第4版前言
本书是为了高等学校电气与电子类、自动化类、计算机类和其他相近专业而编著的基础教材。为“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”。
自《数字电子技术》(第一版)出版至今,已经过去了十多个年头。根据广大读者提出的宝贵意见,本书曾做了多次修订。深受读者喜爱。
第4版修订中,为了保证教学基本单元的体系完整及学时的要求,将1.4节VHDL语言基础及第2章至第9章有关电路的VHDL的描述全部删除,因为这部分内容在后续课程——虚拟实验及仿真模拟会进行讲解。修订后全书共分为9章。第1章为数字逻辑基础,主要介绍数制与码制、逻辑代数(布尔代数)、逻辑函数及化简;第2章为逻辑门电路,主要介绍分立元件门逻辑、TTL集成门电路、ECL门电路和CMOS门电路;第3章为组合逻辑电路,主要介绍组合逻辑电路的分析方法和设计方法、若干组合逻辑电路及组合逻辑电路中的竞争—冒险现象;第4章为触发器,主要介绍触发器的电路结构与动作特点、触发器的逻辑功能及其描述方法和触发器的动态参数;第5章为时序逻辑电路,主要介绍同步、异步时序逻辑电路的分析方法和设计方法,分析了几种常用的时序逻辑电路和时序逻辑电路的竞争—冒险现象;第6章为脉冲信号的产生与整形电路,主要介绍施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的基本原理,以及用模拟运放、逻辑门电路、石英晶体、555定时器构成各种触发器和多谐振荡器;第7章为半导体存储器,主要介绍只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)的原理和构成,以及存储的扩展方式;第8章为可编程逻辑器件,主要介绍可编程逻辑器件的基本结构,PLD电路的表示方法,可编程通用阵列逻辑GAL,复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程门阵列(FPGA)、在系统可编程逻辑器件(ISPPLD)的结构和原理;第9章为数/模转换和模/数转换,主要介绍各种数/模和模/数转换器的结构和原理。
在本次修订过程中,对各章的习题组织一次全面系统的演算和对附录A习题参考答案进行了一次全面的核对。
第4版修订主要由高吉祥、丁文霞担任主编,王彦、庄友谊、董招辉、王文虎参与编著。本次修订工作的指导思想是:依据教育部有关电子信息科学与电气信息类基础课程教学的基本要求,同时继续遵循本书前三版的编写原则“确保基础、精选内容、加强概念、推陈出新、联系实际、侧重集成、避免遗漏、防止重复、统一符号、形成系统”。
为方便学生学好该门课程,课程组还编写了实验与课程设计教材、学习辅助教材、拓宽教材、教师参考用书以及多媒体课件。与本书配套的教材有:
1. 《电子技术基础实验与课程设计》(第三版)高吉祥、库锡树主编,丁文霞、陆珉、刘安芝、刘菊荣编著,电子工业出版社出版;
2. 《数字电子技术学习辅导及习题详解》高吉祥主编,丁文霞、陈忠泽、黄智伟编著,电子工业出版社出版;
3. 《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程——数字系统与自动控制系统设计》高吉祥主编,丁文霞、关永峰、潘中银编著,电子工业出版社出版;
4. 《数字电子技术》教师参考用书(内部资料);
5. 《数字电子技术》多媒体教学课件(光盘)。
选用本教材的学校,可免费获取多媒体教学课件及教师参考用书,但必须由用书学校教务处出具证明,与电子工业出版社高等教育分社联系,或登录www.hxedu.com.cn索取。
2009年3月29日在长沙由凌永顺院士、傅丰林、王志功、甘良才、蔡自兴、刘力等几位教授对整个电子系列教材进行成果鉴定,对这套教材给予了极高的评价。详见“电子技术基础”系列教材成果鉴定意见。张晋民教授在系列丛书的修订工作中,对丛书知识体系的调整、内容结构的配比,提出了宝贵的建议,在些一并表示感谢。
本书适合课时数为40~60个学时。书中带“*”的小节为拓宽内容,可根据学时数的要求选讲。
新版教材中一定还有不少缺点和不足之处,恳请广大读者给予批评指正。
编 著 者
2016年5月
第1章 数字逻辑基础
1.1 数制与编码
1.1.1 数制
1.1.2 数制间的转换
1.1.3 编码
1.2 逻辑代数
1.2.1 逻辑变量与逻辑函数概念
1.2.2 三种基本逻辑及其运算
1.2.3 复合逻辑及其运算
1.2.4 逻辑函数的描述
1.2.5 逻辑代数的定律、规则及常用公式
1.3 逻辑函数化简
1.3.1 逻辑函数的最简形式
1.3.2 逻辑函数的代数化简法
1.3.3 图解化简法(卡诺图化简法)
1.3.4 具有无关项的逻辑函数及其化简
本章小结
习题一
第2章 逻辑门电路
2.1 概述
2.2 半导体器件的开关特性
2.2.1 半导体二极管的开关特性
2.2.2 双极型三极管的开关特性
2.2.3 MOS管的开关特性
2.3 分立元件门电路
2.3.1 二极管与门
2.3.2 二极管或门
2.3.3 三极管非门
2.4 TTL集成门电路
2.4.1 TTL集成门电路的结构
2.4.2 TTL门电路
2.5 MOS门电路
2.5.1 NMOS门电路
2.5.2 CMOS门电路
2.5.3 CMOS集成电路的主要特点和使用中应注意的问题
2.6 TTL电路与CMOS电路的接口
本章小结
习题二
第3章 组合逻辑电路
3.1 概述
3.2 组合逻辑电路的基本分析和设计方法
3.2.1 组合逻辑电路的基本分析方法
3.2.2 组合逻辑电路的基本设计方法
3.3 若干常用的组合逻辑电路
3.3.1 全加法器
3.3.2 编码器
3.3.3 数值比较器
3.3.4 译码器
3.3.5 数据分配器
3.3.6 数据选择器
3.4 组合电路中的竞争―冒险
3.4.1 竞争―冒险的概念及其产生原因
3.4.2 消除竞争―冒险的方法
本章小结
习题三
第4章 触发器
4.1 概述
4.2 电平型基本RS触发器
4.2.1 与非门构成的基本RS触发器
4.2.2 或非门构成的基本RS触发器
4.2.3 电平型基本RS触发器的动作特点
4.3 时钟控制的电平触发器(同步触发器)
4.3.1 同步RS触发器
4.3.2 同步D触发器
4.3.3 同步JK触发器
4.3.4 同步T触发器和T′触发器
4.3.5 同步触发器的动作特点
4.4 主从触发器
4.4.1 主从RS触发器
4.4.2 主从D触发器
4.4.3 主从JK触发器
4.5 边沿触发器
4.5.1 维持阻塞结构正边沿触发器
4.5.2 利用传输延迟时间的负边沿触发器
4.6 CMOS触发器
4.6.1 带使能端的CMOS型D触发器
4.6.2 CMOS主从D触发器
4.6.3 CMOS主从JK触发器
4.7 钟控触发器的逻辑功能及其描述方法
4.7.1 钟控触发器按逻辑功能的分类
4.7.2 触发器的电路结构和逻辑功能的关系
4.8 不同类型触发器之间的转换
4.8.1 D型触发器转换成JK型触发器
4.8.2 JK型触发器转换成D触发器
4.9 触发器的动态参数
本章小结
习题四
第5章 时序逻辑电路
5.1 概述
5.2 时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图和时序图
5.2.1 状态转换表(state table)
5.2.2 状态转换图(state diagram)
5.2.3 时序图(timing diagram)
5.3 同步时序逻辑电路的分析和设计方法
5.3.1 同步时序逻辑电路的分析方法
5.3.2 同步时序逻辑电路的设计方法
5.4 异步时序电路的分析和设计方法
5.4.1 脉冲型异步时序电路的分析方法
5.4.2 脉冲型异步时序电路的设计方法
5.5 几种常用的时序逻辑电路
5.5.1 寄存器和移位寄存器(Register and Shift Register)
5.5.2 计数器
*5.5.3 顺序脉冲发生器
*5.5.4 序列信号发生器
*5.6 时序逻辑电路中的竞争―冒险现象
本章小结
习题五
第6章 脉冲信号的产生与整形
6.1 概述
6.2 时基集成电路的结构和工作原理
6.2.1 555时基电路的特点和封装
6.2.2 555时基电路的工作原理
6.2.3 双极型555和CMOS型555的性能比较
6.3 施密特触发器
6.3.1 集成施密特触发器
6.3.2 用555定时器接成的施密特触发器
6.3.3 施密特触发器的应用
6.4 单稳态触发器
6.4.1 用门电路组成的单稳态触发器
6.4.2 集成单稳态触发器
6.4.3 用555时基电路构成的单稳态触发器
6.4.4 单稳态触发器的应用
6.5 多谐振荡器
6.5.1 对称式多谐振荡器
6.5.2 非对称式多谐振荡器
6.5.3 环形振荡器
6.5.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
6.5.5 石英晶体多谐振荡器
6.5.6 用555时基电路构成的多谐振荡器
*6.5.7 压控振荡器
本章小结
习题六
第7章 半导体存储器
7.1 概述
7.2 只读存储器(ROM)
7.2.1 只读存储器的电路结构
7.2.2 掩模只读存储器
7.2.3 可编程只读存储器(PROM)
7.2.4 可擦除的可编程只读存储器(EPROM)
7.2.5 电信号擦除的可编程只读存储器(EEPROM)
7.2.6 快闪存储器(Flash Memory)
7.3 随机存储器(RAM)
7.3.1 静态随机存储器(SRAM)
7.3.2 动态随机存储器(DRAM)
7.4 存储器容量的扩展
7.4.1 位扩展方式
7.4.2 字扩展方式
7.5 用存储器实现组合逻辑函数
本章小结
习题七
第8章 可编程逻辑器件
8.1 概述
8.2 可编程逻辑器件的基本结构和电路表示方法
8.2.1 可编程逻辑器件的基本结构
8.2.2 PLD电路的表示方法
8.3 可编程阵列逻辑(PAL)
8.3.1 基本的PAL电路
8.3.2 带寄存器输出的PAL电路
8.3.3 两种输出结构的PAL电路
8.3.4 带异或输出的PAL电路
8.3.5 运算选通反馈结构
8.3.6 PAL的应用举例
8.4 可编程通用阵列逻辑(GAL)
8.4.1 GAL器件的基本结构
8.4.2 输出逻辑宏单元OLMC
8.4.3 GAL器件的结构控制字
8.4.4 输出逻辑宏单元(OLMC)的组态
8.4.5 GAL器件行地址映射图
8.5 复杂可编程逻辑器件(CPLD)
8.5.1 XC9500系列器件结构
8.5.2 功能块FB
8.5.3 宏单元
8.5.4 乘积项分配器(PT)
8.5.5 Fast CONNECT开关矩阵
8.5.6 输入/输出块(IOB)
8.5.7 JTAG边界扫描接口
8.6 现场编程门阵列(FPGA)
8.6.1 FPGA的基本结构
8.6.2 可配置逻辑块(CLB)结构
8.6.3 输入/输出块(IOB)结构
8.6.4 FPGA的互连资源
8.7 在系统可编程逻辑器件(ISP?PLD)
8.7.1 ispLSI的基本结构
8.7.2 通用逻辑块(GLB)
8.7.3 全局布线区GRP
8.7.4 输出布线区ORP
8.7.5 输入/输出单元
8.7.6 时钟网络
8.7.7 边界扫描
8.7.8 用户电子标签(UES)和保密位
本章小结
习题八
第9章 数/模转换与模/数转换
9.1 概述
9.2 数/模转换器(DAC)
9.2.1 数/模转换器基本原理
9.2.2 数/模转换器的主要技术指标
9.2.3 集成DAC典型芯片
9.2.4 集成DAC的应用
9.3 模/数转换器(ADC)
9.3.1 模/数转换器基本原理
9.3.2 模/数转换器的主要技术指标
9.3.3 集成ADC典型芯片
9.3.4 集成ADC的应用
本章小结
习题九
附录A 部分习题参考答案
附录B 文字符号及其说明
参考文献