本书内容包括:数字电子技术概论,逻辑门电路,组合逻辑电路,锁存器和触发器,时序逻辑电路,脉冲波形的产生与整形电路,半导体存储器,数模和模数转换器,可编程逻辑器件,共9章。每章均有思考题和习题,其中,大多数章的后面带有※号的一节为Proteus电路仿真例题,书后附录A介绍了计算机电路仿真软件Proteus。本书从工程应用出发,突出数字电子技术的新颖性和实用性,并为任课教师免费提供电子课件。
实用数字电子技术_欧伟明_电子工业出版社_

前 言
“数字电子技术”是电气信息类各专业必修的专业技术基础课。它主要讲述如何应用数字电路来进行数字系统设计的基本理论和方法,对于自动化、电气工程、电子信息工程、通信工程、计算机及相关专业的学生,以及将来从事这方面工作的广大科技工作者来说,熟练地掌握数字电子技术的基本理论和方法是十分必要的。
随着社会的进步和科学技术的发展,数字电子技术是当前发展*快的学科之一,数字系统和数字设备已广泛应用于各个领域。新的电子器件不断涌现,电子电路的集成度越来越高,系统的规模越来越大,数字电路的设计过程和方法也在不断地发展与完善。由于微电子技术、计算机技术的快速发展,微型计算机的广泛应用,使数字电子技术在现代科学技术领域中所占的地位更为重要,应用也更加广泛,同时也对“数字电子技术”课程的教学提出了新的、更高的要求。
在编著本书时,为了将当前的数字电子技术反映到本书中,使本书既能适合教师的教学工作,又符合学生的学习规律,我们参考了教育部组织编写的《电子技术基础(A)课程基本要求》,主要考虑了以下几点。
1.注重CMOS数字集成电路
由于微电子技术与制造工艺的进步,特别是在数字电路中,与双极型数字器件相比,MOS器件具有明显的优势。因此,我们在编著本书时,相对TTL���字集成电路而言,更加注重CMOS数字集成电路,并且在书中主要以74HC系列的数字器件举例进行了说明。
2.突出数字电子技术的新颖性和实用性
随着半导体技术的发展,新的数字器件不断出现。例如,在单片机应用系统中,大量使用8bit锁存器74HC573;在大屏幕LED显示系统中,大量使用串入并出的8bit移位寄存器74HC595;等等。虽然74HC573和74HC595属于典型的数字集成电路,并且在电气信息类专业的后续课程中,一般会使用到这些器件,但由于是较新的数字器件,所以在一般的数字电子技术教材中没有得到介绍。本书从工程应用出发,对这些广泛应用的新数字器件进行了必要的介绍,并且在本书的参考文献中,给出了从互联网搜索数字器件相关资料的途径,从而突出了数字电子技术的新颖性和实用性,并且将教材定名为《实用数字电子技术》。
3.引入计算机电路仿真软件Proteus
“数字电子技术”课程是一门实践性很强的课程,教学中在注重基本概念、基本原理和基本方法的基础上,更要注重培养学生实践动手能力和设计创新能力。在课堂理论教学中,利用计算机技术,将一部分教学内容,以计算机虚拟实验演示的形式进行教学,可使教学内容更直观、更生动,在有限的时间内,能加大授课信息量,也有利于学生电子设计创新能力的培养。为此,在本书大多数章的后面加了一节Proteus电路仿真例题(带有※号),供各院校师生灵活选用。
4.明确锁存器与触发器的不同概念
一般的数字电子技术教材,将锁存器与触发器的概念混为一谈,不加区分。实际上,二者不仅概念不同,而且都有相应的集成电路芯片。本书区分锁存器与触发器的不同概念,分别介绍实际的代表芯片(74HC573、74HC74),并且在第9章中给出了D锁存器和D触发器的VHDL程序源代码,以便进一步区分锁存器与触发器。
本书在内容编排上,力求突出基本概念、基本原理和基本分析方法。全书共9章:数字电子技术概论,逻辑门电路,组合逻辑电路,锁存器和触发器,时序逻辑电路,脉冲波形的产生与整形电路,半导体存储器,数模和模数转换器,可编程逻辑器件。每章均有思考题和习题,其中,大多数章的后面带有※号的一节为Proteus电路仿真例题。书后附录A介绍了计算机电路仿真软件Proteus。
本书从工程应用出发,突出了数字电子技术的新颖性和实用性,为任课教师免费提供电子课件。本书可作为高等学校电气信息类各专业“数字电子技术”课程的教材,也适用于有关工程技术人员参考。
本书由欧伟明教授担任主编,负责全书的策划、组织和定稿。贺素良、龙晓薇担任副主编,协助主编工作。欧伟明撰写第1章、第6章,龙晓薇撰写第2章、第3章,贺素良撰写第4章、第7章,黄卓冕撰写第5章,邹彬撰写第8章,聂辉撰写第9章、附录A。欧伟明、聂辉还共同完成了书中的Proteus电路仿真例题。
本书由凌云教授主审,凌云教授认真审阅了本书的编写提纲和全部书稿,提出了许多宝贵意见。在本书的撰写过程中,得到了湖南工业大学电气与信息工程学院的毕业生刘欢、龚事引、周勇城、龙光海、苗玉周、王乐、刘开芳、张金钢、贺爱民、李忠凡、袁瑶、汤旭东、田超、柏丹的支持,他们对书中部分硬件电路和部分程序的初步调试进行了有益的工作。在此,一并表示衷心的感谢!


欧伟明
2013年中秋于湖南工业大学

第1章 数字电子技术概论 1
1.1 数字电路的基本概念 1
1.1.1 模拟信号与数字信号 1
1.1.2 数字信号的主要参数 2
1.1.3 数字技术的发展及其应用 2
1.1.4 数字集成电路的分类及特点 4
1.2 数制 5
1.2.1 十进制 5
1.2.2 二进制 6
1.2.3 十六进制 7
1.2.4 数制之间的相互转换 7
1.2.5 带符号数的表示方法 9
1.3 编码 11
1.3.1 二?十进制编码 11
1.3.2 格雷码 12
1.3.3 ASCII码 13
1.4 逻辑代数基础 14
1.4.1 逻辑变量和逻辑函数 14
1.4.2 三种基本逻辑运算及逻辑符号 15
1.4.3 逻辑函数的描述方法 18
1.4.4 逻辑代数运算的基本规则 19
1.4.5 逻辑函数的代数化简法 21
1.4.6 逻辑函数的卡诺图化简法 24
1.5 正、负逻辑及逻辑符号的变换 31
1.5.1 正逻辑、负逻辑的概念 31
1.5.2 混合逻辑中逻辑符号的等效变换 32
本章小结 33
思考题和习题1 34
第2章 逻辑门电路 37
2.1 逻辑门的外部特性和参数 37
2.1.1 逻辑门电路简介 37
2.1.2 逻辑电平 38
2.1.3 噪声容限 39
2.1.4 延时?功耗乘积 39
2.1.5 扇入数和扇出数 40
2.2 MOS逻辑门电路 42
2.2.1 MOS管的开关特性 42
2.2.2 CMOS反相器 43
2.2.3 其他CMOS门电路 45
2.2.4 使用CMOS芯片的注意事项 51
2.2.5 CMOS门电路产品系列 52
2.3 TTL逻辑门电路 53
2.3.1 三极管的开关特性 53
2.3.2 TTL反相器 55
2.3.3 其他TTL门电路 56
2.3.4 使用TTL芯片的注意事项 59
2.3.5 CMOS和TTL的性能比较 60
2.4 集成逻辑门电路的应用 60
2.4.1 TTL与CMOS器件之间的接口问题 61
2.4.2 用门电路驱动LED显示器件 62
2.4.3 电源去耦合和接地方法 63
※2.5 Proteus电路仿真例题 64
本章小结 66
思考题和习题2 67
第3章 组合逻辑电路 72
3.1 组合逻辑电路的概念 72
3.2 组合逻辑电路的分析设计方法 72
3.2.1 组合逻辑电路的分析方法 72
3.2.2 组合逻辑电路的设计方法 73
3.3 常用组合逻辑电路 75
3.3.1 编码器 76
3.3.2 译码器 79
3.3.3 数据选择器 86
3.3.4 数值比较器 87
3.3.5 加法器 89
3.3.6 组合逻辑集成电路应用举例 92
3.4 组合逻辑电路中的竞争冒险 96
3.4.1 竞争冒险的产生原因 96
3.4.2 竞争冒险的消除方法 96
※3.5 Proteus电路仿真例题 98
本章小结 99
思考题和习题3 100
第4章 锁存器和触发器 102
4.1 双稳态存储单元电路 102
4.1.1 电路双稳态的概念 102
4.1.2 双稳态存储单元电路 102
4.2 锁存器 103
4.2.1 RS锁存器 103
4.2.2 D锁存器 106
4.2.3 8D锁存器74HC573芯片介绍 107
4.3 触发器的电路结构 109
4.3.1 主从触发器 110
4.3.2 维持阻塞触发器 114
4.3.3 双D触发器74HC74芯片介绍 116
4.3.4 触发器的动态性能技术指标 117
4.4 不同逻辑功能的触发器 118
4.4.1 D触发器 119
4.4.2 JK触发器 119
4.4.3 RS触发器 120
4.4.4 T触发器和T'触发器 120
4.4.5 触发器逻辑功能的转换 121
※4.5 Proteus电路仿真例题 122
本章小结 125
思考题和习题4 126
第5章 时序逻辑电路 130
5.1 时序逻辑电路的概念 130
5.1.1 时序逻辑电路的结构及特点 130
5.1.2 时序逻辑电路的分类 131
5.1.3 时序逻辑电路功能的描述方法 131
5.2 时序逻辑电路的分析方法 132
5.2.1 分析时序逻辑电路的一般步骤 132
5.2.2 同步时序逻辑电路的分析举例 133
5.2.3 异步时序逻辑电路的分析举例 135
5.3 计数器 137
5.3.1 二进制计数器 137
5.3.2 其他进制计数器 141
5.3.3 计数器集成电路的应用举例 142
5.4 寄存器 146
5.4.1 数码寄存器 146
5.4.2 移位寄存器 146
5.4.3 74HC595芯片介绍 148
5.4.4 移位寄存器构成的移位型计数器 149
5.5 时序逻辑电路的设计方法 151
5.5.1 同步时序逻辑电路的设计方法 151
5.5.2 时序逻辑电路的设计举例 152
※5.6 Proteus电路仿真例题 156
本章小结 158
思考题和习题5 159
第6章 脉冲波形的产生与整形电路 164
6.1 集成电路555定时器 164
6.1.1 555定时器的电路结构与工作原理 164
6.1.2 555定时器的功能表 165
6.2 施密特触发器 166
6.2.1 用555定时器组成的施密特触发器 166
6.2.2 施密特触发器CC40106芯片介绍 167
6.2.3 施密特触发器的应用举例 168
6.3 多谐振荡器 170
6.3.1 用555定时器组成的多谐振荡器 170
6.3.2 占空比可调的多谐振荡器电路 171
6.3.3 石英晶体多谐振荡器 172
6.3.4 多谐振荡器的应用举例 173
6.4 单稳态触发器 174
6.4.1 用555定时器组成的单稳态触发器 174
6.4.2 单稳态触发器74LS121、MC14528芯片介绍 176
6.4.3 单稳态触发器的应用举例 179
※6.5 Proteus电路仿真例题 181
本章小结 185
思考题和习题6 186
第7章 半导体存储器 191
7.1 概述 191
7.2 随机存取存储器 192
7.2.1 RAM的基本结构 192
7.2.2 RAM的存储单元 194
7.2.3 存储容量的扩展 196
7.3 只读存储器 198
7.3.1 ROM的分类 198
7.3.2 ROM的基本结构 199
7.3.3 存储器AT27C040芯片介绍 200
7.3.4 ROM的应用举例 202
7.3.5 存储容量的扩展 203
※7.4 Proteus电路仿真例题 204
本章小结 206
思考题和习题7 206
第8章 数模和模数转换器 209
8.1 D/A转换器 209
8.1.1 D/A转换器的基本工作原理 209
8.1.2 倒T形电阻网络D/A转换器 209
8.1.3 权电流型D/A转换器 211
8.1.4 D/A转换器的主要技术指标 212
8.1.5 D/A转换器DAC0808应用举例 213
8.2 A/D转换器 214
8.2.1 A/D转换器的基本工作原理 214
8.2.2 取样?保持电路 215
8.2.3 并行比较型A/D转换器 216
8.2.4 逐次比较型A/D转换器 218
8.2.5 双积分型A/D转换器 219
8.2.6 A/D转换器的主要技术指标 221
8.2.7 A/D转换器ADC0809应用举例 221
※8.3 Proteus电路仿真例题 223
本章小结 226
思考题和习题8 226
第9章 可编程逻辑器件 229
9.1 PLD概述 229
9.1.1 PLD的发展历程 229
9.1.2 PLD的分类 230
9.1.3 PLD的逻辑表示方法 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 复杂可编程逻辑器件 234
9.3.1 基于乘积项的CPLD基本结构 234
9.3.2 CPLD产品概述 236
9.4 现场可编程门阵列 237
9.4.1 基于查找表的FPGA基本结构 237
9.4.2 FPGA产品概述 240
9.5 基于CPLD/FPGA的数字系统开发流程 240
9.5.1 一般开发流程 241
9.5.2 硬件描述语言VHDL/Verilog HDL 241
9.5.3 D锁存器和D触发器的VHDL设计 243
9.5.4 集成开发环境Quartus II 244
本章小结 246
思考题和习题9 246
附录A 电路仿真软件Proteus 247
A.1 Proteus电路仿真软件简介 247
A.1.1 Proteus简介 247
A.1.2 Proteus组成 247
A.1.3 Proteus基本资源 247
A.1.4 Proteus基本操作与设置 250
A.2 基于Proteus的电路设计 252
A.2.1 设计流程 252
A.2.2 设计实例 253
A.3 基于Proteus的电路仿真 255
A.3.1 交互式仿真 256
A.3.2 基于图表的仿真 256
参考文献 258