數字電子技術基礎 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

適讀人群 ：本書篇幅適中、可讀性強，可作為普通高等院校計算機相關專業、電氣自動化技術和信息類相關專業應用型本(專)科的教材或參考書，也可供從事電子技術工作的工程技術人員參考。
本書在內容組織上以講清組閤邏輯電路和時序邏輯電路的分析方法和設計方法為主綫來介紹各種邏輯器件的功能及應用，貫徹理論聯係實際和少而精的原則，加強瞭對中規模集成電路的應用。對教學目的和要求中要求必須掌握的基本概念、基本原理和基本分析方法，做到講深講透，並注意講清思路、啓發思維，以培養舉一反三的能力。本書始終貫徹“講、學、練”相結閤的原則，從能力培養的角度齣發，培養學生分析問題和解決問題的能力。

內容簡介

本書定位在“應用型本科層次”，內容簡明，通俗易懂，由淺入深，突齣集成器件的應用，理論聯係實際。
全書共分為12章，分彆為：數字邏輯概論、邏輯代數基礎、邏輯門電路、組閤邏輯電路、鎖存器與觸發器、時序邏輯電路、脈衝波形的産生與變換、數/模和模/數轉換、半導體存儲器、可編程邏輯器件、數字電路Multisim仿真研究、數字電路應用實例。
為方便教學，本書還配有電子課件等教學資源包，任課教師和學生可以登錄“我們愛讀書”網（www.ibook4us.com）免費注冊並瀏覽，或者發郵件至hustpeiit@163.com免費索取。
本書篇幅適中、可讀性強，可作為普通高等院校計算機相關專業、電氣自動化技術和信息類相關專業應用型本(專)科的教材或參考書，也可供從事電子技術工作的工程技術人員參考。

精彩書評

（1）精講基礎，強化實踐，理論聯係實際
（2）以培養應用能力為目的，注重動手能力、設計能力、創新能力的培養
（3）課後習題豐富，基礎練習、綜閤應用、考研類習題有機結閤
（4）基礎性實驗、綜閤性實驗與Multisim仿真相結閤，提升實踐應用能力
（5）係統性強，並且突齣集成器件的應用
（6）可作為從事電子技術工作的工程技術人員的參考書

目錄

第1章數字邏輯概論()

1.1數字電路與數字信號()


1.2數製()


1.3二進製數的算術運算()


1.4二進製代碼()


1.5二值邏輯變量與基本邏輯運算()

1.6邏輯函數及其錶示方法()

第2章邏輯代數基礎()

2.1邏輯代數()


2.2邏輯函數的卡諾圖化簡法()


第3章邏輯門電路()

3.1MOS邏輯門電路()


3.2TTL邏輯門電路()


3.3邏輯描述中的幾個問題()

3.4邏輯門電路使用中的幾個實際問題()

第4章組閤邏輯電路()

4.1概述()

4.2組閤邏輯電路的分析()

4.3組閤邏輯電路的設計()

4.4組閤邏輯電路中的競爭冒險()


4.5常用組閤邏輯集成電路()


第5章鎖存器與觸發器()

5.1概述()


5.2鎖存器()


5.3觸發器的電路結構和工作原理()


5.4觸發器的邏輯功能()


第6章時序邏輯電路()

6.1時序邏輯電路的基本概念()


6.2同步時序邏輯電路的分析()


6.3異步時序邏輯電路的分析()

6.4若乾典型的時序邏輯電路()


6.5同步時序邏輯電路的設計()



第7章脈衝波形的産生與變換()

7.1概述()

7.2單穩態觸發器()


7.3施密特觸發器()


7.4多諧振蕩器()


7.5555定時器及其應用()


第8章數/模和模/數轉換()

8.1概述()

8.2D/A轉換器()


8.3A/D轉換器()


第9章半導體存儲器()

9.1隻讀存儲器()


9.2隨機存取存儲器()

9.3存儲器容量的擴展()

第10章可編程邏輯器件()

10.1可編程邏輯器件的基本特點()

10.2可編程邏輯陣列(PLA)()

10.3可編程陣列邏輯(PAL)()

10.4復雜的可編程邏輯器件(CPLD)()


第11章數字電路Multisim仿真研究()

11.1邏輯函數化簡與變換的Multisim仿真研究()

11.2組閤邏輯電路的Multisim仿真研究()

11.3時序邏輯電路的Multisim仿真研究()

11.4微分型單穩態觸發器的Multisim仿真研究()

11.5555定時器構成的多諧振蕩器的Multisim仿真研究()

第12章數字電路應用實例()

12.1遮擋式紅外聲光報警裝置()

12.230秒倒計時器()

課後答案()

附錄()

附錄A常用邏輯符號對照錶()

附錄BCMOS和TTL門電路的技術參數錶()

附錄C本書常用符號錶()

參考文獻()

精彩書摘

第1章


數字邏輯概論










1. 數字電路與數字信號。
2. 數製。
3. 二進製數的算術運算。
4. 二進製代碼。
5. 二值邏輯變量與基本邏輯運算。
6. 邏輯函數及其錶示方法。

1. 瞭解模擬信號與數字信號、模擬電路與數字電路的區彆與聯係。
2. 熟練掌握數字量、數製的概念及不同數製的互化。
3. 熟練掌握二進製數的算術運算。
4. 掌握基本邏輯運算、邏輯函數的概念及邏輯問題的描述。
5. 掌握邏輯函數的常用錶示方法：錶達式、真值錶、邏輯圖、波形圖，並掌握各種錶示方法的相互轉換。

隨著現代電子技術的發展，人們正處於一個信息時代。每天都要通過電視、廣播、通信、互聯網等多種媒體獲取大量的信息。而現代信息的存儲、處理和傳輸越來越趨於數字化。在人們的日常生活中，常用的計算機、電視機、音響係統、視頻記錄設備、長途電信等電子設備或電子係統，無一不采用數字電路或數字係統。因此，數字電子技術的應用越來越廣泛。
本章shou先介紹數字技術的發展及應用、數字集成電路的分類及特點、模擬信號與數字信號以及數字信號的描述方法。然後討論數製、二進製數的算術運算、二進製碼和數字邏輯的基本運算。
1.1數字電路與數字信號
1.1.1數字技術的發展及其應用
20世紀中期至21世紀初，電子技術特彆是數字電子技術得到瞭飛速的發展，使工業、農業、科研、醫療以及人們的日常生活發生瞭根本性的變革。
電子技術的發展是以電子器件的發展為基礎的。20世紀初直至20世紀中期，主要使用的電子器件是真空管，也稱電子管。隨著固體微電子學的進步，第一隻晶體三極管於1947年問世，開創瞭電子技術的新領域。20世紀60年代初，模擬和數字集成電路相繼上市。到20世紀70年代末微處理器的問世，電子器件及其應用齣現瞭嶄新的局麵。1988年，集成工藝可在1 cm2的矽片上集成3500萬個元件，說明集成電路進入甚大規模階段。隨著微加工技術的發展，當前的製造技術已使集成電路芯片內部的布綫細微到納米量級。例如英特爾第四代酷睿係列産品i7 4790k，它的製造工藝已經達到22 nm級彆，時鍾頻率高達4.4 GHz（109 Hz）。隨著芯片上元件和布綫的縮小，芯片的功耗降低而速度卻大為提高。
數字技術應用的典型代錶是電子計算機，它是伴隨著電子技術的發展而發展的。數字電子技術的發展衍生齣計算機的不斷發展和完善，計算機技術的影響已遍及人類經濟生活的各個領域，掀起瞭一場“數字革命”。數字技術被廣泛應用於廣播、電視、通信、醫學診斷、測量、控製、文化娛樂以及傢庭生活等方麵。由於數字信號具有便於存儲、處理和傳輸的特點，使得許多使用傳統模擬技術的領域轉而運用數字技術。具體舉例如下：
1. 照相機
傳統的模擬相機是用鹵化銀感光膠片記錄影像，膠片成像過程需要嚴格的加工工藝和技術，而且膠片不便於保存和傳輸。數字相機是將影像的光信號轉換為數字信號，以像素陣列的形式進行存儲。存儲的信息包括色彩、光強度和位置等。例如640×480的像素陣列中，每個像素的紅、綠、藍三元色均是8位，則該陣列的數據超過700萬。如果用JPEG圖形格式進行壓縮處理後，數據量隻為原來的5％，便於進行網絡的遠距離傳輸。隨著計算機處理照片技術的推廣，外置大容量小體積硬盤的普及，激光數字彩色照片衝印設備的廣泛應用，數字相機將取代模擬相機。
JPEG（joint picture experts group的縮寫）是國際標準化組織ISO（international standard organization的縮寫）和CCITT（international telephone and telegraph consultative committee的縮寫）聯閤製定的靜止圖像壓縮編碼標準，是目前靜止圖像壓縮比zui高的文件格式。
2. 視頻記錄設備

VCD（video compact disk的縮寫）和DVD（digital video disk的縮寫）普及之前，視頻信息主要以記錄模擬信號的錄像帶為主，而錄像帶的攜帶和保存都不方便。VCD是利用MPEG��1壓縮方式，以數字信號記錄圖像和聲音，它可以在直徑為12 cm的光盤上，記錄74 min的影音信息。DVD利用MPEG��2的壓縮技術，與VCD相比，它的容量更大，畫質和音質更好。僅單麵單層、直徑12 cm的光盤就可存儲350億位數據，可播放133 min，而雙麵雙層存儲的數據可達到其4倍之多。因此，DVD已成為傢庭影院的重要組成部分。
MPEG（moving picture experts group的縮寫）是世界數字視頻和音頻壓縮比的標準化組織製定的，用於多媒體運動圖像和伴音的數據壓縮編碼的國際標準。MPEG��1可將移動圖像和相關的聲音壓縮成二進製比特流，壓縮比為200∶1。與MPEG��1相比，MPEG��2的視頻編碼做瞭多項改進，使壓縮比更高，圖像質量更好。
3. 交通燈控製係統
1920年交通燈問世。早期的交通燈（紅黃綠燈）是用機電定時器控製的。後來用繼電器和開關構成的控製器，根據道路上傳感器檢測的信號進行控製。現在的交通燈由計算機控製，可以將監測係統檢測到的車輛流量信息送到係統計算機，經計算後進行閤理的時間分配。如果某路口東西方嚮堵塞，則將該路口東西方嚮的綠燈自動延時，並將附近區域東西方嚮的紅燈也自動地延時，堵塞解除後，信號燈恢復正常狀態。
隨著微電子技術的發展，將會有更多的數字電子産品陸續問世。數字技術的發展、計算機的應用正在改變著人類的生産方式、生活方式及思維方式，它使得工業自動化、農業現代化、辦公自動化和通信網絡化成為現實。但是，無論數字技術如何發展，終將不能代替模擬技術。自然界中絕大多數物理量都是模擬量，數字技術不能直接接受模擬信號進行處理，也無法將處理後的數字信號直接送到外部物理世界。因此，模擬技術在電子係統中是不可缺少的。由於模擬技術難度遠高於數字技術，其發展自然較慢。實際電子係統一般是模擬電路和數字電路的結閤，在發展數字技術的同時，也應重視模擬技術的發展。
1.1.2數字集成電路的分類及特點
電子電路按功能分為模擬電路和數字電路。根據電路的結構特點及其對輸入信號響應規則的不同，數字電路可分為組閤邏輯電路和時序邏輯電路。數字電路中的電子器件，例如二極管、三極管（BJT、FET）處於開關狀態，時而導通，時而截止，構成電子開關。這些電子開關是組成邏輯門電路的基本器件。邏輯門電路又是數字電路的基本單元。如果將這些門電路集成在一片半導體芯片上就構成數字集成電路。
1. 數字集成電路的分類
數字電路的發展曆史與模擬電路一樣，經曆瞭由電子管、半導體分立器件到集成電路的過程。由於集成電路的發展非常迅速，很快占有主導地位，因此，數字電路的主流形式是數字集成電路。從20世紀60年代開始，數字集成器件以雙極型工藝製成瞭小規模邏輯器件，隨後發展到中規模；20世紀70年代末，微處理器的齣現，使數字集成電路的性能發生瞭質的飛躍；從20世紀80年代中期開始，專用集成電路（ASIC, ASIC是application specific integrated circuit的縮寫）製作技術已趨於成熟，標誌著數字集成電路發展到瞭新的階段。
ASIC是將一個復雜的數字係統製作在一塊半導體芯片上，構成體積小、質量輕、功耗低、速度高、成本低且具有保密性的係統級芯片。ASIC芯片的製作可以采用全定製或半定製的方法。全定製適用於生産批量的成熟産品，由半導體生産廠傢製造。對於生産批量小或研究試製階段的産品，可以采用半定製方法。它是用戶通過軟件編程，將自己設計的數字係統製作在廠傢生産的可編程邏輯器件（PLD ,PLD是programmable logic device的縮寫）半成品芯片上，便得到所需的係統級芯片。從集成度來說，數字集成電路可分為小規模（SSl）、中規模（MSl）、大規模（LSl）、超大規模（VLSl）和甚大規模（ULSl）五類。所謂集成度，是指每一芯片所包含的門的個數。錶1��1��1所示為數字集成電路的分類。




錶1��1��1數字集成電路的分類




分類門的個數典型集成電路

小規模zui多12個邏輯門、觸發器

中規模12～99計數器、加法器

大規模100～9 999小型存儲器、門陣列

超大規模10 000～99 999大型存儲器、微處理器

甚大規模106以上可編程邏輯器件、多功能專用集成電路




數字電路的發展不僅錶現在集成度方麵，而且在半導體器件的材料、結構和生産工藝上均有所體現。數字集成器件所用的材料以矽材料為主，在高速電路中，也使用化閤物半導體材料，例如砷化鎵等。
邏輯門是數字集成電路的主要單元電路，按照結構和工藝分為雙極型、MOS型和雙極�睲OS型。晶體管�簿�體管邏輯門電路TTL（transistor�瞭ransistor logic的縮寫）問世較早，其工藝經過不斷改進，是至今仍在使用的基本邏輯器件之一。隨著金屬�慚躉�物�舶氳繼澹∕OS）工藝特彆是CMOS（complementary metal�瞣xide�瞫emiconductor的縮寫）工藝的發展，使得集成電路具有很高的電路集成度和工作速度，並且功耗很低，因此TTL的主導地位已被CMOS器件所取代。
2. 數字集成電路的特點
與模擬電路相比，數字電路主要有下列優點。
1） 穩定性高，結果的再現性好
數字電路的工作可靠，穩定性好。一般而言，對於一個給定的輸入信號，數字電路的輸齣總是相同的。而模擬電路的輸齣則隨著外界溫度和電源電壓的變化，以及器件的老化等因素而發生變化。
2） 易於設計
數字電路又稱為數字邏輯電路，它主要是對用0和1錶示的數字信號進行邏輯運算和處理，不需要復雜的數學知識，廣泛使用的數學工具是邏輯代數。數字電路能夠可靠地區分0和1兩種狀態就可以正常工作，電路的精度要求不高。因此，數字電路的分析與設計相對較容易。
3） 可大批量生産，成本低廉
數字電路結構簡單，體積小而成本低廉。
4） 可編程性
現代數字係統的設計，大多采用可編程邏輯器件，即廠傢生産的一種半成品芯片。用戶根據需要用硬件描述語言（HDL, HDL是hardware description language的縮寫）在計算機上完成電路設計和仿真，並寫入芯片，這給用戶研製開發産品帶來瞭極大的方便性和靈活性。
5) 高速度，低功耗
隨著集成電路工藝的發展，數字器件的工作速度越來越高，而功耗越來越低。集成電路中單管的開關速度可以做到小於10-11 s。整體器件中，信號從輸入到輸齣的傳輸時間小於2×10-9 s。百萬門以上超大規模集成芯片的功耗，可以低達毫瓦級。
由於具有這些優點，數字電路在眾多領域取代瞭模擬電路，而且可以肯定這種趨勢將會繼續發展下去。
3. 數字電路的分析、設計與測試
1） 數字電路的分析方法
數字電路處理的是數字信號，電路中的半導體器件工作在開關狀態，例如晶體管工作在飽和區或截止區，所以不能采用模擬電路的分析方法，例如小信號模型分析法。數字電路又稱為邏輯電路，在電路結構、功能和特點等方麵均不同於模擬電路，主要研究的對象是電路的輸齣與輸入之間的邏輯關係，因而，數字電路的分析方法與模擬電路完全不同，所采用的分析工具是邏輯代數，錶達電路輸齣與輸入的關係主要用真值錶、功能錶、邏輯錶達式或波形圖。
隨著計算機技術的發展，藉助計算機仿真軟件，可以更直觀、更快捷、更全麵地對電路進行分析。不僅可以對數字電路，而且可以對數模混閤電路進行仿真分析。不僅可以進行電路的功能仿真，顯示邏輯仿真的波形結果，以檢查邏輯錯誤，而且可以考慮器件及連綫的延遲時間，進行時序仿真，檢測電路中存在的冒險競爭、時序錯誤等問題。
2） 數字電路的設計方法
數字電路的設計是從給定的邏輯功能要求齣發，確定輸入、輸齣變量，選擇適當的邏輯器件，設計齣符閤要求的邏輯電路。設計過程一般有方案的提齣、驗證和修改三個階段。設計方式分為傳統的設計方式和基於EDA（electric design automation的縮寫）軟件的設計方式。傳統的硬件電路設計全過程都是由人工完成，硬件電路的驗證和調試是在電路構成後進行的，電路存在的問題隻能在驗證後發現。如果存在的問題較大，有可能重新設計電路，因而設計周期長，資源浪費大，不能滿足大規模集成電路設計的要求。基於EDA軟件的設計方式是藉助於計算機來快速準確地完成電路的設計。設計者提齣方案後，利用計算機進行邏輯分析、性能分析、時序測試，如果發現錯誤或方案不理想，可以重復上述過程直至得到滿意的電路，然後進行硬件電路的實現。這種方法提高瞭設計質量，縮短瞭設計周期，節省瞭設計費用，提高瞭産品的競爭力。因此EDA軟件已成為設計人員不可缺少的有力工具。
EDA軟件的種類較多，大多數軟件包含以下主要工具。
（1） 原理圖輸入設計者可以如同在紙上畫電路一樣，將邏輯電路圖輸入到計算機中，軟件自動檢查電路的接綫、電源及地綫的連接、信號的連接等。
（2） HDL文本輸入硬件描述語言是用文本的形式描述硬件電路的功能、信號連接關係以及時序關係。它雖然沒有圖形輸入那麼直觀，但功能更強，可以進行大規模、多個芯片的數字係統的設計。常用的HDL有ABEL、VHDL和Verilog HDL等。
（3） 測試平颱當邏輯電

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