內容簡介
《數字電子技術(第2版)/浙江省高等教育重點建設教材·應用型本科規劃教材》是浙江省高等教育重點建設教材,由來自於多所高校的多年從事數字電子技術教學和研究的教師閤作完成。以“精心組織、保證基礎、精選內容、麵嚮應用”為編寫原則,強調基礎性、係統性和實用性。
全書共分九章,內容包括邏輯代數基礎、門電路、組閤邏輯電路、集成觸發器、時序邏輯電路、可編程邏輯器件、Verilog HDL硬件描述語言、脈衝的産生和整形電路、數模(D/A)和模數(A/D)轉換電路。每章均有小節和與內容相適應的習題。
《數字電子技術(第2版)/浙江省高等教育重點建設教材·應用型本科規劃教材》可以作為高等院校信息電子類、自動化類、計算機類、通信工程、測控技術與儀器等專業的教材,也可供其他從事電子技術工作的工程技術人員參考。
內頁插圖
目錄
第1章 邏輯代數基礎
1.1 概述
1.1.1 數字信號和數字化
1.1.2 二進製數和編碼
1.2 邏輯代數的運算規則
1.2.1 三種基本運算
1.2.2 基本公式和常用公式
1.2.3 基本規則
1.3 邏輯函數及其錶示方法
1.3.1 邏輯函數
1.3.2 邏輯函數的幾種錶示方法
1.3.3 幾種錶示方法之間的轉換
1.3.4 邏輯函數的兩種標準形式
1.4 邏輯函數的公式化簡法
1.4.1 邏輯函數的最簡形式
1.4.2 邏輯函數的公式化簡法
1.5 邏輯函數的卡諾圖化簡法
1.5.1 卡諾圖的結構
1.5.2 邏輯函數的卡諾圖
1.5.3 用卡諾圖化簡邏輯函數
1.6 具有約束的邏輯函數及其化簡
1.6.1 約束和約束條件
1.6.2 具有約束項的邏輯函數的化簡
本章小結
習題
第2章 門電路
2.1 概述
2.1.1 什麼是門電路?
2.1.2 高電平、低電平與正、負邏輯
2.1.3 數字集成電路的集成度及分類
2.2 半導體二極管、三極管和MOS管的開關特性
2.2.1 理想開關的開關特性
2.2.2 半導體二極管的開關特性
2.2.3 二極管開關等效電路
2.2.4 半導體三極管的開關特性
2.2.5 MOS管的開關特性
2.3 CMOS門電路
2.3.1 CMOS反相器
2.3.2 CMOS與非門、或非門、與門和或門
2.3.3 CMOS與或非門
2.3.4 CMOS傳輸門、三態門和漏極開路門
2.3.5 CMOS電路産品簡介及使用中應注意的問題
2.4 TTL集成門電路
2.4.1 TTL反相器
2.4.2 TTL與非門、或非門、與門、或門、與或非門和異或門
2.4.3 TTL集電極開路門和三態門
2.4.4 TTL集成電路
2.5 TTL電路與CMOS電路的接口
2.5.1 用TTL電路驅動CMOS電路
2.5.2 用CMOS電路驅動TTL電路
本章小結
習題
第3章 組閤邏輯電路
3.1 概述
3.1.1 組閤邏輯電路概念
3.1.2 組閤邏輯電路的方框圖及特點
3.1.3 組閤邏輯電路邏輯功能錶示方法
3.1.4 組閤邏輯電路分類
3.2 組閤邏輯電路的分析方法
3.3 組閤邏輯電路的設計方法
3.4 常用中規模標準組閤模塊電路
3.4.1 中規模標準組閤模塊電路概念
3.4.2 加法器
3.4.3 乘法器
3.4.4 數值比較器
……
第4章 集成觸發器
第5章 時序邏輯電路
第6章 可編程邏輯器件
第7章 Verilog HDL硬件描述語言
第8章 脈衝的産生和整形電路
第9章 數模(D/A)和模數(A/D)轉換電路
附錄
參考文獻
前言/序言
為瞭滿足當今社會對應用型人纔的需求,許多高校都設置信息電子類、自動化類、計算機類、通信工程、測控技術與儀器等專業,但與應用型人纔培養目標相適應的教材卻很缺乏,大多仍在沿用以往適閤於研究型人纔培養的教材。為此,浙江大學齣版社組織瞭浙江大學城市學院、寜波理工學院、浙江工業大學之江學院、浙江理工大學、杭州電子科技大學、寜波大學、中國計量學院、浙江科技學院、浙江萬裏學院、紹興文理學院、廣東茂名學院等院校具有豐富教學經驗的教師專門為應用型本科學生編寫瞭這套“應用型本科信電專業係列教材”,以達到“因材施教”的目的。
《數字電子技術》是這套規劃教材之一,同時是浙江省高等教育重點建設教材。在這本教材的編寫過程中,我們重點關注當前學科發展的現狀、市場需求導嚮以及應用型本科學生的特點,以“精心組織、保證基礎、精選內容、麵嚮應用”為編寫原則,努力編寫齣適閤應用型本科學生使用的《數字電子技術》教材。
本教材在編寫過程中,主要突齣瞭以下三方麵的特色:
1.強調基礎性。教材編寫的齣發點是麵嚮應用型本科學生,所以強調基本知識的覆蓋麵,降低知識點的深度和難度,便於學生課後復習或者自學。
2.強調係統性。教材強調“數字電子技術”知識的係統性,既包含傳統“數字電路”教材中的組閤和時序邏輯電路的分析和設計,也包含脈衝波形的産生和變換的方法,又增加瞭當前數字電路設計的先進方法和手段。
3.強調實用性。“數字電路”設計現在已經越來越少地使用傳統的“門電路”(小規模集成電路)來進行設計,也逐漸減少瞭用中規模集成模塊電路進行設計,而是逐漸采用可編程邏輯器件,用Verilog HDL硬件描述語言(或者采用VHDL硬件描述語言)進行組閤和時序邏輯電路的設計。本教材用兩章的篇幅詳細介紹瞭這部分實用性內容。
探索微觀世界的奧秘:集成電路的奇妙之旅 本書將帶領您踏上一段激動人心的旅程,深入探索驅動我們現代科技的基石——集成電路。我們不僅僅是介紹基本概念,而是要揭示這些微小卻強大的元件如何通過精巧的設計和製造,匯聚成能夠執行復雜計算、存儲海量信息、控製精密設備的“智慧大腦”。我們將從最基礎的邏輯門齣發,逐步剖析它們如何組閤成更復雜的電路,最終構建起我們今天所熟知的各種電子設備。 第一章:二進製的基石——數字世界的語言 在踏入集成電路的殿堂之前,我們必須首先掌握其賴以生存的語言:二進製。這一章將深入淺齣地介紹二進製數製的概念,闡述為何計算機和數字電子設備偏愛這種非此即彼的0和1狀態。我們將學習二進製數的錶示方法,以及如何進行二進製的加、減、乘、除運算,這就像是學習一門新的數學語言。更重要的是,我們將理解數字信號與模擬信號的根本區彆,以及數字信號在信息傳遞和處理上的獨特優勢。此外,我們還會探討各種數製之間的轉換,例如十進製、二進製、八進製和十六進製,這為我們理解更復雜的編碼和數據錶示奠定基礎。通過這一章的學習,您將深刻認識到,看似簡單的0和1,卻構成瞭整個數字世界的底層邏輯。 第二章:邏輯運算的魅力——構建數字電路的積木 掌握瞭二進製語言,我們就可以開始構建數字電路瞭。本章將重點介紹構成所有數字邏輯電路最基本單元——邏輯門。您將瞭解到“與”、“或”、“非”、“與非”、“或非”、“異或”等基本邏輯門的功能,並理解它們是如何根據輸入的二進製信號産生特定的輸齣信號的。我們會通過真值錶和邏輯圖的形式直觀地展示這些邏輯門的工作原理。接著,我們將學習如何將這些邏輯門巧妙地組閤起來,形成更復雜的組閤邏輯電路,例如編碼器、譯碼器、多路選擇器和數據分配器。這些電路在數據選擇、信號轉換等過程中扮演著至關重要的角色。您將學會分析這些電路的功能,並理解它們在實際應用中的意義,例如在數據傳輸和信號處理係統中。 第三章:時序邏輯的奧秘——記憶與狀態的演變 如果說組閤邏輯電路是“當下”的反應,那麼時序邏輯電路則引入瞭“時間”和“記憶”的概念。本章將深入講解時序邏輯電路的基本構成單元——觸發器。您將學習到各種類型的觸發器,如SR觸發器、D觸發器、JK觸發器和T觸發器,並理解它們如何利用時鍾信號來存儲和改變狀態。這些觸發器是構建一切記憶元件和狀態機的基礎。在此基礎上,我們將探討移位寄存器和計數器。移位寄存器能夠實現數據的順序移動和存儲,廣泛應用於數據的串行傳輸和並行處理;而計數器則能按照預設的規則對脈衝信號進行計數,是實現定時、分頻和數字測量等功能的核心。通過對這些時序邏輯電路的學習,您將能夠理解數字係統如何通過狀態的演變來完成復雜的操作。 第四章:數據處理的核心——算術邏輯單元與存儲器 在理解瞭基本的邏輯運算和時序控製後,我們就可以進一步探索數字係統中負責數據處理和存儲的關鍵部件。本章將聚焦於算術邏輯單元(ALU),這是中央處理器(CPU)的核心組成部分。您將學習到如何通過邏輯門和加法器等電路來實現二進製的加法、減法、邏輯運算等,從而理解CPU是如何執行數學運算和邏輯判斷的。緊接著,我們將深入到存儲器領域。您將瞭解不同類型的存儲器,包括隨機存取存儲器(RAM)和隻讀存儲器(ROM)。我們會詳細分析RAM的讀寫原理,以及ROM的存儲特性和應用場景,例如固件存儲。您還將瞭解更高級的存儲器結構,如SRAM和DRAM,並理解它們在速度、功耗和成本方麵的權衡。通過本章的學習,您將對數字係統如何進行數據計算和信息存儲有一個全麵的認識。 第五章:半導體器件的物理基礎——從PN結到MOSFET 要真正理解集成電路的內部工作原理,我們必須迴溯到其最基本的構成元素——半導體器件。本章將為您揭示半導體材料(如矽)的神奇特性,以及PN結的形成和工作原理。您將理解二極管是如何利用PN結的單嚮導電性來控製電流的。隨後,我們將重點介紹在現代集成電路中占據統治地位的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。您將深入瞭解MOSFET的結構,以及其柵極電壓如何控製溝道中的載流子濃度,從而實現電流的開關和放大。我們會討論NMOS和PMOS兩種類型的MOSFET,以及它們在CMOS技術中的結閤應用,這為構建低功耗、高性能的數字電路提供瞭可能。對半導體器件物理基礎的理解,將為您提供更深層次的視角來審視集成電路的設計與工作。 第六章:集成電路的設計與製造——微觀世界的工業革命 本章將帶領您窺探集成電路從設計到最終成品的完整過程。您將瞭解集成電路設計流程,從概念構思到邏輯設計、物理設計,直至版圖生成。我們會介紹一些關鍵的設計工具和方法,幫助您理解如何將抽象的邏輯電路轉化為可製造的物理結構。接著,我們將深入到集成電路的製造工藝。您將瞭解光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積等一係列復雜的物理和化學過程,以及這些過程如何在矽片上精密地構建齣數以億計的晶體管和連接綫。此外,我們還將探討集成電路的封裝技術,以及芯片的測試與可靠性問題。這一章將讓您感受到現代微電子製造技術的博大精深,以及它如何將實驗室的理論轉化為觸手可及的電子産品。 第七章:數字係統的實現——從邏輯門到微處理器 在前麵幾章的鋪墊下,本章將把我們所學的知識融會貫通,展示如何將基本的邏輯門和時序元件構建成一個完整的數字係統。我們將以一個簡單的微處理器為例,剖析其包含的算術邏輯單元、控製器、寄存器陣列等核心模塊是如何協同工作的。您將瞭解指令的獲取、譯碼、執行過程,以及時鍾信號在同步整個係統中的關鍵作用。此外,我們還將探討更復雜的數字係統,如數字信號處理器(DSP)和現場可編程門陣列(FPGA),並介紹它們在特定領域的應用,例如通信、圖像處理和嵌入式係統。通過這一章,您將對現代數字係統有一個整體的認識,並能夠理解它們是如何協同工作,實現復雜的計算和控製功能的。 第八章:現代數字電路的設計挑戰與發展趨勢 數字電子技術的發展從未停止。本章將著眼於當前和未來的挑戰與機遇。您將瞭解到隨著集成度的不斷提高,功耗、信號完整性、時序約束等設計挑戰日益突齣。我們會探討當前主流的設計方法和EDA(電子設計自動化)工具,以及它們如何幫助工程師應對這些挑戰。同時,您還將接觸到一些前沿的發展趨勢,例如低功耗設計技術、新型半導體材料的應用、以及人工智能在芯片設計領域的融閤。這一章將為您打開一扇窗,讓您看到數字電子技術的未來發展方嚮,並激發您對這一領域的進一步探索。 本書旨在為您構建一個堅實的數字電子技術知識體係,讓您不僅理解“是什麼”,更能洞悉“為什麼”。從基礎的邏輯運算到復雜的係統實現,從半導體器件的物理原理到集成電路的製造工藝,我們都力求以清晰易懂的方式進行闡述。希望通過這場深入的探索,您能夠對數字電子技術産生濃厚的興趣,並為未來在相關領域的學習和實踐打下堅實的基礎。