
本书根据教育部高等学校"数字电子技术”课程教学内容的基本要求编写,编写中力求做到结合工程实际,并充分考虑到现代数字电子技术的飞速发展。本书既有严密完整的理论体系,又具有较强的实用性。本书将数字电子技术内容进行整合重构,实现了理论和实践的有机融合。主要内容包括数字逻辑电路基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、大规模集成电路以及数字系统的设计与制作,共8个项目以及附录等内容。书中给出了大量的例题和习题,以便于学生自学,书后附录给出了一些技能训练题目,以便于学生应用能力的培养。
“数字电子技术”课程是电子、电气、信息技术和计算机等专业的一门必修基础课,以往的教材存在课时少、内容多、专业内容各异以及理论和实践脱节等问题,一直是困扰普通高等教育与高等职业教育的难题。众所周知,有一本合适的《数字电子技术》教材是学好本课程的重要条件之一。为此,我们经过充分调研与论证,广泛采纳各版本之所长,本着知识够用、知识点新、应用性强,利于理解和自学的原则,将“数字电子技术”各部分内容进行了精心选择、整合重构。 本书系2017年河南省高等教育教学改革研究与实践项目(项目编号:2017SJGLX647)“电子技术系列课程教学和高职院校创新人才培养问题研究”的研究成果。 本书依据高等学校数字电子技术课程教学内容的基本要求编写而成,编写时充分考虑了数字电子技术的飞速发展,在原有内容的基础上,增加了数字电子技术新理论、新技术和新器件及其应用的介绍等内容。 本书具有以下特点: (1)理论和实践相辅相成,既有利于学生对理论知识的掌握,又有利于培养学生的技能水平。 (2)反映了数字电子技术的新发展,重点介绍了数字电路的新技术和新器件。 (3)重点介绍数字电路的分析方法和设计方法及常用集成电路的应用,对于数字集成电路的内部结构不做过多的分析和繁杂的数学公式推导。 (4)在内容编排上,力求顺序合理,逻辑性强、深入浅出、通俗易懂、可读性强,以便教师组织教学。 (5)对加宽加深的内容标有*号,以便教师选讲和学生自学。 (6)教材正文与例题、习题紧密配合,例题是正文的补充,某些内容则有意让读者通过习题来掌握,以调节教学节律,利于学生深化理解。 (7)本书电路中所用逻辑符号均采用国标符号和国际流行符号。 (8)数字电子技术与模拟电子技术是姊妹课程,其共同硬件基础是半导体器件。书中将半导体器件知识做了简单介绍。 本书教学学时为理论48~64学时,实践16学时,不同专业可以根据教学要求适当调整教学学时。例如,电子、电气专业可以增加学时,信息类专业和机械类专业可以适当减少学时。 本书由焦作大学靳孝峰主持编写;由焦作大学靳孝峰、重庆电信职业学院尹明锂、广西机电工程学校何励担任主编;由湖北三峡职业技术学院刘潇、山东电子职业技术学院王琰、贵州电子信息职业技术学院蔡光祥、焦作大学郑文杰担任副主编;由焦作大学杨光,重庆城市管理职业学院吕坤颐,内江职业技术学院唐明,中国石油新疆培训中心(新疆技师学院)徐艳,铜仁职业技术学院王恒、郭俊亮、季文文、唐孝国,共同参与完成编写工作。 由于作者水平有限,书中难免有错漏与不当之处,敬请广大教师和读者指正,以便今后修订完善。 编 者 2019年2月
项目1 数字逻辑电路基础 1 1.1 数字电路概述 1 1.1.1 数字信号和数字电路 1 1.1.2 数字电子技术课程的特点和学习方法 2 *1.2 半导体器件及其开关特性 3 1.2.1 半导体二极管及其开关特性 3 1.2.2 半导体三极管及其开关特性 4 1.2.3 半导体MOS管及其开关特性 4 1.3 数制和二进制代码 5 1.3.1 常用的数制与运算 5 1.3.2 不同进制数之间的相互转换 7 1.3.3 二进制代码 9 1.4 逻辑代数基础 12 1.4.1 逻辑代数及其运算 12 1.4.2 逻辑代数的公理和公式 18 1.4.3 逻辑代数的三大规则 20 1.4.4 逻辑函数的表示方法及相互转换 21 1.4.5 逻辑函数的最小项及其最小项表达式 24 1.5 逻辑函数的化简 26 1.5.1 逻辑函数化简的意义和最简的与―或表达式 26 1.5.2 逻辑函数的代数化简法 27 1.5.3 逻辑函数的卡诺图化简法 31 项目1小结 40 项目1习题 40 项目2 逻辑门电路 42 2.1 逻辑门电路概述 42 2.2 3种基本逻辑门电路 43 2.2.1 二极管与门和或门电路 43 2.2.2 三极管非门电路 44 2.3 TTL集成逻辑门电路 45 2.3.1 典型TTL门电路 45 2.3.2 集电极开路门和三态输出门 46 2.3.3 TTL集成逻辑门电路的系列和类型 51 2.4 CMOS集成逻辑门电路 53 2.4.1 CMOS集成逻辑门电路的特点 53 2.4.2 典型CMOS集成门电路 53 2.4.3 CMOS集成门电路类型 56 2.5 集成逻辑门电路的性能参数及应用 56 2.5.1 集成逻辑门电路的性能参数 56 2.5.2 集成逻辑门电路的应用 59 项目2小结 60 项目2习题 61 项目3 组合逻辑电路 63 3.1 组合逻辑电路概述 63 3.1.1 组合逻辑电路的特点及类型 63 3.1.2 组合逻辑电路的逻辑功能描述 64 3.2 组合逻辑电路的分析和设计 64 3.2.1 组合逻辑电路的分析 64 3.2.2 组合逻辑电路的设计 66 *3.2.3 组合电路的竞争冒险现象 68 3.3 常见组合逻辑电路及其应用 71 3.3.1 编码器及其应用 71 3.3.2 译码器及其应用 76 3.3.3 数据选择器及其应用 87 3.3.4 加法器及其应用 90 3.3.5 数值比较器及其应用 96 项目3小结 100 项目3习题 100 项目4 触发器 102 4.1 触发器的特点及类型 102 4.1.1 触发器的特点 102 4.1.2 触发器的分类 103 4.2 基本RS触发器 103 4.2.1 基本RS触发器的电路结构和工作原理 103 4.2.2 基本RS触发器的功能 104 4.2.3 基本RS触发器的工作特点 106 4.3 常见触发器的逻辑功能 106 4.3.1 D触发器 106 4.3.2 JK触发器 107 4.3.3 T触发器和T′触发器 108 4.4 触发器的电路结构和动作特点 108 4.4.1 同步触发器 108 *4.4.2 主从触发器 110 4.4.3 边沿触发器 111 4.5 集成触发器的应用 116 4.5.1 集成触发器的参数 116 4.5.2 触发器的选择和使用 117 4.5.3 不同类型时钟触发器之间的转换 118 项目4小结 119 项目4习题 120 项目5 时序逻辑电路 123 5.1 时序逻辑电路概述 123 5.1.1 时序逻辑电路的特点 123 5.1.2 时序逻辑电路的功能描述 124 5.1.3 时序逻辑电路的分类 125 5.2 时序逻辑电路的分析 126 5.2.1 时序逻辑电路的分析方法 126 5.2.2 时序逻辑电路的分析举例 127 *5.3 时序逻辑电路的设计 130 *5.4 时序逻辑电路的竞争冒险 133 5.5 计数器及其应用 134 5.5.1 计数器概述 134 5.5.2 同步计数器 135 5.5.3 异步计数器 137 5.5.4 集成计数器 138 5.5.5 集成计数器构成任意进制计数器 141 5.5.6 集成计数器的其他应用 144 5.6 寄存器及其应用 147 5.6.1 寄存器的特点及类型 147 5.6.2 数码寄存器 148 5.6.3 移位寄存器 149 5.6.4 集成寄存器 151 5.6.5 集成寄存器的应用 153 项目5小结 157 项目5习题 158 项目6 脉冲信号的产生与整形 161 6.1 脉冲信号与脉冲电路 161 6.1.1 脉冲信号及其主要参数 161 6.1.2 脉冲电路的特点与分类 162 6.2 555定时器 163 6.2.1 555定时器的特点和分类 163 6.2.2 555定时器的电路结构和逻辑功能 163 6.2.3 555定时器的主要参数 165 6.3 施密特触发器及其应用 166 6.3.1 施密特触发器的特点及分类 166 6.3.2 555定时器构成的施密特触发器 167 6.3.3 施密特触发器的应用 168 6.4 单稳态触发器及其应用 170 6.4.1 单稳态触发器的特点及分类 170 6.4.2 555定时器构成的单稳态触发器 172 6.4.3 单稳态触发器的应用 175 6.5 多谐振荡器及其应用 176 6.5.1 多谐振荡器的特点及分类 176 6.5.2 555定时器构成的多谐振荡器 176 6.5.3 多谐振荡器的应用 179 6.6 555定时器综合应用实例 180 6.6.1 定时和延时电路 180 6.6.2 温度控制电路 182 6.6.3 模拟声响电路 182 项目6小结 183 项目6习题 184 项目7 大规模集成电路 186 7.1 D/A转换器 186 7.1.1 D/A转换器概述 186 7.1.2 D/A转换器的组成和转换过程 187 7.1.3 D/A转换器的主要技术指标及选用 188 7.1.4 集成D/A转换器及应用 190 7.2 A/D转换器 193 7.2.1 A/D转换器概述 193 7.2.2 A/D转换的过程 193 7.2.3 A/D转换器的主要技术指标及选用 196 7.2.4 集成A/D转换器及应用 198 7.3 半导体存储器 200 7.3.1 半导体存储器概述 200 7.3.2 只读存储器 201 7.3.3 随机存取存储器 206 7.3.4 存储器的扩展及应用 209 项目7小结 213 项目7习题 214 *项目8 数字系统的设计与制作 215 8.1 数字系统及其描述方法 215 8.1.1 数字系统的组成 215 8.1.2 数字电路系统的方框图描述法 216 8.2 设计举例——数字频率计的设计与制作 216 8.2.1 数字频率计的电路设计 216 8.2.2 频率计的制作与调试 220 8.3 数字电路系统设计与制作的一般方法 221 8.3.1 数字电路系统设计的一般方法 221 8.3.2 数字电路系统的制作以及安装与调试 223 8.4 数字电路系统一般故障的检查和排除 224 8.4.1 常见故障 224 8.4.2 产生故障的主要原因 225 8.4.3 查找故障的常用方法 225 8.4.4 故障的排除 227 项目8小结 227 项目8习题 227 附录A 实验技能训练 228 技能训练1 照明灯的逻辑控制 228 技能训练2 半导体二极管、三极管的开关特性测试 229 技能训练3 集成逻辑门的逻辑功能和参数测试 229 技能训练4 TTL集电极开路门和三态输出门的应用 230 技能训练5 组合逻辑电路的设计与测试 231 技能训练6 数据选择器及其应用 231 技能训练7 译码器及其应用 232 技能训练8 触发器及其逻辑功能测试 232 技能训练9 触发器的应用 233 技能训练10 计数器及其应用 233 技能训练11 移位寄存器及其应用 233 技能训练12 555定时器及其应用 234 技能训练13 D/A转换器、A/D转换器及其应用 234 技能训练14 EPROM的应用 235 技能训练15 GAL的应用 235 附录B 国产半导体集成电路型号命名法(国家标准GB3430—82) 237 参考文献 238