[正版新书] 数字电子技术工程设计基础 刘延飞 杨晶晶 李琪 赵媛 王凯 常敬先 吴娜娜 清华大学出版社

本书是根据编写团队多年课程教学改革实践，倡导工程任务引导式教学模式，并结合当前线上线下混合式教学和课程思政教学需要而编写的导学教材。

全书共 8 章，分别是逻辑代数基础、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、脉冲信号的产生与整形、数模与模数转换器。每节以学生学习过程为序，依次设置课前教学目标（布鲁姆教育目标分类学视角下）明确、导学思维导图、课前自学自测、课程知识点讲述、课后知识练习。每章学习遵循工程思维理念，以工程问题引导全章，从工程任务下达开始，以工程任务实现结束，既培养学生工程素养，又激发学生学习兴趣，还配有实战练习与拓展、相关二维码学习微课供教学使用。全书精心安排 40 个知识拓展讲述世界电子技术发展、中国半导体发展、当今数字电子技术前沿、航天集成电路应用和相

关课程思政，引导学生拓展、思考和自学。

本书是国家一流线上线下混合式课程和陕西省课程思政示范课程“数字电子技术”的配套导学教材，可作为高等学校电气类、电子信息类、自动化类和机电类等相关专业“数字电子技术”课程线上线下混合式教学教材或线下教学辅助教材，也可供相关工程技术人员参考。

刘延飞，火箭军工程大学教授、博士生导师。长期从事电子技术自主可控芯片设计和嵌入式系统工程应用的教学和科研工作，讲授“数字电子技术”“人工智能及应用”等课程。近年来在国际著名学术期刊发表SCI、EI检索论文20余篇。陕西省教指委委员、国家一流课程负责人、省“电类工程基础课程群”虚拟教研室建设负责人，陕西省教学名师，获省优秀教材一等奖1项，指导全国大学生电子设计竞赛、物联网创新大赛和研究生电子设计大赛等获赛事最高奖20余次。曾出版电子系统设计类著作2部，教材12部。

杨晶晶，火箭军工程大学副教授。从事电子技术应用的教学和科研工作，讲授“数字电子技术”“电工电子技术”等课程。近5年来发表教学文章和学术文章10余篇，参与编写教材4部。

李琪，火箭军工程大学副教授。长期从事电子技术军事应用以及其中FPGA设计的教学和科研工作，讲授“数字电子技术”“模拟电子技术”等课程。近5年来发表电子技术方面学术和教学文章10余篇。曾参与编写电子技术理论、实验和新形态教材共计3部。

赵媛，火箭军工程大学副教授。长期从事电子技术教学和科研工作，讲授“数字电子技术”“模拟电子技术”“电工电子技术”等课程，近5年来发表电子技术方面学术和教学文章10余篇。曾参编教材2部。

王凯，火箭军工程大学副教授。从事电子技术应用的教学和科研工作，讲授“电工技术”“数字电子技术”等课程。

常敬先，火箭军工程大学讲师。长期从事有机电致发光显示及金属氧化物纳米材料研究，讲授“数字电子技术”“电工电子技术”“电子技术基础实验”等课程。近5年来发表论文8篇。

吴娜娜，火箭军工程大学助教。从事数字电子技术的教学和嵌入式系统开发的科研工作，讲授“数字电子技术”“电路与电子技术实验”等课程。曾发表国际会议论文一篇，嵌入式系统开发方面的论文2篇。

目录

第1章逻辑代数基础

1.1数字信号与数字电路

1.1.1课前自学——数字技术的发展及应用

1.1.2课前自学——预习自测

1.1.3课中学习——数字电路的分类

1.1.4课中学习——模拟信号与数字信号

1.1.5课后巩固——练习实践

1.1.6本节思维导图

知识拓展——数字技术历史

1.2数制与码制

1.2.1课前自学——数制和码制的基本概念

1.2.2课前自学——常用数制

1.2.3课前自学——预习自测

1.2.4课中学习——数制之间的转换

1.2.5课中学习——常用码制

1.2.6课后巩固——练习实践

1.2.7本节思维导图

知识拓展——新中国第一只电子管

1.3逻辑运算

1.3.1课前自学——基本逻辑运算

1.3.2课前自学——预习自测

1.3.3课中学习——复合逻辑运算

1.3.4课后巩固——练习实践

1.3.5本节思维导图

知识拓展——布尔与布尔代数

1.4逻辑函数及其表示方法

1.4.1课前自学——逻辑函数的概念及建立

1.4.2课前自学——预习自测

1.4.3课中学习——逻辑函数的表示方法

1.4.4课后巩固——练习实践

1.4.5本节思维导图

中国芯片发展①——人才储备（1949—1958）

1.5逻辑代数的公式和运算规则

1.5.1课前自学——逻辑代数的基本公式

1.5.2课前自学——预习自测

1.5.3课中学习——逻辑代数的常用公式

1.5.4课中学习——逻辑代数的运算规则

1.5.5课后巩固——练习实践

1.5.6本节思维导图

知识拓展——摩根与摩根定律

1.6逻辑函数的化简

1.6.1课前自学——逻辑函数的最简形式

1.6.2课前自学——卡诺图的定义及结构

1.6.3课前自学——预习自测

1.6.4课中学习——公式化简法

1.6.5课中学习——卡诺图化简法

1.6.6课后巩固——练习实践

1.6.7本节思维导图

知识拓展——卡诺与卡诺图

1.7硬件描述语言Verilog HDL基础

1.7.1课前自学——硬件描述语言简介

1.7.2课前自学——数据类型及常量、变量

1.7.3课前自学——运算符及标识符

1.7.4课前自学——预习自测

1.7.5课中学习——Verilog HDL模块

1.7.6课中学习——Verilog HDL的门级结构描述

1.7.7课后巩固——练习实践

1.7.8本节思维导图

知识拓展——FPGA国际两大巨头

1.8本章思维导图

第2章逻辑门电路

2.1逻辑门电路简介

2.1.1课前自学——集成电路

2.1.2课前自学——开关电路

2.1.3课前自学——预习自测

2.1.4课中学习——常用逻辑门电路

2.1.5课后巩固——练习实践

2.1.6本节思维导图

中国芯片发展②——硅晶体研制（1956—1962）

2.2TTL逻辑门电路

2.2.1课前自学——二、三极管的开关特性

2.2.2课前自学——二、三极管的门电路

2.2.3课前自学——预习自测

2.2.4课中学习——TTL与非门电路

2.2.5课中学习——其他TTL门电路

2.2.6课后巩固——练习实践

2.2.7本节思维导图

知识拓展——中国半导体材料之母

2.3CMOS逻辑门电路

2.3.1课前自学——MOS管开关特性

2.3.2课前自学——预习自测

2.3.3课中学习——CMOS反相器

2.3.4课中学习——CMOS传输门

2.3.5课后巩固——练习实践

2.3.6本节思维导图

知识拓展——集成电路的发明

2.4TTL和CMOS集成门接口问题及使用注意事项

2.4.1课前自学——TTL与CMOS系列之间的接口问题

2.4.2课前自学——预习自测

2.4.3课中学习——逻辑门电路使用中的几个实际问题

2.4.4课后巩固——练习实践

2.4.5本节思维导图

知识拓展——美国硅谷“八叛逆”

2.5本章思维导图

第3章组合逻辑电路

3.1工程任务： 子弹分装系统设计

3.1.1系统介绍

3.1.2任务需求

中国芯片发展③——小规模集成电路（1962—1968）

3.2组合逻辑电路的分析与设计

3.2.1课前自学——组合逻辑电路概述

3.2.2课前自学——组合逻辑电路的竞争与冒险

3.2.3课前自学——预习自测

3.2.4课中学习——组合逻辑电路的分析方法

3.2.5课中学习——组合逻辑电路的设计方法

3.2.6课后巩固——练习实践

3.2.7本节思维导图

知识拓展——国内芯片设计企业： 华为海思

3.3编码器

3.3.1课前自学——编码器的定义及分类

3.3.2课前自学——预习自测

3.3.3课中学习——普通二进制编码器

3.3.4课中学习——优先编码器

3.3.5课后巩固——练习实践

3.3.6本节思维导图

知识拓展——国内芯片制造企业： 中芯国际

3.4译码器/数据分配器

3.4.1课前自学——译码器的定义及分类

3.4.2课前自学——显示译码器

3.4.3课前自学——预习自测

3.4.4课中学习——二进制译码器

3.4.5课中学习——二十进制译码器7442

3.4.6课后巩固——练习实践

3.4.7本节思维导图

知识拓展——OLED屏国产先锋： 京东方公司

3.5数据选择器

3.5.1课前自学——数据选择器的定义

3.5.2课前自学——预习自测

3.5.3课中学习——集成数据选择器及其应用

3.5.4课后巩固——练习实践

3.5.5本节思维导图

知识拓展——国内MCU芯片企业： 兆易创新公司

3.6加法器

3.6.1课前自学——1位加法器

3.6.2课前自学——预习自测

3.6.3课中学习——多位加法器

3.6.4课中学习——集成加法器及其应用

3.6.5课后巩固——练习实践

3.6.6本节思维导图

知识拓展——我国巨型计算机赶超史

3.7数值比较器

3.7.1课前自学——1位数值比较器

3.7.2课前自学——2位数值比较器

3.7.3课前自学——预习自测

3.7.4课中学习——集成数值比较器及其位数扩展

3.7.5课后巩固——练习实践

3.7.6本节思维导图

知识拓展——数字电路设计理论奠基人

3.8用Verilog HDL描述组合逻辑电路

3.8.1课前自学——组合逻辑电路的数据流建模

3.8.2课前自学——预习自测

3.8.3课中学习——组合逻辑电路的行为级建模

3.8.4课后巩固——练习实践

3.8.5本节思维导图

知识拓展——FPGA主要应用领域

3.9子弹分装系统工程任务实现

3.9.1基本要求分析

3.9.2模块电路设计

3.9.3系统搭建

3.10本章知识综合练习

3.11本章课程设计拓展

3.12本章思维导图

第4章触发器

4.1工程任务： 抢答器设计

4.1.1系统介绍

4.1.2任务需求

中国芯片发展④——大规模集成电路（1968—1978）

4.2基本双稳态电路

4.2.1课前自学——双稳态概念

4.2.2课前自学——预习自测

4.2.3课中学习——基本双稳态电路

4.2.4课后巩固——练习实践

4.2.5本节思维导图

知识拓展——全国大学生电子设计竞赛

4.3触发器的电路结构

4.3.1课前自学——基本RS触发器

4.3.2课前自学——预习自测

4.3.3课中学习——同步触发器

4.3.4课中学习——主从触发器

4.3.5课中学习——边沿触发器

4.3.6课后巩固——练习实践

4.3.7本节思维导图

知识拓展——“汉芯一号”事件启示

4.4触发器的逻辑功能

4.4.1课前自学——RS触发器

4.4.2课前自学——D触发器

4.4.3课前自学——预习自测

4.4.4课中学习——JK触发器

4.4.5课中学习——T触发器

4.4.6课后巩固——练习实践

4.4.7本节思维导图

知识拓展——触发器名字

4.5用Verilog HDL描述触发器

4.5.1课前自学——时序逻辑电路建模基础

4.5.2课前自学——预习自测

4.5.3课中学习——触发器的Verilog HDL建模实例

4.5.4课后巩固——练习实践

4.5.5本节思维导图

知识拓展——FPGA在图像处理上应用

4.6抢答器工程任务实现

4.6.1基本要求分析

4.6.2系统搭建

4.7本章知识综合练习

4.8本章课程设计拓展

4.9本章思维导图

第5章时序逻辑电路

5.1工程任务： 8路彩灯控制电路设计

5.1.1系统介绍

5.1.2任务需求

中国芯片发展⑤——技术引进（1978—1999）

5.2时序逻辑电路的分析

5.2.1课前自学——时序逻辑电路概述

5.2.2课前自学——时序逻辑电路的描述方法

5.2.3课前自学——预习自测

5.2.4课中学习——同步时序逻辑电路的分析方法

5.2.5课中学习——异步时序逻辑电路的分析方法

5.2.6课后巩固——练习实践

5.2.7本节思维导图

知识拓展——拯救摩尔定律的FinFET工艺

5.3寄存器和移位寄存器

5.3.1课前自学——寄存器

5.3.2课前自学——预习自测

5.3.3课中学习——移位寄存器

5.3.4课后巩固——练习实践

5.3.5本节思维导图

知识拓展——国产CPU芯片企业巡礼

5.4计数器

5.4.1课前自学——计数器的定义及分类

5.4.2课前自学——计数器的电路实现

5.4.3课前自学——预习自测

5.4.4课中学习——集成计数器及其应用

5.4.5课后巩固——练习实践

5.4.6本节思维导图

知识拓展——中国CPU第一芯： 龙芯

5.5同步时序逻辑电路的设计方法

5.5.1课前自学——同步时序逻辑电路的设计步骤

5.5.2课前自学——预习自测

5.5.3课中学习——同步时序逻辑电路设计举例

5.5.4课后巩固——练习实践

5.5.5本节思维导图

知识拓展——GPU国产先锋： 景嘉微

5.6用Verilog HDL描述时序逻辑电路

5.6.1课前自学——移位寄存器的Verilog建模

5.6.2课前自学——预习自测

5.6.3课中学习——计数器的Verilog建模

5.6.4课中学习——任意分频的Verilog建模

5.6.5课后巩固——练习实践

5.6.6本节思维导图

知识拓展——FPGA在雷达上应用

5.78路彩灯控制电路工程任务实现

5.7.1基本要求分析

5.7.2模块电路设计

5.7.3系统搭建

5.8本章知识综合练习

5.9本章课程设计拓展

5.10本章思维导图

第6章半导体存储器与可编程逻辑器件

6.1工程任务： 任意波形发生器设计

6.1.1系统介绍

6.1.2任务需求

中国芯片发展⑥——产业链基本形成（2000—2016）

6.2随机存储器

6.2.1课前自学——电路结构

6.2.2课前自学——预习自测

6.2.3课中学习——存储单元

6.2.4课中学习——集成RAM举例

6.2.5课中学习——容量扩展

6.2.6课后巩固——练习实践

6.2.7本节思维导图

知识拓展——英特尔公司第一桶“金”

6.3只读存储器

6.3.1课前自学——固定ROM

6.3.2课前自学——预习自测

6.3.3课中学习——可编程ROM

6.3.4课中学习——ROM的应用

6.3.5课后巩固——练习实践

6.3.6本节思维导图

知识拓展——存储芯片国产先锋三巨头

6.4低密度可编程逻辑器件

6.4.1课前自学——可编程逻辑器件介绍

6.4.2课前自学——预习自测

6.4.3课中学习——可编程逻辑阵列

6.4.4课中学习——可编程阵列逻辑

6.4.5课后巩固——练习实践

6.4.6本节思维导图

知识拓展——FPGA在航天领域应用

6.5任意波形发生器工程任务实现

6.5.1基本要求分析

6.5.2模块电路设计

6.5.3系统搭建

6.6本章知识综合练习

6.7本章课程设计拓展

6.8本章思维导图

第7章脉冲信号的产生与整形

7.1本章工程任务： 声控灯设计

7.1.1系统介绍

7.1.2任务需求

知识拓展——航天集成电路主力： 骊山微电子公司

7.2555定时器

7.2.1课前自学——555定时器电路结构

7.2.2课前自学——预习自测

7.2.3课中学习——555定时器工作原理

7.2.4课后巩固——练习实践

7.2.5本节思维导图

知识拓展——芯片在外太空遇到的问题： 温度聚变

7.3施密特触发器

7.3.1课前自学——施密特触发器的基本概念

7.3.2课前自学——预习自测

7.3.3课中学习——施密特触发器电路

7.3.4课中学习——施密特触发器应用

7.3.5课后巩固——练习实践

7.3.6本节思维导图

知识拓展——芯片在外太空遇到的问题： 宇宙粒子

7.4单稳态触发器

7.4.1课前自学——单稳态触发器的基本概念

7.4.2课前自学——预习自测

7.4.3课中学习——单稳态触发器电路

7.4.4课中学习——单稳态触发器应用

7.4.5课后巩固——练习实践

7.4.6本节思维导图

知识拓展——航天芯片抗辐射加固技术

7.5多谐振荡器

7.5.1课前自学——多谐振荡器的基本概念

7.5.2课前自学——预习自测

7.5.3课中学习——多谐振荡器电路

7.5.4课中学习——多谐振荡器应用举例

7.5.5课后巩固——练习实践

7.5.6本节思维导图

知识拓展——航天芯片封装技术

7.6声控灯工程任务实现

7.6.1基本要求分析

7.6.2模块电路设计

7.6.3系统搭建

7.7本章知识综合练习

7.8本章课程设计拓展

7.9本章思维导图

第8章数/模转换器与模/数转换器

8.1本章工程任务： 数控直流稳压电源

8.1.1基本原理

8.1.2任务需求

知识拓展——中国公司原创： U盘的发明

8.2D/A转换器

8.2.1课前自学——D/A转换的基本原理

8.2.2课前自学——D/A转换器的主要技术指标

8.2.3课前自学——预习自测

8.2.4课中学习——倒T形电阻网络D/A转换器

8.2.5课中学习——权电流型D/A转换器

8.2.6课中学习——集成D/A转换器及其应用

8.2.7课后巩固——练习实践

8.2.8本节思维导图

知识拓展——全国大学生智能汽车竞赛

8.3A/D转换器

8.3.1课前自学——A/D转换的一般过程

8.3.2课前自学——A/D转换器的主要技术指标

8.3.3课前自学——预习自测

8.3.4课中学习——采样保持电路

8.3.5课中学习——并行比较型A/D转换器

8.3.6课中学习——逐次逼近型A/D转换器

8.3.7课中学习——双积分型A/D转换器

8.3.8课中学习——集成A/D转换器及其应用

8.3.9课后巩固——练习实践

8.3.10本节思维导图

知识拓展——电容阵列逐次比较型ADC

8.4数控直流稳压电源工程任务实现

8.4.1基本要求分析

8.4.2模块电路设计

8.4.3系统搭建

8.5本章知识综合应用

8.6本章课程设计拓展

8.7本章思维导图

参考文献