数字电路与逻辑设计_白彦霞、赵燕、陈晓芳_9787302581130

本书为适应培养应用型人才需要和高校教学改革新要求，根据授课团队多年的教学实践和改革经验编写而成，深入浅出地介绍了数字电路与逻辑设计的基本知识、基本理论、基本器件和基本方法，详细介绍了各种逻辑电路的分析、设计与实现的全过程。本书论述严谨，概念准确，文句精练，题例丰富，内容取舍兼顾相关知识的成熟性和先进性。本书的突出特点是理论知识与实际应用紧密结合，通过实验内容和数字电路应用实例加深对理论知识的深入理解和综合应用，既达到了对基础理论知识的验证，又实现了对理论知识的升华。本书篇幅适中、可读性强，可作为普通高等院校计算机相关专业、电气自动化技术和信息类相关专业应用型本（专）科的教材或参考书，也可供从事电子技术工作的工程技术人员参考。

本书定位于应用型本科层次，内容简明、通俗易懂、由浅入深，突出集成器件的应用，并且理论联系实际。
全书共分为13章，分别为数字逻辑概论、逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、锁存器与触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与变换、数模和模数转换、半导体存储器、可编程逻辑器件、数字电路的Multisim仿真研究、数字电路应用实例和实验部分。
在内容组织上，本书以讲清组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析方法和设计方法为主线来介绍各种逻辑器件的功能及应用，贯彻理论联系实际和少而精的原则，加强对中等规模集成电路的应用。对教学目的和要求中指出必须掌握的基本概念、基本原理和基本分析方法，做到讲深讲透，并注意讲清思路、启发思维，以培养举一反三的能力。本书始终贯彻讲、学、练相结合的原则，从能力培养的角度出发，培养学生分析问题和解决问题的能力。
本书第1、2、4、6、9、10章由白彦霞编写，第7、11～13章由赵燕编写，第3、5、8章由陈晓芳编写。全书由白彦霞整理、定稿。此外，北京化工大学莫德举教授和华北科技学院刘林生副教授对该书提出了许多宝贵的意见和建议，编者在此表示感谢。同时，感谢燕京理工学院李丽芬、云彩霞、张秋菊、刘继超、王菊对本书编写工作的支持！
本书篇幅适中、可读性强，可作为普通高等院校计算机相关专业、电气自动化技术和信息类相关专业应用型本(专)科的教材或参考书，也可供从事电子技术工作的工程技术人员参考。
为方便教学，本书配有免费电子教案，可从清华大学出版社官方网站www.tup.com.cn下载。
虽然编者对书稿做了多次校核，但是由于编者水平有限，恳请使用本教材的师生和其他读者予以批评指正，以便不断提高和改进。

编者2021年春

第1章数字逻辑概论/1
1.1数字电路与数字信号1
1.1.1数字技术的发展及其应用1
1.1.2数字集成电路的分类及特点3
1.1.3模拟信号与数字信号6
1.1.4数字信号的描述方法7
1.2数制10
1.2.1十进制11
1.2.2二进制11
1.2.3十六进制和八进制13
1.2.4进制之间的相互转换15
1.3二进制数的算术运算18
1.3.1无符号二进制数的算术运算18
1.3.2带符号二进制数的算术运算19
1.4二进制代码22
1.4.1自然二进制码22
1.4.2二十进制编码22
1.4.3格雷码23
1.4.4ASCII码24
1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算24
1.6逻辑函数及其表示方法28
本章小结30
课后习题30
第2章逻辑代数基础/33
2.1逻辑代数33
2.1.1逻辑代数的基本定律和恒等式33
2.1.2逻辑代数的基本规则35
2.1.3逻辑函数的变换及代数化简法37
2.2逻辑函数的卡诺图化简法40
2.2.1小项的定义及其性质40
2.2.2逻辑函数的小项表达式42
2.2.3用卡诺图表示逻辑函数42
2.2.4用卡诺图化简逻辑函数44
本章小结47
课后习题47
数字电路与逻辑设计目录第3章逻辑门电路/50
3.1MOS逻辑门电路50
3.1.1概述50
3.1.2MOS管的开关特性52
3.1.3CMOS反相器和传输门53
3.1.4CMOS与非门、或非门和异或门55
3.1.5CMOS漏极开路门电路和三态输出门电路56
3.1.6CMOS门电路的电气特性和参数61
3.2TTL逻辑门电路67
3.2.1三极管的开关特性67
3.2.2反相器的基本电路68
3.2.3TTL逻辑门电路71
3.2.4集电极开路门和三态门72
3.3逻辑描述中的几个问题74
3.3.1正负逻辑问题74
3.3.2基本逻辑门电路的等效符号及其应用75
3.4逻辑门电路使用中的几个实际问题78
3.4.1各种门电路之间的接口问题78
3.4.2抗干扰措施81
本章小结82
课后习题83
第4章组合逻辑电路/85
4.1概述85
4.2组合逻辑电路的分析86
4.3组合逻辑电路的设计88
4.4组合逻辑电路中的竞争冒险93
4.4.1产生竞争冒险的原因93
4.4.2竞争冒险现象的识别94
4.4.3竞争冒险的消去方法96
4.5常用组合逻辑集成电路98
4.5.1编码器99
4.5.2译码器/数据分配器104
4.5.3数据选择器117
4.5.4数值比较器123
4.5.5算术运算电路128
本章小结133
课后习题134
第5章锁存器与触发器/142
5.1概述142
5.1.1锁存器与触发器142
5.1.2锁存器和触发器逻辑功能描述方法143
5.1.3双稳态存储单元电路143
5.2锁存器144
5.2.1基本SR锁存器144
5.2.2锁存器和触发器逻辑功能描述145
5.2.3逻辑门控SR锁存器同步触发器147
5.2.4D锁存器149
5.3触发器的电路结构和工作原理151
5.3.1主从触发器151
5.3.2维持阻塞触发器152
5.3.3利用传输延迟的触发器154
5.4触发器的逻辑功能155
5.4.1D触发器156
5.4.2JK触发器156
5.4.3T触发器158
5.4.4T触发器158
5.4.5SR触发器159
5.4.6触发器功能转换159
本章小结160
课后习题161
第6章时序逻辑电路/165
6.1时序逻辑电路的基本概念165
6.1.1时序逻辑电路的特点165
6.1.2时序逻辑电路的分类166
6.1.3时序逻辑电路的功能描述168
6.2同步时序逻辑电路的分析170
6.2.1分析同步时序逻辑电路的一般步骤171
6.2.2同步时序逻辑电路分析举例171
6.3异步时序逻辑电路的分析176
6.4若干典型的时序逻辑电路178
6.4.1寄存器和移位寄存器179
6.4.2计数器186
6.5同步时序逻辑电路的设计202
6.5.1设计同步时序逻辑电路的一般步骤203
6.5.2同步时序逻辑电路设计举例204
本章小结212
课后习题213
第7章脉冲波形的产生与变换/220
7.1概述220
7.2单稳态触发器221
7.2.1用门电路组成的单稳态触发器221
7.2.2集成单稳态触发器225
7.2.3单稳态触发器的应用228
7.3施密特触发器230
7.3.1用门电路组成的施密特触发器230
7.3.2施密特触发器的应用232
7.4多谐振荡器234
7.4.1用门电路组成的多谐振荡器234
7.4.2用施密特触发器构成的多谐振荡器237
7.4.3石英晶体振荡器238
7.5555定时器及其应用239
7.5.1555定时器239
7.5.2用555定时器组成的单稳态触发器241
7.5.3用555定时器组成的施密特触发器242
7.5.4用555定时器组成的多谐振荡器243
本章小结244
课后习题245
第8章数模和模数转换/254
8.1概述254
8.2D/A转换器255
8.2.1D/A转换的基本原理255
8.2.2权电阻网络型D/A转换器256
8.2.3倒T型电阻网络D/A转换器257
8.2.4权电流型D/A转换器258
8.2.5双极性D/A转换器260
8.2.6D/A转换器的技术指标262
8.2.7集成D/A转换器及其应用264
8.3A/D转换器267
8.3.1A/D转换的基本原理267
8.3.2并行比较型A/D转换器269
8.3.3逐次逼近型A/D转换器271
8.3.4双积分型A/D转换器272
8.3.5A/D转换器的主要技术指标275
8.3.6集成A/D转换器简介276
本章小结277
课后习题278
第9章半导体存储器/282
9.1概述282
9.1.1半导体存储器的分类282
9.1.2半导体存储器的主要技术指标283
9.1.3常用概念283
9.2只读存储器283
9.2.1ROM的定义与基本结构283
9.2.2二维译码285
9.2.3可编程ROM286
9.2.4集成电路ROM290
9.2.5ROM的读操作与时序图291
9.3随机存储器292
9.3.1静态存储器292
9.3.2动态存储器293
9.4存储器容量的扩展295
9.4.1位扩展方式295
9.4.2字扩展方式296
9.4.3字位同时扩展297
本章小结297
课后习题297
第10章可编程逻辑器件/299
10.1概述299
10.1.1数字集成电路的分类299
10.1.2PLD开发系统299
10.2可编程逻辑器件的基本特点300
10.3可编程逻辑阵列300
10.4可编程阵列逻辑301
10.5复杂的可编程逻辑器件301
10.5.1CPLD的结构301
10.5.2CPLD编程简介310
本章小结311
课后习题312
第11章数字电路的Multisim仿真研究/313
11.1逻辑函数化简与变换的Multisim仿真研究313
11.1.1仿真电路313
11.1.2仿真内容313
11.1.3仿真结果314
11.1.4结论315
11.2组合逻辑电路的Multisim仿真研究315
11.2.1仿真电路315
11.2.2仿真内容316
11.2.3仿真结果316
11.2.4结论317
11.3时序逻辑电路的Multisim仿真研究318
11.3.1仿真电路318
11.3.2仿真内容319
11.3.3仿真结果319
11.3.4结论321
11.4微分型单稳态触发器的Multisim仿真研究321
11.4.1仿真电路321
11.4.2仿真内容321
11.4.3仿真结果321
11.4.4结论322
11.5555定时器构成的多谐振荡器的Multisim仿真研究324
11.5.1仿真电路324
11.5.2仿真内容324
11.5.3仿真结果324
11.5.4结论324
第12章数字电路应用实例/326
12.1遮挡式红外声光报警装置326
12.1.1目的326
12.1.2电路原理326
12.1.3元器件清单327
12.1.4安装与调试327
12.1.5思考题328
12.230秒倒计时器328
12.2.1目的328
12.2.2电路原理328
12.2.3元器件清单330
12.2.4安装与调试330
12.2.5思考题330
12.3汽车尾灯控制电路331
12.3.1目的331
12.3.2设计要求331
12.3.3设计步骤331
12.3.4元器件清单336
12.3.5安装与调试336
12.3.6思考题336
第13章实验部分/337
13.1常用电子仪器的使用338
13.1.1实验目的338
13.1.2实验原理339
13.1.3实验设备340
13.1.4实验内容340
13.1.5实验报告要求342
13.2TTL与非门的参数及电压传输特性的测试342
13.2.1实验目的343
13.2.2实验原理343
13.2.3实验设备345
13.2.4实验内容345
13.2.5实验报告要求347
13.3SSI组合逻辑电路的设计347
13.3.1实验目的347
13.3.2实验原理347
13.3.3实验设备348
13.3.4实验内容348
13.3.5实验报告要求348
13.4译码器及其应用349
13.4.1实验目的349
13.4.2实验原理349
13.4.3实验设备350
13.4.4实验内容350
13.4.5实验报告要求351
13.5数据选择器及其应用351
13.5.1实验目的351
13.5.2实验原理351
13.5.3实验设备352
13.5.4实验内容352
13.5.5实验报告要求353
13.6锁存器和触发器逻辑功能测试353
13.6.1实验目的354
13.6.2实验原理354
13.6.3实验设备357
13.6.4实验内容357
13.6.5实验报告要求359
13.7寄存器逻辑功能测试359
13.7.1实验目的359
13.7.2实验原理360
13.7.3实验设备360
13.7.4实验内容361
13.7.5实验报告要求363
13.8计数器的设计363
13.8.1实验目的363
13.8.2实验原理364
13.8.3实验设备367
13.8.4实验内容368
13.8.5实验报告要求371
13.9RC环形多谐振荡器和单稳态触发器371
13.9.1实验目的371
13.9.2实验原理372
13.9.3实验设备375
13.9.4实验内容376
13.9.5实验报告要求377
13.10555定时器的应用378
13.10.1实验目的378
13.10.2实验原理378
13.10.3实验设备383
13.10.4实验内容383
13.10.5实验报告要求385
13.11脉冲发生器以及计数、译码驱动和显示综合实验385
13.11.1实验目的385
13.11.2实验原理385
13.11.3实验设备388
13.11.4实验内容389
13.11.5实验报告要求389
13.12抢答器389
13.12.1实验目的389
13.12.2实验原理389
13.12.3实验设备390
13.12.4实验内容390
13.12.5实验报告要求390
附录A常用逻辑符号对照表/391
附录BCMOS和TTL门电路的技术参数表/393
附录C本书常用符号表/394
附录D实验设备/395
D.1UT39A 型数字式万用表395
D.1.1概述395
D.1.2特点395
D.1.3外表结构及功能按键396
D.1.4使用方法397
D.2YB2172B型数字交流毫伏表398
D.2.1技术指标398
D.2.2面板图及操作键作用说明398
D.2.3基本操作方法399
D.3YB1700系列直流稳压电源399
D.3.1概述399
D.3.2技术指标400
D.3.3面板图400
D.3.4按键或旋钮的名称和功能400
D.3.5基本操作方法401
D.4TFG6000系列DDS函数信号发生器401
D.4.1概述401
D.4.2技术指标402
D.4.3面板图402
D.4.4屏幕显示说明402
D.4.5键盘说明403
D.4.6基本操作404
D.5GOS6021型双通道示波器405
D.5.1概述405
D.5.2技术指标405
D.5.3前面板各按键和旋钮的名称和功能406
D.5.4后面板各按键和旋钮的名称和功能412
D.6THD1型数字电路实验箱412
D.6.1面板图及组成412
D.6.2使用注意事项414
D.7色环电阻与电容415
参考文献/417

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