数字电子技术及应用

第1章 逻辑代数基础知识 1

1.1　数字电路概述　1

1.1.1　数字信号与数字电路　1

1.1.2　数字电路的特点　1

1.1.3　数字电路的优点　2

1.1.4　数字电路的分类　2

1.1.5　数字电路的典型应用　3

1.2　数制与编码　4

1.2.1　数制　4

1.2.2　不同进制数之间的相互转换　6

1.2.3　编码　8

1.3　逻辑代数基础　11

1.3.1　逻辑代数的基本概念与基本

运算　11

1.3.2　几种常用的复合逻辑运算　14

1.3.3　逻辑函数的相等　17

1.4　逻辑代数中的基本公式、定律和

规则　17

1.4.1　基本公式和定律　17

1.4.2　逻辑代数中的基本规则　20

1.5　逻辑函数的化简　21

1.5.1　逻辑函数的标准与或式和*简

表达式　21

1.5.2　逻辑函数的公式化简法　24

1.5.3　逻辑函数的图形化简法　26

1.5.4　具有约束的逻辑函数的化简　29

1.6　逻辑函数的表示方法及其相互

之间的转换　32

1.6.1　逻辑函数的几种表示方法　32

1.6.2　5种表示方法的转换　33

本章小结　34

习题　34

第2章　集成门电路　39

2.1　概述　39

2.1.1　逻辑门电路的概念　39

2.1.2　正逻辑与负逻辑　39

2.1.3　分立门电路和集成门电路　40

2.2　半导体器件的开关特性　40

2.2.1　二极管的开关特性　40

2.2.2　三极管的开关特性　41

2.2.3　场效应管的开关特性　43

2.3　分立元器件门电路　45

2.3.1　二极管与门和或门　45

2.3.2　三极管非门　47

2.4　TTL集成门电路　48

2.4.1　TTL与非门　48

2.4.2　TTL与非门电路的主要外部

特性　49

2.4.3　TTL反相器、或非门、与门、

或门、与或非门和异或门　54

2.4.4　TTL集电极开路门和三态门　56

2.4.5　其他双极型集成电路　58

2.4.6　TTL电路产品系列和主要

参数　59

2.5　CMOS集成门电路　59

2.5.1　CMOS集成门电路的构成　59

2.5.2　CMOS漏极开路门、三态门和

传输门　61

2.5.3　CMOS集成门电路的主要外部

特性　62

2.5.4　CMOS电路产品系列和主要

参数　64

2.6　集成电路使用中应注意的几个

问题　65

本章小结　67

习题　67

第3章　组合逻辑电路　72

3.1　概述　72

3.2　组合逻辑电路的分析方法　72

3.3　组合逻辑电路的设计方法　74

3.4　加法器和数值比较器　77

3.4.1　加法器　77

3.4.2　数值比较器　80

3.5　编码器和译码器　82

3.5.1　编码器　82

3.5.2　译码器　85

3.6　数据选择器和分配器　90

3.6.1　数据选择器　90

3.6.2　数据分配器　91

3.7　组合逻辑电路的竞争与冒险　92

3.7.1　竞争-冒险的概念及产生的

原因　92

3.7.2　竞争-冒险的判断方法　93

3.7.3　消除竞争-冒险的方法　93

3.8　组合逻辑电路的应用举例　95

本章小结　97

习题　97

第4章　触发器　102

4.1　概述　102

4.2　基本RS触发器　103

4.2.1　电路结构及功能特点　103

4.2.2　应用实例　105

4.2.3　集成基本RS触发器　106

4.3　同步触发器　108

4.3.1　同步RS触发器　108

4.3.2　同步JK触发器　110

4.3.3　同步D触发器　111

4.3.4　同步触发器存在的问题　114

4.4　无空翻触发器　114

4.4.1　主从触发器　114

4.4.2　边沿D触发器　117

4.4.3　边沿JK触发器　121

4.5　不同类型触发器间的相互转换　124

4.5.1　将JK触发器转换为RS触发

器、D触发器、T触发器和

T'　触发器　125

4.5.2　将D触发器转换为JK触发

器、T触发器、T'触发器和

RS触发器　127

4.6　触发器电气特性　129

4.7　常用集成触发器及其应用举例　130

本章小结　132

习题　132

第5章　时序逻辑电路　136

5.1　概述　136

5.1.1　时序逻辑电路的特点　136

5.1.2　时序逻辑电路的分类　137

5.2　时序逻辑电路的基本分析和

设计方法　137

5.2.1　时序逻辑电路的基本分析

方法　137

5.2.2　时序逻辑电路的基本设计

方法　142

5.3　计数器　148

5.3.1　计数器的特点和分类　148

5.3.2　二进制计数器　149

5.3.3　十进制计数器　158

5.3.4　N进制计数器　161

5.4　寄存器　165

5.4.1　寄存器的特点和分类　165

5.4.2　基本寄存器　166

5.4.3　移位寄存器　167

5.5　顺序脉冲发生器　174

5.5.1　计数型顺序脉冲发生器　174

5.5.2　移位型顺序脉冲发生器　175

5.6　时序逻辑电路的应用举例　178

本章小结　181

习题　182

第6章　脉冲产生与整形电路　188

6.1　概述　188

6.2　施密特触发器　188

6.2.1　555定时器的电路结构及

工作原理　188

6.2.2　由555定时器构成的施密

特触发器　190

6.2.3　由逻辑门电路构成的施密

特触发器　192

6.2.4　集成施密特触发器　193

6.2.5　施密特触发器的应用　194

6.3　多谐振荡器　195

6.3.1　由555定时器构成的多谐

振荡器　196

6.3.2　由逻辑门电路构成的多谐

振荡器　198

6.3.3　石英晶体多谐振荡器　199

6.3.4　多谐振荡器的应用举例　200

6.4　单稳态触发器　202

6.4.1　由555定时器构成的单稳态

触发器　202

6.4.2　由逻辑门电路构成的单稳态

触发器　204

6.4.3　集成单稳态触发器　206

6.4.4　单稳态触发器的应用举例　208

本章小结　209

习题　210

第7章　数模与模数转换电路　214

7.1　概述　214

7.2　D/A转换器　215

7.2.1　D/A转换器的基本原理及

电路组成　215

7.2.2　权电阻网络D/A转换器　216

7.2.3　倒T型电阻网络D/A

转换器　217

7.2.4　D/A转换器的转换精度、

速度和主要参数　218

7.2.5　D/A转换器及其应用举例　219

7.3　A/D转换器　220

7.3.1　A/D转换的一般步骤和

取样定理　220

7.3.2　并联比较型A/D转换器　222

7.3.3　逐次渐近型A/D转换器　223

7.3.4　双积分型A/D转换器　225

7.3.5　A/D转换器的转换精度和

转换速度　227

7.3.6　集成A/D转换器的应用

举例　227

本章小结　229

习题　229

第8章　半导体存储器和可编程

逻辑器件　232

8.1　概述　232

8.2　只读存储器　232

8.2.1　ROM的结构及工作原理　233

8.2.2　ROM应用举例及容量扩展　235

8.3　随机存取存储器　238

8.3.1　RAM的结构及存储单元　238

8.3.2　RAM存储容量的扩展　240

8.4　可编程逻辑器件简介　241

8.4.1　可编程阵列逻辑器件　243

8.4.2　可编程通用阵列逻辑器件　244

8.4.3　复杂的可编程逻辑器件　247

8.4.4　现场可编程门阵列　248

本章小结　250

习题　251

第9章　可编程逻辑器件的应用　253

9.1　概述　253

9.1.1　现代数字系统设计方法

简介　253

9.1.2　现代数字系统的设计步骤　254

9.2　可编程逻辑器件的基础知识　254

9.2.1　Quartus II软件的使用　254

9.2.2　VHDL语言的基础知识　262

9.3　组合逻辑电路的设计　266

9.3.1　译码器　266

9.3.2　选择器和加法器　268

9.4　时序逻辑电路的设计　270

9.4.1　触发器　270

9.4.2　计数器、分频器　272

9.4.3　寄存器、顺序脉冲发生器　274

9.5　数字钟的应用举例　276

本章小结　278

习题　278

第10章　数字电路的设计　281

10.1　设计电子电路的一般方法与

步骤　281

10.2　数字电路的应用举例　284

本章小结　298

习题　298

部分习题参考答案　300

附录A　数字集成电路命名方法　309

附录B　常用集成电路外引脚排列图

及功能表　311

参考文献　314