數(shù)字電子技術基礎

前言

　　我的面前擺放著十多本封面五顏六色的電工電子學系列課程教材，它們是中南大學信息科學與工程學院電子科學與技術系電工電子學系列課程教學團隊多年辛勤勞動和教學實踐的結晶。　　電流所經過的路徑叫電路。大學生學習電工電子電路課程的意義猶如行人、游人、司機學習行路知識和人們探求人生之路的真諦一樣重要。無論是“電路”、“前進道路”還是“人生道路”，都有一個“路”字。俗話說，“路是人走出來的”。人生之路是探索出來的，行路見識是體驗出來的，電路知識是學習得來的。研究發(fā)現(xiàn)，人類社會的許多自然現(xiàn)象、科技和人文問題都可用電路的方法來模擬，人類自身的許多活動和智能行為也可用電路的方法通過硬件與軟件來模仿。因此，電工電子學系列課程作為技術基礎課程對高校人才培養(yǎng)所起的重要作用是不言而喻的。電工電子學的基礎知識、基礎理論和基本技能正通過教學活動和人的智能活動向各個學科領域擴展和滲透，發(fā)揮著越來越大的作用。通過本系列課程學習，學生能夠獲得關于電工電子學的基本理論、基本知識和基本技能，為后續(xù)專業(yè)課程的學習和畢業(yè)后參加工作打下基礎?！　‖F(xiàn)由中南大學出版社出版的這套電工電子學系列教材，是根據(jù)電工電子學系列課程教學體系而編寫的，其教學目標在于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，滿足不同專業(yè)學生的培養(yǎng)要求和個性化人才培養(yǎng)的需求。該系列教材分為3大類別：第1為基礎知識類，第2為擴展知識類，第3為實踐技能類。其中，基礎知識教材又分為電類、機電類、非電類、文理類4個層次共9個模塊；擴展知識類教材主要是電工電子學新知識的擴展與延伸，共有10個模塊；實踐技能類教材分為實驗、實習和課程設計3個模塊。

內容概要

　　《數(shù)字電子技術基礎（電類）（第2版）》中的“數(shù)字電子技術基礎”是工科院校電氣電子信息類專業(yè)的一門重要的技術基礎課。是研究各種數(shù)字器件、數(shù)字電路、數(shù)字系統(tǒng)、模數(shù)混合系統(tǒng)的工作原理和分析與設計方法。為適應電子信息科學技術的飛速發(fā)展和2l世紀對高素質創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，我們結合多年的教學實踐經驗，編寫了《數(shù)字電子技術基礎》。該書于2007年被評為普通高等教育“十一五”國家規(guī)劃教材?！稊?shù)字電子技術基礎（電類）（第2版）》具有以下特點：　?。?）力求少而精，在“精練”上取勝。精選內容，優(yōu)選講法，以符合教學基本要求為準?！　。?）為了解決內容多與學時緊的矛盾，并突出學生個性培養(yǎng)，在每一章的最后一節(jié)提供了部分自學材料。在學時多的情況下，教師也可選講部分自學材料，真正做到好教好學?！　。?）在保證基礎內容的前提下，加重中大規(guī)模數(shù)字集成電路的相關內容。　?。?）提出數(shù)字系統(tǒng)的組成的概念，對數(shù)字系統(tǒng)的模塊化擴展、分析與設計方法進行重點、系統(tǒng)的介紹。　?。?）教材中引入了超高速硬件描述語言VHDL，在相關章節(jié)的自學材料中給出有關基本數(shù)字功能器件及數(shù)字系統(tǒng)的VHDI。語言描述，便于學生循序漸進地自學。

書籍目錄

第1章 邏輯代數(shù)基礎1.1 概述1.2 邏輯變量和邏輯運算1.2.1 邏輯變量1.2.2 基本邏輯運算1.2.3 復合邏輯運算1.3 邏輯代數(shù)的公式和定理1.3.1 邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式1.3.2 邏輯代數(shù)的基本定理1.4 邏輯函數(shù)及其表示方式1.4.1 邏輯函數(shù)的表示方法1.4.2 邏輯函數(shù)的兩種標準形式1.5 邏輯函數(shù)的公式化簡法1.5.1 最簡邏輯式1.5.2 邏輯函數(shù)的公式化簡法1.6 邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡1.6.1 邏輯函數(shù)的卡諾圖表示1.6.2 用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)1.7 具有無關項的邏輯函數(shù)及其化簡1.7.1 邏輯函數(shù)的無關項1.7.2 具有無關項的邏輯函數(shù)的化簡1.8 邏輯函數(shù)的變換與實現(xiàn)1.8.1 邏輯函數(shù)的表達形式1.8.2 邏輯函數(shù)的實現(xiàn)1.9 自學材料1.9.1 數(shù)制和碼制1.9.2 用Q-M法化簡邏輯函數(shù)1.9.3 VHDL語言基礎本章小結習題第2章 門電路2.1 概述2.2 半導體器件的開關特性2.2.1 半導體二極管的靜態(tài)開關特性2.2.2 半導體三極管的開關特性2.2.3 MOS管的開關特性2.3 分立元件門電路2.3.1 二極管與門2.3.2 二極管或門2.3.3 三極管非門2.4 TTL集成門電路2.4.1 TTL反相器2.4.2 其他邏輯功能的TTL門電路2.4.3 特殊輸出結構的TTL門電路2.5 CMOS集成門電路2.5.1 CMOS反相器2.5.2 其他邏輯功能的CMOS門電路2.5.3 特殊輸出結構的CMOS門電路2.6 自學材料2.6.1 改進型的TTL門電路2.6.2 其他類型的雙極型集成門電路2.6.3 其他類型的MOS門電路2.6.4 邏輯門電路的正確使用2.6.5 門電路的VHDL語言描述本章小結習題第3章 組合邏輯電路3.1 概述3.2 組合邏輯電路的分析3.3 組合邏輯電路的設計3.4 若干常用組合邏輯電路及其應用3.4.1 編碼器3.4.2 譯碼器3.4.3 加法器3.4.4 數(shù)值比較器3.5 自學材料3.5.1 組合邏輯電路中的競爭與冒險3.5.2 常用組合邏輯電路的VHDL語言描述本章小結習題第4章 觸發(fā)器4.1 概述4.2 觸發(fā)器電路結構及動作特點4.2.1 基本觸發(fā)器4.2.2 同步觸發(fā)器4.2.3 主從觸發(fā)器4.2.4 邊沿觸發(fā)器4.3 觸發(fā)器邏輯功能及描述方法4.3.1 觸發(fā)器邏輯功能及描述4.3.2 觸發(fā)器電路結構與邏輯功能的關系4.4 觸發(fā)器邏輯功能的轉換4.5 自學材料4.5.1 觸發(fā)器的動態(tài)特性4.5.2 觸發(fā)器的VHDL語言描述本章小結習題第5章 時序邏輯電路5.1 概述5.2 同步時序邏輯電路的分析5.2.1 同步時序邏輯電路分析的一般步驟5.2.2 同步時序邏輯電路的分析舉例5.3 同步時序邏輯電路的設計5.3.1 同步時序邏輯電路設計的一般步驟5.3.2 同步時序邏輯電路設計舉例5.4 若干常用時序邏輯電路及應用5.4.1 寄存器和移位寄存器5.4.2 計數(shù)器5.5 自學材料5.5.1 異步時序邏輯電路的分析5.5.2 時序邏輯電路中的競爭與冒險5.5.3 常用時序邏輯電路的VHDL語言描述本章小結習題第6章 半導體存儲器6.1 概述6.2 只讀存儲器6.2.1 掩模只讀存儲器6.2.2 可編程只讀存儲器（PROM）6.2.3 可擦除的可編程只讀存儲器（EPROM）6.2.4 EPROM集成芯片簡介6.3 隨機存儲器6.3.1 靜態(tài)隨機存儲器6.3.2 動態(tài)隨機存儲器6.4 存儲器的應用6.4.1 函數(shù)運算表電路6.4.2 實現(xiàn)任意組合邏輯函數(shù)6.5 自學材料6.5.1 順序存取存儲器（sAM）6.5.2 存儲器的VHDL語言描述本章小結習題第7章 數(shù)字系統(tǒng)的分析與設計7.1 概述7.2 數(shù)字系統(tǒng)的擴展7.2.1 中規(guī)模集成組合邏輯電路的功能擴展7.2.2 中規(guī)模集成時序邏輯電路的功能擴展7.2.3 存儲器容量的擴展7.3 數(shù)字系統(tǒng)的分析7.4 數(shù)字系統(tǒng)的設計7.5 自學材料：VHDL在數(shù)字系統(tǒng)分析與設計中的應用7.5.1 鍵盤編碼器的分析7.5.2 數(shù)字時鐘電路的設計7.5.3 簡易交通信號燈控制電路的設計本章小結習題第8章 可編程邏輯器件8.1 概述8.2 現(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPLA）8.3 可編程陣列邏輯（PAL）8.3.1 PAL器件的基本結構8.3.2 PAL器件的類型8.3.3 PAL器件的應用實例8.4 通用陣列邏輯（GAL）8.4 GAL器件的基本結構8.4.2 GAL的行地址映射圖8.5 自學材料8.5.1 高密度可編程邏輯器件（HDPLD）8.5.2 可編程邏輯器件的開發(fā)與編程本章小結習題第9章 脈沖波形的產生與整形9.1 概述9.2 施密特觸發(fā)器9.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器9.2.2 施密特觸發(fā)器的應用9.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.3.1 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.3.2 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.4 多諧振蕩器9.4.1 對稱式多諧振蕩器9.4.2 石英晶體多諧振蕩器9.5 555定時器及其應用9.5.1 555定時器的電路結構與功能9.5.2 555定時器構成的施密特觸發(fā)器9.5.3 555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.5.4 555定時器構成的多諧振蕩器9.6 自學材料9.6.1 集成施密特觸發(fā)器9.6.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.6.3 壓控振蕩器本章小結習題第10章 數(shù)模與模數(shù)轉換10.1 概述10.1.1 ADC與DAC的應用10.1.2 ADC與DAC的性能指標10.1.3 ADC與DAC的分類10.2 數(shù)模轉換器（DAc）10.2.1 數(shù)模轉換原理與一般組成10.2.2 權電阻網(wǎng)絡DAC10.2.3 R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡DAC10.2.4 DAC的轉換精度與轉換速度10.3 模數(shù)轉換器（ADC）10.3.1 模數(shù)轉換基本原理10.3.2 并聯(lián)比較型ADC10.3.3 逐次逼近型ADC10.3.4 雙積分型ADE10.3.5 ADC的轉換精度和轉換速度10.4 自學材料10.4.1 集成DAC10.4.2 集成ADC本章小結習題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章 邏輯代數(shù)基礎　　1.1 概述　　1849年，英國數(shù)學家喬治·布爾（George Boole）首先提出了描述客觀事物關系的數(shù)學方法——布爾代數(shù)。后來，由于布爾代數(shù)被廣泛地應用于開關電路和數(shù)字邏輯電路的分析和設計上，所以也把布爾代數(shù)叫做開關代數(shù)或邏輯代數(shù)。邏輯代數(shù)是分析和設計數(shù)字邏輯電路的數(shù)學工具?！　?.2 邏輯變量和邏輯運算　　1.2.1 邏輯變量　　邏輯變量是用于描述客觀事物對立統(tǒng)一的兩個方面。邏輯代數(shù)中的邏輯變量通常用單個字母或字母加下標表示。在二值邏輯中，每個邏輯變量的取值只有0和l兩種可能。這里的O和l已不再表示數(shù)量的大小，只代表兩種不同的邏輯狀態(tài)，如電平的高和低、電流的有和無、燈的亮和滅、開關的閉合和斷開等?！　?.2.2 基本邏輯運算　　邏輯代數(shù)中的基本邏輯運算有與、或、非3種。　　1.與邏輯　　與邏輯可以從圖1.1（a）所示的指示燈控制電路來說明。在此電路中，只有當兩個開關A、B同時閉合時，指示燈y才會亮。此例表明，只有決定事物結果的全部條件同時具備時，結果才會發(fā)生。這種因果關系叫做與邏輯，或者叫邏輯與?！　‖F(xiàn)用A、B作為條件變量表示開關，并以“1”表示開關“閉合”，“O”表示開關“斷開”；用y作為結果變量表示燈，并以“l(fā)”表示燈“亮”，“0”表示燈“滅”。則可以列出用0，1表示的與邏輯關系的圖表，如表1.1所示。這種圖表叫做邏輯真值表，簡稱為真值表。

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