数字电子技术

•内容力求少而精，在“精练”上取胜。精选内容，优选讲法，以符合教学基本要求为准。

•为了解决内容多与学时紧的矛盾，并突出学生的个性培养，在每章的最后设置辅修内容。在学时多的情况下，教师也可选讲该部分自学材料，真正做到好教好学。

•在保证基础内容的前提下，加重中大规模数字集成电路的相关内容。

•提出数字系统的组成的概念，对数字系统的模块化扩展、分析与设计方法进行重点、系统的介绍。

•教材中引入了超高速硬件描述语言VHDL，在相关章节的辅修内容中给出有关基本数字功能器件及数字系统的VHDL语言描述，便于学生循序渐进地自学。

“数字电子技术基础”是工科院校电气电子信息类专业的一门重要的技术基础课，研究各种数字器件、数字电路、数字系统、模数混合系统的工作原理和分析与设计方法。为适应电子信息科学技术的飞速发展和21世纪对高素质创新人才培养的要求，我们结合多年的教学实践经验，编写了本书。本书具有以下特点：

（1）力求少而精，在“精练”上取胜。精选内容，优选讲法，以符合教学基本要求为准。

（2）为了解决内容多与学时紧的矛盾，并突出学生的个性培养，在每一章的最后一节提供了辅修内容。在学时多的情况下，教师也可选讲该部分内容，真正做到好教好学。

（3）在保证基础内容的前提下，加重中大规模数字集成电路的相关内容。

（4）提出数字系统组成的概念，对数字系统的模块化扩展、分析与设计方法进行重点、系统的介绍。

（5）教材中引入了超高速硬件描述语言VHDL，在相关章节的辅修内容中给出有关基本数字功能器件及数字系统的VHDL语言描述，便于学生循序渐进地自学。

本书共有10章。第1章为逻辑代数基础，包括逻辑代数的基本概念、公式定理，逻辑函数的表示法及化简法，VHDL语言基础；第2章为门电路，包括TTL、CMOS两种集成门电路的电路结构、工作原理、有关特性与参数，重点介绍了三种特殊结构（OC、TSL、TG）数字集成电路技术，并涉及门电路的VHDL语言的描述；第3章为组合逻辑电路，包括组合逻辑电路的分析与设计方法，重点讲述几种常用的中规模集成组合逻辑芯片及其VHDL语言的描述；第4章为触发器，包括各种不同类型触发器的电路结构、动作特点、逻辑功能和VHDL语言的描述；第5章为时序逻辑电路，包括时序逻辑电路的分析与设计方法，侧重介绍几种常用的中规模集成时序逻辑芯片和VHDL语言的描述；第6章为半导体存储器，包括ROM、RAM的电路结构、工作原理、特点和VHDL语言的描述；第7章为数字系统的分析与设计，介绍数字系统组成的概念，数字系统模块化的分析与设计方法，数字系统的扩展方法，VHDL语言在数字系统模块化分析与设计中的应用；第8章为可编程逻辑器件，包括各种可编程逻辑器件的结构、工作原理及特点；第9章为脉冲波形的产生与整形，介绍施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的特点、作用和电路构成；第10章为数模与模数转换，包括ADC、DAC的特点、电路构成和工作原理等。

本书是在总结中南大学信息科学与工程学院电工电子教学与实验中心教师多年教学实践经验的基础上于2015年完成编写工作。该书由陈明义任主编，覃爱娜、陈革辉任副主编。其中，覃爱娜负责第1章、第2章、第3章的编写；陈革辉负责第4章、第5章、第6章的编写；陈明义负责第7章、第8章、第9章、第10章的编写。该书在编写过程中得到了罗桂娥、张亚明、李飞、刘献如、彭卫超、余迪、朱利香等老师的帮助和支持。最后，由陈明义统稿定稿。

本书可作为高等学校电气电子信息类专业“数字电子技术基础”课程的教材，也可作为从事电子技术的工程技术人员及广大电子技术爱好者的参考书。

本书在编写过程中得到了全体同仁的大力支持，在此一并表示衷心的感谢。

由于编写水平有限，加之时间仓促，书中难免有许多不妥与错误，殷切期望读者批评与指正。

前言
第1章 逻辑代数基础 1
1.1 逻辑变量和逻辑运算 1
1.1.1 逻辑变量 1
1.1.2 基本逻辑运算 1
1.1.3 复合逻辑运算 4
1.2 逻辑代数的公式和定理 6
1.2.1 逻辑代数的基本公式和常用公式 6
1.2.2 逻辑代数的基本定理 7
1.3 逻辑函数及其表示方式 8
1.3.1 逻辑函数的表示方法 9
1.3.2 逻辑函数的标准形式 12
1.4 逻辑函数的公式化简法 16
1.4.1 最简逻辑式的概念 16
1.4.2 逻辑函数的公式化简法 16
1.5 逻辑函数的卡诺图化简 18
1.5.1 逻辑函数的卡诺图表示法 19
1.5.2 用卡诺图化简逻辑函数 20
1.6 具有无关项的逻辑函数及其化简 23
1.6.1 逻辑函数的无关项 23
1.6.2 具有无关项的逻辑函数的化简 24
1.7 逻辑函数的变换与实现 25
1.7.1 逻辑函数的表达形式 25
1.7.2 逻辑函数的变换 27
1.8 辅修内容 28
1.8.1 数制和码制 28
1.8.2 用Q-M法化简逻辑函数 34
1.8.3 VHDL语言基础 37
本章小结 43
习题一 44
第2章 门电路 48
2.1 数字电路的二值逻辑状态表示 48
2.2 半导体器件的开关特性 49
2.2.1 半导体二极管的开关特性 49
2.2.2 半导体三极管的开关特性 51
2.2.3 MOS管的开关特性 54
2.3 分立元件门电路 56
2.3.1 二极管与门 56
2.3.2 二极管或门 57
2.3.3 晶体三极管非门 58
2.4 TTL集成门电路 59
2.4.1 TTL反相器 59
2.4.2 其他逻辑功能的TTL门电路 68
2.4.3 特殊逻辑功能的TTL门电路 71
2.5 CMOS集成门电路 74
2.5.1 CMOS反相器 74
2.5.2 其他逻辑功能的CMOS门电路 80
2.5.3 特殊逻辑功能的CMOS门电路 83
2.6 辅修内容 86
2.6.1 改进型的TTL门电路 86
2.6.2 其他类型的双极型数字集成电路 90
2.6.3 其他类型的MOS电路 95
2.6.4 逻辑门电路的正确使用 98
2.6.5 门电路的VHDL语言描述 105
本章小结 111
习题二 111
第3章 组合逻辑电路 116
3.1 组合逻辑电路的特点 116
3.2 组合逻辑电路的分析 116
3.3 组合逻辑电路的设计 120
3.4 若干常用组合逻辑电路及其应用 122
3.4.1 编码器 123
3.4.2 译码器 128
3.4.3 加法器 139
3.4.4 数值比较器 143
3.5 辅修内容 146
3.5.1 组合逻辑电路中的竞争和冒险 146
3.5.2 常用组合逻辑电路的VHDL语言描述 148
本章小结 153
习题三 154
第4章 触发器 158
4.1 概述 158
4.2 触发器电路的结构及动作特点 159
4.2.1 基本RS触发器 159
4.2.2 同步RS触发器 161
4.2.3 主从触发器 163
4.2.4 边沿触发器 166
4.3 触发器的逻辑功能及描述方法 169
4.3.1 触发器的逻辑功能及描述 169
4.3.2 触发器的电路结构与逻辑功能的关系 172
4.4 触发器逻辑功能的转换 173
4.5 辅修内容 175
4.5.1 触发器的动态特性 175
4.5.2 触发器的VHDL语言描述 177
本章小结 183
习题四 184
第5章 时序逻辑电路 189
5.1 概述 189
5.2 同步时序逻辑电路的分析 191
5.2.1 同步时序逻辑电路分析的一般步骤 192
5.2.2 同步时序逻辑电路的分析举例 192
5.3 同步时序逻辑电路的设计 196
5.3.1 同步时序逻辑电路设计的一般步骤 196
5.3.2 同步时序逻辑电路设计举例 197
5.4 若干常用时序逻辑电路及应用 203
5.4.1 寄存器和移位寄存器 203
5.4.2 计数器 208
5.5 辅修内容 225
5.5.1 异步时序逻辑电路的分析 225
5.5.2 时序逻辑电路中的竞争与冒险 227
5.5.3 常用时序逻辑电路的VHDL语言描述 230
本章小结 233
习题五 234
第6章 半导体存储器 238
6.1 概述 238
6.2 只读存储器 240
6.2.1 掩膜只读存储器 240
6.2.2 可编程只读存储器（PROM） 242
6.2.3 可擦除的可编程只读存储器（EPROM） 244
6.2.4 EPROM集成芯片简介 247
6.3 随机存储器 248
6.3.1 静态随机存储器 249
6.3.2 动态随机存储器 253
6.4 存储器的应用 257
6.4.1 作函数运算表电路 257
6.4.2 实现任意组合逻辑函数 259
6.5 辅修内容 264
6.5.1 顺序存取存储器（SAM） 264
6.5.2 存储器的VHDL语言描述 268
本章小结 270
习题六 271
第7章 数字系统的分析与设计 273
7.1 概述 273
7.2 数字系统的扩展 274
7.2.1 中规模集成组合逻辑电路的功能扩展 274
7.2.2 中规模集成时序逻辑电路的功能扩展 277
7.2.3 存储器容量的扩展 280
7.3 数字系统的分析 282
7.4 数字系统的设计 288
7.5 辅修内容 291
7.5.1 键盘编码器的分析 291
7.5.2 数字时钟电路的设计 296
7.5.3 简易交通信号灯控制电路的设计 309
本章小结 315
习题七 316
第8章 可编程逻辑器件 321
8.1 概述 321
8.2 现场可编程逻辑阵列（FPLA） 324
8.3 可编程阵列逻辑（PAL） 326
8.3.1 PAL器件的基本结构 326
8.3.2 PAL器件的类型 327
8.3.3 PAL器件的应用实例 328
8.4 通用阵列逻辑（GAL） 332
8.4.1 GAL器件的基本结构 332
8.4.2 GAL的行地址映射图 337
8.5 辅修内容 339
8.5.1 高密度可编程逻辑器件（HDPLD） 339
8.5.2 可编程逻辑器件的开发与编程 351
本章小结 356
习题八 357
第9章 脉冲波形的产生与整形 361
9.1 概述 361
9.2 施密特触发器 362
9.2.1 用门电路组成的施密特触发器 362
9.2.2 施密特触发器的应用 365
9.3 单稳态触发器 367
9.3.1 微分型单稳态触发器 367
9.3.2 积分型单稳态触发器 370
9.4 多谐振荡器 372
9.4.1 对称式多谐振荡器 372
9.4.2 石英晶体多谐振荡器 376
9.5 555定时器及其应用 377
9.5.1 555定时器的电路结构与功能 377
9.5.2 555定时器构成的施密特触发器 379
9.5.3 555定时器构成的单稳态触发器 380
9.5.4 555定时器构成的多谐振荡器 382
9.6 辅修内容 385
9.6.1 集成施密特触发器 385
9.6.2 集成单稳态触发器 389
9.6.3 压控振荡器 394
本章小结 399
习题九 400
第10章 数模与模数转换 404
10.1 概述 404
10.1.1 ADC与DAC的应用 404
10.1.2 ADC与DAC的性能指标 406
10.1.3 ADC与DAC的分类 406
10.2 数模转换器（DAC） 406
10.2.1 数模转换原理与一般组成 406
10.2.2 权电阻网络DAC 408
10.2.3 R-2R倒T形电阻网络DAC 411
10.2.4 DAC的转换精度与转换速度 413
10.3 模数转换器（ADC） 416
10.3.1 模数转换基本原理 416
10.3.2 并联比较型ADC 419
10.3.3 逐次逼近型ADC 422
10.3.4 双积分型ADC 424
10.3.5 ADC的转换精度和转换速度 428
10.4 辅修内容 429
10.4.1 集成DAC 429
10.4.2 集成ADC 434
本章小结 440
习题十 440
参考文献 445

1. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
2. 电工电子技术基础 [主编 刘 军 杨国龙 刘天成]
3. 电路与电子技术实验教程（第二版） [主 编 张静秋]
4. 信电类专门用途英语教程 [主编 宋晶]
5. 电力电子技术课程学习及实验指导 [主编 陈荣]
6. 电路与电子技术Ⅱ——电路分析基础 [主编 陈晓 金哲]
7. 电路与电子技术Ⅲ——模拟电子技术 [主编 刘峰]
8. 数字电子技术 [主编 覃爱娜]
9. 电路与电子技术Ⅰ—数字电子技术 [主编 郑玉珍 王淑琴]
10. 电子技术实训指导书（第二版） [主编 胡敏 肖杨 李艳]
11. 模拟电子技术（第二版） [主编 罗桂娥]
12. 电工电子技术实验指导书 [主编 李翠英 聂玲 魏 钢 罗]
13. 电工电子技术 [主编 吴培刚 许弟建]
14. 电工与电子技术（第二版） [主编 王梅 唐翠微]
15. 数字设计基础及应用 [主 编 余建坤]
16. 电路与电子技术实验及Multisim仿真 [胡淑均 周天庆 戴哲转 夏秋华]
17. 电工与电子技术基础实验教程 [胡淑均 夏秋华 周天庆 戴哲转]
18. 电路与模拟电子技术基础 [主编 刘献如 罗桂娥]
19. 电工电子技术实训指导书 [主编 陈亮]
20. 电子技术 [主编 覃爱娜 李飞]
21. 电子技术基础（第二版） [主编 李中发 邓晓]
22. 电工电子技术（第二版） [任万强 张钢]
23. 电子技术实训指导书 [胡敏 肖杨 李艳]
24. 电工电子技术实验与实训（第二版） [主编 任万强]
25. 电路与电子技术实验教程 [主编 张静秋]
26. 电子技术基础 [主编 杨云英 邹红艳]
27. 电子技术项目教程（Proteus版） [主编 郭志勇]
28. 电工与电子技术基础（第二版） [苑尚尊]
29. 模拟电子技术 [罗桂娥]
30. 电子技术（第二版） [李中发 罗瑞琼]