形態新穎

引入慕課、微課、仿真等新形態，適應互聯網+ 時代需要

思維導圖

引導學生快速、全方位明確每章學習內容及重難點

視頻資源

豐富慕課及微課資源，使疑點難點迎刃而解

應用實例

課本知識結合工程實際，學以致用

仿真案例

建立理論與實踐溝通的橋梁，培養學生高階分析能力

拓展閱讀

添加相關新技術和課程思政等拓展閱讀，實現課內知識課外延伸

習題解答

全書習題均配有詳細解答，答疑解惑不留死角

課程思政

將思政元素融入專業，構建全方位育人格局

前 言

“數字電子技術”是工科院校電氣類、自動化類、計算機類和電子信息類專業的一門重要專業基礎課，同時又是一門實踐性和應用性很強的課程。該課程可使學生掌握各種數字器件、數字電路、數字系統、模數綜合系統的工作原理、分析方法和設計方法，以及電子電路在工程實踐中的應用方法。

為了適應新形勢下電子技術的高速發展和信息化社會的教育需求，本次編寫的《數字電子技術》是在我校陳明義老師主編教材的基礎上，發揚教學團隊省級精品課程教學的傳統優勢，融合我校團隊建設的國家精品在線開放課程（數字電子技術）的信息化資源，體現我校電子技術教研組多年的實踐教學經驗，結合新時期高素質創新人才培養的需要和新課程體系的要求編寫而成的。

本書具有以下5個特點。

（1）注重基礎。內容編排按照由簡單到復雜、循序漸進的原則，遵循“先器件后電路，先基礎后應用”的規律，對基本概念、基本原理和基本分析方法的闡述力求清晰透徹、深入淺出。

（2）突出實際應用。每一章都單設一節應用實例，將理論知識與實際應用結合，以激發學生的學習興趣，使學生學以致用，增強學習效果。

（3）體系完整，內容精選。在保證內容完整的前提下，淡化內部電路的分析與計算，加大中大規模數字集成電路相關內容的比重，并將緊密相關的內容融合為一章，力求少而精，做到好教好學。例如，第4章為觸發器與脈沖波形電路，第6章為半導體存儲器與微控制器等。

（4）每章結構特色鮮明，資源多樣。為便于學生學習和提高學生的綜合素質，每章章首均列出內容提要、學習目標和本章知識結構圖，章中還以二維碼的形式設置知識擴展、重難點微課、仿真案例、思政案例，章末設本章小結、習題。

（5）力求反映學科的最新進展。加大了現代數字電子技術的知識比重，如擴充了高密度的可編程邏輯器件的內容，引入了Verilog硬件描述語言及編程軟件Quartus II的知識，學生可全面掌握電子設計自動化的設計方法和過程。

本書共8章。第1章為數字邏輯基礎，包括數制和碼制、邏輯代數的基本概念、公式定理、邏輯函數的表示法及化簡法；第2章為邏輯門電路，包括TTL、CMOS兩種集成門電路的電路結構、工作原理、有關特性與參數，重點介紹了三種特殊結構（OC、TSL、TG）數字集成電路技術；第3章為組合邏輯電路，包括組合邏輯電路的分析與設計，重點介紹了4種常用的中規模集成組合邏輯芯片的功能和應用；第4章為觸發器與脈沖波形電路，包括各種不同類型觸發器的電路結構、動作特點、邏輯功能，3種脈沖波形的產生與整形電路，包括施密特觸發器、單穩態觸發器、多諧振蕩器的特點、作用和電路構成；第5章為時序邏輯電路，包括時序邏輯電路的分析與設計方法，側重介紹2種常用的中規模集成時序邏輯芯片的功能和應用；第6章為半導體存儲器與微控制器，包括ROM和RAM的電路結構、工作原理、特點，微控制器的結構、原理和特點；第7章為數模與模數轉換，包括模數轉換器和數模轉換器的特點、電路構成和工作原理等；第8章為可編程邏輯器件及編程技術，包括各種可編程邏輯器件的結構、工作原理、特點及其編程軟件。

本書是在總結中南大學自動化學院電工電子教學中心教師多年教學實踐經驗的基礎上完成的。本書由覃愛娜任主編，陳革輝、劉獻如、陳麗萍任副主編。其中，覃愛娜負責第1～3章和第7章的編寫；陳革輝負責第4～5章的編寫；陳麗萍負責第6章的編寫；劉獻如負責第8章的編寫。本書在編寫過程中得到了陳明義、羅桂娥、李飛、張亞鳴、羅瑞瓊、劉波、毛先柏等老師的幫助和支持。最后，由覃愛娜統稿、定稿。

本書在編寫過程中得到了電工電子教學中心全體同仁的大力支持，在此一并表示衷心的感謝。

由于編寫水平有限，加之時間倉促，書中難免存在疏漏與不妥之處，殷切期望讀者批評指正。

編 者

2021年5月

序
前言

第1章 數字邏輯基礎 1
1.1 數制和碼制 2
1.1.1 數制 2
1.1.2 碼制 3
1.2 邏輯變量和邏輯運算 5
1.2.1 邏輯變量 5
1.2.2 基本邏輯運算 6
1.2.3 復合邏輯運算 8
1.3 邏輯代數的公式和定理 10
1.3.1 邏輯代數的基本公式和常用
公式 10
1.3.2 邏輯代數的基本定理 12
1.4 邏輯函數及其表示方式 13
1.4.1 邏輯函數的表示法 13
1.4.2 邏輯函數的標準形式 17
1.5 邏輯函數的公式化簡法 20
1.5.1 最簡邏輯式的概念 20
1.5.2 邏輯函數的公式化簡法 21
1.6 邏輯函數的卡諾圖化簡 23
1.6.1 邏輯函數的卡諾圖表示法 23
1.6.2 用卡諾圖化簡邏輯函數 25
1.7 具有無關項的邏輯函數及其化簡 27
1.7.1 邏輯函數的無關項 27
1.7.2 具有無關項的邏輯函數的化簡 28
1.8 邏輯函數的變換與實現 29
1.8.1 邏輯函數的表達形式 29
1.8.2 邏輯函數的變換 31
1.9 應用實例：撥碼開關 32
本章小結 33
習題1 34
第2章 邏輯門電路 38
2.1 數字電路的二值邏輯狀態表示 39
2.2 半導體器件的開關特性 40
2.2.1 半導體二極管的開關特性 40
2.2.2 半導體三極管的開關特性 42
2.2.3 MOS管的開關特性 45
2.3 分立元件門電路 47
2.3.1 二極管與門 47
2.3.2 二極管或門 48
2.3.3 晶體三極管非門 49
2.4 TTL集成門電路 50
2.4.1 TTL反相器 50
2.4.2 其他邏輯功能的TTL門電路 59
2.4.3 特殊邏輯功能的TTL門電路 62
2.5 CMOS集成門電路 65
2.5.1 CMOS反相器 65
2.5.2 其他邏輯功能的CMOS門
電路 71
2.5.3 特殊邏輯功能的CMOS門
電路 73
2.6 應用實例：樓道燈控制電路 76
本章小結 77
習題2 77
第3章 組合邏輯電路 82
3.1 組合邏輯電路的特點 83
3.2 組合邏輯電路的分析 84
3.3 組合邏輯電路的設計 87
3.4 常用中規模組合邏輯電路及其應用 90
3.4.1 編碼器 90
3.4.2 譯碼器 97
3.4.3 加法器 108
3.4.4 數值比較器 113
3.5 組合邏輯電路中的競爭－冒險 116
3.5.1 競爭－冒險現象及其成因 116
3.5.2 競爭－冒險的判斷方法 116
3.5.3 消除競爭－冒險現象的方法 117
3.6 應用實例：總線串行數據傳輸系統 118
本章小結 120
習題3 120
第4章 觸發器與脈沖波形電路 124
4.1 概述 125
4.2 觸發器電路的結構及動作特點 126
4.2.1 基本RS觸發器 126
4.2.2 同步RS觸發器 128
4.2.3 主從觸發器 130
4.2.4 邊沿觸發器 134
4.3 觸發器的邏輯功能及描述方法 136
4.3.1 觸發器的邏輯功能及描述 136
4.3.2 觸發器的電路結構與邏輯
功能的關系 140
4.4 觸發器邏輯功能的轉換 140
4.5 脈沖波形的產生與整形 143
4.5.1 施密特觸發器 143
4.5.2 單穩態觸發器 146
4.5.3 多諧振蕩器 146
4.6 555定時器及其應用 147
4.6.1 555定時器的電路結構與
功能 147
4.6.2 555定時器構成的施密特
觸發器 149
4.6.3 555定時器構成的單穩態
觸發器 151
4.6.4 555定時器構成的多諧振蕩器 152
4.7 應用實例：數字搶答器 155
本章小結 155
習題4 156
第5章 時序邏輯電路 162
5.1 概述 163
5.2 同步時序邏輯電路的分析 165
5.2.1 同步時序邏輯電路分析的
一般步驟 166
5.2.2 同步時序邏輯電路的分析
舉例 166
5.3 同步時序邏輯電路的設計 169
5.3.1 同步時序邏輯電路設計的
一般步驟 169
5.3.2 同步時序邏輯電路設計舉例 171
5.4 2種常用時序邏輯電路及應用 176
5.4.1 寄存器和移位寄存器 176
5.4.2 計數器 182
5.5 應用實例：跳頻信號發生器 199
本章小結 201
習題5 201
第6章 半導體存儲器與微控制器 206
6.1 概述 207
6.1.1 存儲器的相關概念 207
6.1.2 存儲器的分類 208
6.1.3 存儲器的主要技術指標 209
6.2 只讀存儲器（ROM） 209
6.2.1 掩膜ROM 210
6.2.2 可編程ROM 212
6.2.3 集成ROM簡介 217
6.2.4 ROM的應用 218
6.3 隨機存儲器RAM 225
6.3.1 靜態隨機存儲器（SRAM） 225
6.3.2 動態隨機存儲器（DRAM） 229
6.4 存儲器的擴展 233
6.4.1 存儲芯片的位擴展 233
6.4.2 存儲芯片的字擴展 234
6.5 微控制器 235
6.5.1 微控制器概述 235
6.5.2 微控制器分類 236
6.5.3 微控制器基本結構 238
6.5.4 微控制器工作過程 239
6.5.5 微控制器特點及應用開發 240
6.6 應用實例：MCS-51單片機擴展片外
數據存儲器 242
本章小結 243
習題6 244
第7章 數模與模數轉換 247
7.1 數模與模數轉換的基本概念 248
7.2 D/A轉換器 249
7.2.1 D/A轉換器的轉換原理 249
7.2.2 典型的D/A轉換器 249
7.2.3 D/A轉換器的主要技術指標 254
7.3 A/D轉換器 257
7.3.1 A/D轉換基本原理 257
7.3.2 典型的A/D轉換器 260
7.3.3 A/D轉換器的主要技術指標 268
7.4 應用實例：多路數據采集系統 269
本章小結 270
習題7 270
第8章 可編程邏輯器件及編程技術 275
8.1 概述 276
8.1.1 可編程邏輯器件發展概況 276
8.1.2 可編程邏輯器件的分類 277
8.1.3 PLD的表示方法 278
8.2 陣列型可編程邏輯器件 280
8.2.1 陣列型PLD的結構 280
8.2.2 現場可編程邏輯陣列
（FPLA） 281
8.2.3 可編程陣列邏輯（PAL） 282
8.2.4 通用陣列邏輯（GAL） 287
8.2.5 復雜可編程邏輯器件
（CPLD） 295
8.3 現場可編程門陣列（FPGA） 297
8.3.1 FPGA分類 298
8.3.2 FPGA的一般結構與特性 299
8.3.3 FPGA與其他PLD比較及其
發展趨勢 305
8.4 可編程邏輯器件設計及編程語言 306
8.4.1 概述 306
8.4.2 PLD設計流程 308
8.4.3 在系統可編程技術 311
8.4.4 QuartusⅡ軟件及其應用 315
8.4.5 硬件描述語言 318
8.5 應用實例：基于FPGA的車牌識別
系統 321
本章小結 322
習題8 323
參考文獻 326

1. 輸水管線工程風險管理 [張勇 黨亥生 著]
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