数字电子技术

形态新颖

引入慕课、微课、仿真等新形态，适应互联网+ 时代需要

思维导图

引导学生快速、全方位明确每章学习内容及重难点

视频资源

丰富慕课及微课资源，使疑点难点迎刃而解

应用实例

课本知识结合工程实际，学以致用

仿真案例

建立理论与实践沟通的桥梁，培养学生高阶分析能力

拓展阅读

添加相关新技术和课程思政等拓展阅读，实现课内知识课外延伸

习题解答

全书习题均配有详细解答，答疑解惑不留死角

课程思政

将思政元素融入专业，构建全方位育人格局

前 言

“数字电子技术”是工科院校电气类、自动化类、计算机类和电子信息类专业的一门重要专业基础课，同时又是一门实践性和应用性很强的课程。该课程可使学生掌握各种数字器件、数字电路、数字系统、模数综合系统的工作原理、分析方法和设计方法，以及电子电路在工程实践中的应用方法。

为了适应新形势下电子技术的高速发展和信息化社会的教育需求，本次编写的《数字电子技术》是在我校陈明义老师主编教材的基础上，发扬教学团队省级精品课程教学的传统优势，融合我校团队建设的国家精品在线开放课程（数字电子技术）的信息化资源，体现我校电子技术教研组多年的实践教学经验，结合新时期高素质创新人才培养的需要和新课程体系的要求编写而成的。

本书具有以下5个特点。

（1）注重基础。内容编排按照由简单到复杂、循序渐进的原则，遵循“先器件后电路，先基础后应用”的规律，对基本概念、基本原理和基本分析方法的阐述力求清晰透彻、深入浅出。

（2）突出实际应用。每一章都单设一节应用实例，将理论知识与实际应用结合，以激发学生的学习兴趣，使学生学以致用，增强学习效果。

（3）体系完整，内容精选。在保证内容完整的前提下，淡化内部电路的分析与计算，加大中大规模数字集成电路相关内容的比重，并将紧密相关的内容融合为一章，力求少而精，做到好教好学。例如，第4章为触发器与脉冲波形电路，第6章为半导体存储器与微控制器等。

（4）每章结构特色鲜明，资源多样。为便于学生学习和提高学生的综合素质，每章章首均列出内容提要、学习目标和本章知识结构图，章中还以二维码的形式设置知识扩展、重难点微课、仿真案例、思政案例，章末设本章小结、习题。

（5）力求反映学科的最新进展。加大了现代数字电子技术的知识比重，如扩充了高密度的可编程逻辑器件的内容，引入了Verilog硬件描述语言及编程软件Quartus II的知识，学生可全面掌握电子设计自动化的设计方法和过程。

本书共8章。第1章为数字逻辑基础，包括数制和码制、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；第2章为逻辑门电路，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；第3章为组合逻辑电路，包括组合逻辑电路的分析与设计，重点介绍了4种常用的中规模集成组合逻辑芯片的功能和应用；第4章为触发器与脉冲波形电路，包括各种不同类型触发器的电路结构、动作特点、逻辑功能，3种脉冲波形的产生与整形电路，包括施密特触发器、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2种常用的中规模集成时序逻辑芯片的功能和应用；第6章为半导体存储器与微控制器，包括ROM和RAM的电路结构、工作原理、特点，微控制器的结构、原理和特点；第7章为数模与模数转换，包括模数转换器和数模转换器的特点、电路构成和工作原理等；第8章为可编程逻辑器件及编程技术，包括各种可编程逻辑器件的结构、工作原理、特点及其编程软件。

本书是在总结中南大学自动化学院电工电子教学中心教师多年教学实践经验的基础上完成的。本书由覃爱娜任主编，陈革辉、刘献如、陈丽萍任副主编。其中，覃爱娜负责第1～3章和第7章的编写；陈革辉负责第4～5章的编写；陈丽萍负责第6章的编写；刘献如负责第8章的编写。本书在编写过程中得到了陈明义、罗桂娥、李飞、张亚鸣、罗瑞琼、刘波、毛先柏等老师的帮助和支持。最后，由覃爱娜统稿、定稿。

本书在编写过程中得到了电工电子教学中心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，书中难免存在疏漏与不妥之处，殷切期望读者批评指正。

编 者

2021年5月

序
前言

第1章 数字逻辑基础 1
1.1 数制和码制 2
1.1.1 数制 2
1.1.2 码制 3
1.2 逻辑变量和逻辑运算 5
1.2.1 逻辑变量 5
1.2.2 基本逻辑运算 6
1.2.3 复合逻辑运算 8
1.3 逻辑代数的公式和定理 10
1.3.1 逻辑代数的基本公式和常用
公式 10
1.3.2 逻辑代数的基本定理 12
1.4 逻辑函数及其表示方式 13
1.4.1 逻辑函数的表示法 13
1.4.2 逻辑函数的标准形式 17
1.5 逻辑函数的公式化简法 20
1.5.1 最简逻辑式的概念 20
1.5.2 逻辑函数的公式化简法 21
1.6 逻辑函数的卡诺图化简 23
1.6.1 逻辑函数的卡诺图表示法 23
1.6.2 用卡诺图化简逻辑函数 25
1.7 具有无关项的逻辑函数及其化简 27
1.7.1 逻辑函数的无关项 27
1.7.2 具有无关项的逻辑函数的化简 28
1.8 逻辑函数的变换与实现 29
1.8.1 逻辑函数的表达形式 29
1.8.2 逻辑函数的变换 31
1.9 应用实例：拨码开关 32
本章小结 33
习题1 34
第2章 逻辑门电路 38
2.1 数字电路的二值逻辑状态表示 39
2.2 半导体器件的开关特性 40
2.2.1 半导体二极管的开关特性 40
2.2.2 半导体三极管的开关特性 42
2.2.3 MOS管的开关特性 45
2.3 分立元件门电路 47
2.3.1 二极管与门 47
2.3.2 二极管或门 48
2.3.3 晶体三极管非门 49
2.4 TTL集成门电路 50
2.4.1 TTL反相器 50
2.4.2 其他逻辑功能的TTL门电路 59
2.4.3 特殊逻辑功能的TTL门电路 62
2.5 CMOS集成门电路 65
2.5.1 CMOS反相器 65
2.5.2 其他逻辑功能的CMOS门
电路 71
2.5.3 特殊逻辑功能的CMOS门
电路 73
2.6 应用实例：楼道灯控制电路 76
本章小结 77
习题2 77
第3章 组合逻辑电路 82
3.1 组合逻辑电路的特点 83
3.2 组合逻辑电路的分析 84
3.3 组合逻辑电路的设计 87
3.4 常用中规模组合逻辑电路及其应用 90
3.4.1 编码器 90
3.4.2 译码器 97
3.4.3 加法器 108
3.4.4 数值比较器 113
3.5 组合逻辑电路中的竞争－冒险 116
3.5.1 竞争－冒险现象及其成因 116
3.5.2 竞争－冒险的判断方法 116
3.5.3 消除竞争－冒险现象的方法 117
3.6 应用实例：总线串行数据传输系统 118
本章小结 120
习题3 120
第4章 触发器与脉冲波形电路 124
4.1 概述 125
4.2 触发器电路的结构及动作特点 126
4.2.1 基本RS触发器 126
4.2.2 同步RS触发器 128
4.2.3 主从触发器 130
4.2.4 边沿触发器 134
4.3 触发器的逻辑功能及描述方法 136
4.3.1 触发器的逻辑功能及描述 136
4.3.2 触发器的电路结构与逻辑
功能的关系 140
4.4 触发器逻辑功能的转换 140
4.5 脉冲波形的产生与整形 143
4.5.1 施密特触发器 143
4.5.2 单稳态触发器 146
4.5.3 多谐振荡器 146
4.6 555定时器及其应用 147
4.6.1 555定时器的电路结构与
功能 147
4.6.2 555定时器构成的施密特
触发器 149
4.6.3 555定时器构成的单稳态
触发器 151
4.6.4 555定时器构成的多谐振荡器 152
4.7 应用实例：数字抢答器 155
本章小结 155
习题4 156
第5章 时序逻辑电路 162
5.1 概述 163
5.2 同步时序逻辑电路的分析 165
5.2.1 同步时序逻辑电路分析的
一般步骤 166
5.2.2 同步时序逻辑电路的分析
举例 166
5.3 同步时序逻辑电路的设计 169
5.3.1 同步时序逻辑电路设计的
一般步骤 169
5.3.2 同步时序逻辑电路设计举例 171
5.4 2种常用时序逻辑电路及应用 176
5.4.1 寄存器和移位寄存器 176
5.4.2 计数器 182
5.5 应用实例：跳频信号发生器 199
本章小结 201
习题5 201
第6章 半导体存储器与微控制器 206
6.1 概述 207
6.1.1 存储器的相关概念 207
6.1.2 存储器的分类 208
6.1.3 存储器的主要技术指标 209
6.2 只读存储器（ROM） 209
6.2.1 掩膜ROM 210
6.2.2 可编程ROM 212
6.2.3 集成ROM简介 217
6.2.4 ROM的应用 218
6.3 随机存储器RAM 225
6.3.1 静态随机存储器（SRAM） 225
6.3.2 动态随机存储器（DRAM） 229
6.4 存储器的扩展 233
6.4.1 存储芯片的位扩展 233
6.4.2 存储芯片的字扩展 234
6.5 微控制器 235
6.5.1 微控制器概述 235
6.5.2 微控制器分类 236
6.5.3 微控制器基本结构 238
6.5.4 微控制器工作过程 239
6.5.5 微控制器特点及应用开发 240
6.6 应用实例：MCS-51单片机扩展片外
数据存储器 242
本章小结 243
习题6 244
第7章 数模与模数转换 247
7.1 数模与模数转换的基本概念 248
7.2 D/A转换器 249
7.2.1 D/A转换器的转换原理 249
7.2.2 典型的D/A转换器 249
7.2.3 D/A转换器的主要技术指标 254
7.3 A/D转换器 257
7.3.1 A/D转换基本原理 257
7.3.2 典型的A/D转换器 260
7.3.3 A/D转换器的主要技术指标 268
7.4 应用实例：多路数据采集系统 269
本章小结 270
习题7 270
第8章 可编程逻辑器件及编程技术 275
8.1 概述 276
8.1.1 可编程逻辑器件发展概况 276
8.1.2 可编程逻辑器件的分类 277
8.1.3 PLD的表示方法 278
8.2 阵列型可编程逻辑器件 280
8.2.1 阵列型PLD的结构 280
8.2.2 现场可编程逻辑阵列
（FPLA） 281
8.2.3 可编程阵列逻辑（PAL） 282
8.2.4 通用阵列逻辑（GAL） 287
8.2.5 复杂可编程逻辑器件
（CPLD） 295
8.3 现场可编程门阵列（FPGA） 297
8.3.1 FPGA分类 298
8.3.2 FPGA的一般结构与特性 299
8.3.3 FPGA与其他PLD比较及其
发展趋势 305
8.4 可编程逻辑器件设计及编程语言 306
8.4.1 概述 306
8.4.2 PLD设计流程 308
8.4.3 在系统可编程技术 311
8.4.4 QuartusⅡ软件及其应用 315
8.4.5 硬件描述语言 318
8.5 应用实例：基于FPGA的车牌识别
系统 321
本章小结 322
习题8 323
参考文献 326

1. C语言同步案例习题精解 [主编 肖朝晖]
2. Python程序设计 [李国燕 王新强 刘佳 等编著]
3. 高等数学（下册） [秦红兵]
4. 智慧畜牧业技术 [主编 连卫民 张志明 王辉]
5. Python程序设计项目化教程 [主编　卢凤伟]
6. 人工智能算法与实践 [主编　梁琨　张翼英]
7. 网页设计与制作 [主编 王潇 章明珠]
8. Python办公自动化—玩转Excel [郝春吉 刘智杨 周永福 黄 诠]
9. 人工智能概论（第二版） [张广渊　周风余　朱振方　著]
10. Web安全基础及项目实践 [主编 郑丽 安厚霖 崔俊鹏]
11. 电路与电子技术Ⅲ——模拟电子技术 [主编 刘峰]
12. 线性代数 [主编 惠小健 王震 卢鸿艳]
13. 信息安全技术基础（第二版） [主编 张浩军 陈莉 王峰]
14. 电气与控制工程项目管理 [邹红利 滕璇璇 陈德山 编著]
15. 计算机网络技术项目化教程（微课版） [主编 王艳萍 安华萍]
16. 自然拼读背单词：基础英语4000词（微课版） [陈雪　编著]
17. 剪枝——庭院常见植物修剪 [［英］大卫·斯夸尔]
18. 电子产品生产与检测 [主编　李恒　杨国辉　练斌]
19. Web前端开发项目化教程（微课版） [主编　郭立文　王洪波]
20. 数据清洗 [黄源　刘智杨　孙大松]
21. 计算机应用基础与实践（Windows 7平台与Office 2016应用） [主编 吕波 何敏]
22. 程序员考前冲刺100题 [黄少年 李竹村 曾哲军 编著]
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25. Photoshop图形图像处理项目式教程（微课版） [主　编　韦连春]
26. 摄影与剪辑（微课版） [主编　康永斌　杨华　李建伟 副]
27. 美国儿童英语自然拼读法（中外教精讲版）（上、下册） [好想学英语教研组 编著]
28. 零基础英语语法趣味自学 [宣利　著　黎娟　译]
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