.2  石英晶体多谐振荡器    306

本章小结    308

习题与思考题    308

第8章  数模和模数转换    311

8.1  概述    312

8.2  数模转换器（DAC）    312

8.2.1  DAC的基本原理    312

8.2.2  倒T形电阻网络DAC    313

8.2.3  权电流型DAC    314

8.2.4  数模转换输出极性的扩展    317

8.2.5  DAC的主要技术参数    319

8.2.6  集成DAC    321

8.3  模数转换器（ADC）    323

8.3.1  ADC的基本原理    323

8.3.2  并联比较型ADC    325

8.3.3  逐次渐近型ADC    326

8.3.4  双积分型ADC    328

8.3.5  ADC的主要技术参数    331

8.3.6  集成ADC    332

8.4  取样－保持电路    333

本 章 小 结    335

习题与思考题    335

附录A  常用的数字逻辑集成电路    338

附录B  逻辑符号对照表    343

附录C  EDA软件元件库    345

附录D  部分习题与思考题解答    347

参考文献    358

内容简介

    本书为高等学校“十二五”电气自动化类规划教材之一，也是燕山大学的“数字电子技术基础”河北省精品课程配套教材，是根据近年来数字电子技术的新发展和课程组多年的教学实践积累，针对数字电子技术课程教学基本要求和学习特点而编写的。

    全书包括数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、脉冲波形的产生与整形、数模和模数转换，共8章。考虑到EDA技术已成为数字电路设计的首要手段，本书加入了目前比较流行的EDA设计软件MAX+PLUSⅡ的内容，并结合具体章节给出了软件的应用方法。本教材可满足学时较少情况下的教学，适宜48～60学时的教学。为了方便教学和自学，配备有实用的电子课件和习题简解。

第1版前言

    为适应新形势下电子技术的高速发展和社会需求，高等教育对电气信息类人才的培养提出了更高要求，教材内容更新和定位面临新的挑战。“数字电子技术基础”是电气信息类学生的专业基础课程，也是实践性很强的技术基础课程。随着数字化和信息化技术的飞速发展，数字课程对学生知识和能力的提升凸显出更重要的作用。

    遵照教育部对“电子技术基础课程教学的基本要求”，要把学生培养成为有一定理论基础，有较强的实战能力，有足够的创新意识的应用型人才。我们从事数字电子技术基础教学工作多年，并坚持教学改革实践，积累了丰富的经验，燕山大学“数字电子技术基础”课程于2002年获得河北省首批精品课程称号，并于2003年全面展开EDA实践教学，2004年的“数字电子技术基础课程设计”项目获河北省教学成果二等奖。

    教学的实践和体会使我们感到，器件的更新、技术的发展使教学内容不断增加，而课内教学时数又在减少的形势下，编写一本适宜理论学时数较少，但密切联系实践，突出工程应用的教材是非常必要的。

本书具有以下几个特点：

    1．适宜较少学时教学

    本着“保基础，重实践，少而精”的原则，整合了教学内容。加强了绝缘栅场效应管的原理知识，可方便CMOS门教学并为先“数字”后“模拟”的教学模式创造条件；适当精简了CMOS门特性曲线讲解，以加大器件产品的比对和参数列表为补充；将555定时器及其脉冲电路作为“脉冲波形的产生与整形”一章的开篇主体部分，具有知识的完整性和独立性，不受章内后续内容的影响，便于教学内容的裁剪。本教材建议学时数为48～60学时。

    2．增加教材的可读性

    本书和传统教材相比，适度增大了图、表比例，强化知识对比和总结，并注重对“难点”内容进行细致的推理解析和附图说明。每章设有“内容提要”和“本章小结”，并给出“教学基本要求”和“重点内容”。教材附带习题和思考题简解、逻辑符号对照表及常用数字集成芯片列表，利于学生阅读和自学。

    3．突出了集成电路内容

    除门电路和触发器较多涉及内部电路外，全书加大了集成芯片及系列产品的介绍和应用举例，把侧重点放在对集成电路的认知和使用方面，以利于学生实战能力培养和工程意识加强。

    4．融合EDA课程设计内容

    可编程逻辑器件PLD近年来发展迅速，大容量、高速率的器件不断出现，在科技领域广泛应用。本书除在第6章介绍PLD的工作原理和电路结构外，还在其他章节介绍了可编程逻辑器件的编程软件的使用方法，在相关章节结合教学内容配备相应的EDA实用例题。这些例题来自我们多年的EDA课程设计教学实践，学生能够学以致用，为创新能力的培养打下必要的基础。

    5．采用国际上常用的图形逻辑符号

    为便于学生较快地适应实际工作，中、大规模集成电路的图形符号采用国外教材、技术资料和EDA软件中普遍使用的习惯画法，即示意性框图画法。本书基本运算和复合运算的逻辑符号均采用国际上常用的图形逻辑符号。

    6．适宜多样化教学

    教材配套提供电子课件、电子习题简解及EDA课程设计教学软件。

另外，教材中把EDA的相关知识和MAX+PLUSⅡ的设计举例、集成逻辑门电路的实际应用问题及组合和时序电路的综合设计等内容暂定为选学部分。因为这些内容应用性较强且占用学时较多，这样会方便教材使用院校根据学校EDA硬件环境是否具备，或EDA是否再单独设课，做灵活的教学安排，同时也方便学时较少的学校做必要的内容取舍而不影响本课程知识的整体性。

本书由燕山大学数字电子技术教研组全体老师共同完成。其中刘雪强编写第1章，李江昊编写第4、5章，黄震编写第6章及教材中EDA相关内容，郭璇编写第8章，常丹华编写了第2章并负责全书的组织和统稿工作，张宝荣编写第3、7章并负责全书的核查和修改工作。

对本书选用的参考文献的著作者，我们致以真诚的感谢。限于编者水平，书中难免有错误和不妥之处，敬请业界同仁和读者批评指正。

 

 

                                                                                                                           编  者  

                                                                                                                           2011年1月

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第2版前言

    本书是在《数字电子技术基础》（第1版）的基础上修订而成，其知识体系结构与第1版一致。修订目的是为进一步方便教学，提高教学效率。

    修订工作除了修正第1版的不足之外，主要针对以下几个方面进行：

    第1章数字逻辑基础，主要是新增了关于任意项的内容和例题，补充了真值表到表达式转换更为通用的方法。第2章逻辑门电路，主要是充实了TTL反相器电路工作原理的分析方法，新增了驱动与负载关系部分，以加强数电和模电在内容上的联系。第3章组合逻辑电路，主要增加了对组合逻辑电路和时序逻辑电路的区别的深入讨论。第4章触发器，主要是补充了触发器的存储核心电路，对触发器的动作特点与电路结构的对应关系进行了深入说明。第5章时序逻辑电路，主要是在时序逻辑电路设计部分新增了求驱动方程更为通用的方法；增加了计数器进位信号的构成原理，细化了构成任意进制计数器的过程，增加了在定时场合经常用到的“单次/触发计数器”内容。第6章半导体存储器与可编程逻辑器件，在VHDL部分增加了加法器程序，替换了计数器程序，新增了Signal和Variable内容的说明和习题。第7章脉冲波形的产生与整形和第8章数模和模数转换也进行了相应内容的调整。附录部分新增了附录C，主要内容为EDA软件元件库说明和部分常用逻辑符号及对应名称列表，以方便EDA实践教学。

    本书由燕山大学数字电子技术教研组全体老师共同完成。其中刘雪强修订第1章，李江昊和付广伟修订第4、5章，郭璇修订第8章，张宝荣和高美静修订第3、7章。由于常丹华老师已经退休，第2章修订工作由刘燕燕负责。黄震和张保军修订第6章和教材中EDA相关内容，以及全书的组织和统稿工作。

    感谢常丹华老师在本书第1版编写和第2版修订过程中做的大量工作。借此机会，祝常丹华老师退休生活快乐！

    对本书选用的参考文献的著作者，我们致以真诚的感谢。限于编者水平，书中若有错误和不妥之处，敬请业界同仁和读者批评指正。

 

 

 

                                                                                                                      编  者  

                                                                                                                      2015年1月

 

作者简介

    张宝荣博士，燕山大学副教授，河北省首批精品课“数字电子技术基础”负责人，从事数字电子技术教学工作多年，经验丰富，注重传统教学与新技术的融合。

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