數字電子技術基礎

本書是福建省本科高校專業綜合改革試點項目的改革成果之一，是按照教育部“專業綜合改革試點”項目的內涵和要求，為主動適應海峽西岸經濟區電子信息及相關產業和行業對應用型人才的需求，提高電子信息類專業學生工程實踐和創新的能力，對傳統數字電子技術基礎課程的教學內容進行改寫、整合而成的。

全書共10章，內容包括數字電路基礎、集成門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、半導體存儲器、可編程邏輯器件、脈衝產生和整形電路、數/模與模/數轉換、數字系統設計初步等。

本書可作為本科應用型普通高校電子信息類、電氣信息類及其他相近專業學生的專業基礎課教材或課外學習參考書，也可供有關工程技術人員參考。

第1章 數字電路基礎 1

1.1 數制和碼制 2

1.1.1 幾種常用的數制 2

1.1.2 常用數制間的相互轉換 4

1.1.3 二進位數的算術運算 6

1.1.4 幾種常用的編碼 8

1.2 邏輯代數基礎 12

1.2.1 邏輯代數的基本概念 13

1.2.2 邏輯代數的基本公式和規則 18

1.3 邏輯函數的表示方法及其相互轉換 21

1.3.1 邏輯函數的表示方法 21

1.3.2 各種表示方法間的相互轉換 26

1.4 邏輯函數的化簡 30

1.4.1 邏輯函數的最簡形式 30

1.4.2 代數化簡法 31

1.4.3 卡諾圖化簡法 33

1.4.4 具有無關項的邏輯函數及其化簡 35

1.4.5 多輸出邏輯函數的化簡 36

1.5 VHDL簡介 37

1.5.1 VHDL的基本結構 38

1.5.2 VHDL的基本元素 40

1.5.3 VHDL的基本語句 43

本章小結 48

習題 49

第2章 集成門電路 53

2.1 CMOS門電路 55

2.1.1 MOS管的開關特性 55

2.1.2 CMOS反相器 58

2.1.3 CMOS門電路技術參數 62

2.1.4 CMOS與非門、或非門和緩衝門 67

2.1.5 CMOS傳輸門 70

2.1.6 CMOS三態門 72

2.1.7 CMOS漏極開路門 73

2.1.8 CMOS集成電路的產品系列及使用 77

2.2 TTL門電路 79

2.2.1 BJT的開關特性 79

2.2.2 TTL反相器 81

2.2.3 TTL門電路技術參數 82

2.2.4 TTL與非門、或非門和與或非門 88

2.2.5 TTL三態門和集電極開路門 90

2.2.6 TTL集成電路的產品系列及使用 93

2.3 集成電路的介面問題 95

2.3.1 不同系列間的介面電路 95

2.3.2 門電路帶負載時的介面電路 97

2.4 門電路的VHDL描述與模擬 99

2.4.1 門電路的VHDL描述 99

2.4.2 門電路的模擬 100

本章小結 100

習題 100

第3章 組合邏輯電路 106

3.1 組合邏輯電路的人工分析和設計 107

3.1.1 組合邏輯電路的人工分析 107

3.1.2 組合邏輯電路的人工設計 108

3.2 幾種常用的組合邏輯電路 110

3.2.1 編碼器 110

3.2.2 解碼器 115

3.2.3 數據選擇器 123

3.2.4 加法器 126

3.2.5 數值比較器 130

3.3 常用中規模集成組合邏輯電路的應用 133

3.3.1 解碼器的應用 133

3.3.2 數據選擇器的應用 136

3.3.3 加法器的應用 139

3.4 組合邏輯電路的競爭冒險 140

3.4.1 競爭冒險的概念與成因 140

3.4.2 邏輯冒險現象的判斷 141

3.4.3 消除競爭冒險的方法 142

3.5 組合邏輯電路的VHDL描述與模擬 143

3.5.1 組合邏輯電路的VHDL描述 143

3.5.2 組合邏輯電路的模擬 145

本章小結 146

習題 147

第4章 觸發器 152

4.1 RS鎖存器 153

4.1.1 RS鎖存器的構成 153

4.1.2 RS鎖存器的邏輯功能 154

4.2 同步觸發器 157

4.2.1 同步RS觸發器 157

4.2.2 同步D觸發器 159

4.3 邊沿觸發器 162

4.3.1 邊沿D觸發器 162

4.3.2 邊沿JK觸發器 164

4.4 觸發器的功能描述與應用舉例 167

4.4.1 觸發器的功能描述 167

4.4.2 觸發器的應用舉例 170

4.5 觸發器的電氣特性 172

4.5.1 觸發器的靜態特性 173

4.5.2 觸發器的動態特性 173

4.6 觸發器的VHDL描述與模擬 175

4.6.1 觸發器的VHDL描述 175

4.6.2 觸發器的模擬 176

本章小結 177

習題 178

第5章 時序邏輯電路 184

5.1 時序邏輯電路的人工分析與設計 185

5.1.1 時序邏輯電路的人工分析 185

5.1.2 同步時序邏輯電路的人工設計 190

5.2 幾種常用的時序邏輯電路 193

5.2.1 計數器 193

5.2.2 寄存器 204

5.3 常用中規模集成時序邏輯電路的應用 206

5.3.1 計數器的應用 206

5.3.2 寄存器的應用 211

5.4 時序邏輯電路中的冒險 218

5.5 時序邏輯電路的VHDL描述與模擬 219

5.5.1 時序邏輯電路的VHDL描述 219

5.5.2 時序邏輯電路的模擬 221

本章小結 221

習題 222

第6章 半導體存儲器 227

6.1 只讀存儲器（ROM） 228

6.1.1 ROM的工作原理 228

6.1.2 可編程存儲單元 231

6.1.3 ROM的應用舉例 233

6.2 隨機存取存儲器（RAM） 237

6.2.1 靜態隨機存取存儲器（SRAM） 237

6.2.2 動態隨機存取存儲器（DRAM） 238

6.3 存儲容量的擴展 239

6.3.1 位擴展 239

6.3.2 字擴展 239

本章小結 240

習題 240

第7章 可編程邏輯器件 242

7.1 PLD中組合邏輯的基本結構 242

7.1.1 與或陣列結構 242

7.1.2 查表結構 243

7.2 通用陣列邏輯（GAL） 244

7.2.1 GAL的基本結構 244

7.2.2 輸出邏輯宏單元（OLMC） 246

7.3 複雜可編程邏輯器件（CPLD） 248

7.3.1 CPLD的基本結構 248

7.3.2 可編程邏輯塊 249

7.3.3 可編程互連資源 250

7.3.4 I/O控制塊 250

7.4 現場可編程門陣列（FPGA） 251

7.4.1 FPGA的基本結構 251

7.4.2 可配置邏輯塊（CLB） 252

7.4.3 互連資源（IR） 252

7.5 PLD器件的選用 252

本章小結 253

習題 254

第8章 脈衝產生和整形電路 255

8.1 施密特觸發器 257

8.1.1 施密特觸發器的特點 257

8.1.2 常見的施密特觸發器 257

8.1.3 施密特觸發器的應用 260

8.2 單穩態觸發器 261

8.2.1 單穩態觸發器的特點 261

8.2.2 常見的單穩態觸發器 261

8.2.3 單穩態觸發器的應用 266

8.3 多諧振蕩器 268

8.3.1 多諧振蕩器的特點 268

8.3.2 常見的多諧振蕩器電路 268

8.3.3 多諧振蕩器的應用 274

8.4 555定時器及其應用 274

8.4.1 555定時器的電路結構和功能分析 274

8.4.2 用555定時器構成的施密特觸發器 276

8.4.3 用555定時器構成的單穩態觸發器 277

8.4.4 用555定時器構成的多諧振蕩器 278

本章小結 280

習題 281

第9章 數/模與模/數轉換 286

9.1 D/A轉換器 287

9.1.1 D/A轉換的基本原理 287

9.1.2 幾種常用的D/A轉換器 287

9.1.3 D/A轉換器的轉換精度與轉換速度 290

9.1.4 集成D/A轉換器及其應用 292

9.2 A/D轉換器 296

9.2.1 A/D轉換的基本原理 296

9.2.2 幾種常用的A/D轉換器 298

9.2.3 A/D轉換器的轉換精度與轉換速度 302

9.2.4 集成A/D轉換器及其應用 303

本章小結 306

習題 306

第10章 數字系統設計初步 309

10.1 數字系統的基本概念 309

10.1.1 數字系統是什麼 309

10.1.2 數字系統的基本結構 309

10.1.3 數字系統的設計方法 310

10.1.4 數字系統硬體實現的途徑 311

10.2 數字系統的通用IC實現 312

10.2.1 演演算法流程圖 312

10.2.2 演演算法狀態機圖 313

10.2.3 基於通用IC的數字系統實現 314

10.3 數字系統的PLD實現 319

10.3.1 採用PLD實現數字系統的步驟 319

10.3.2 設計實例 320

本章小結 322

習題 322

附錄 MAX+plusⅡ使用簡介 324

參考文獻 328