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编辑推荐

　　近年来，参加全国大学生电子设计竞赛的高职高专院校学生逐年增多，各高校也都非常重视，除了在相关课程的日常教学中加大训练力度外，还在选拔参赛队员前后组织相关辅导和强化训练，急需要适合这类学生的竞赛培训教材。
　　在总结前期教材编写出版经验的基础上，组织编写了这套既可用于全国大学生电子设计竞赛，也可用于电子信息类专业电子产品设计与制作核心能力培养的工程型系列教材，以期推动大学生电子设计竞赛和高等学校电子信息类专业的教学改革和教材建设。
　　该系列教材的定位是首先满足课堂教学，同时兼顾电子设计竞赛培训的需求。如果学生学完这套从书的内容，参加电子设计竞赛前只需要强化实践技能的训练即可；如果学校教学计划中没有安排这套教材中的全部课程，竞赛培训时就要补充有关内容。
　　该系列教材打破了传统的理论体系，采用基于CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate，构思、设计、实现、运行）工程教育理念的项目化教学模式，将每门课程的核心内容融入到一个个项目中，根据项目的需要，按照项目内容、必备知识、项目实施和扩充知识的架构对传统教材内容进行了重组。
　　该系列教材编写中聘请了行业企业的工程技术人员参与，每部教材的编者中至少有一位是来自行业企业的一线工程技术人员。
　　该系列教材的主编、副主编和其他作者均有着丰富的教学和工程实践经验，多数作者还具有指导大学生电子设计竞赛的经历，有的作者指导的学生代表队还获得过全国奖。他们有着强烈的责任意识、质量意识和创新意识，在教材编写过程中每个细节的工作都精益求精，使教材的质量达到了较高水平。

内容简介

　　本书本着“必需、够用”的原则，基于CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate，构思、设计、实现、运行）的项目化教学模式而编写。全书包括简单三人表决器设计、LED显示译码器设计、四人抢答器设计、二十四进制电子数字钟设计、报警器设计、数字温度计设计、简易交通灯控制逻辑电路设计、简易数字频率计设计和数字密码锁设计九个项目。每个项目都分为项目内容、必备知识、项目实施、扩充知识4部分内容。
　　本书内容精练、实用性和针对性强，可作为高等专科和职业院校电子信息类专业学生参加电子设计竞赛、技能大赛以及应用型电子工程技术人才培养的培训教材，也可以作为高职高专和二、三类本科电子信息等专业学生的“数字电子技术”教材，还可以作为电子设计与制作者的参考书。

内页插图

目录

项目1简单三人表决器设计
1.1项目内容
1.1.1项目简介
1.1.2项目要求
1.1.3项目目标
1.2必备知识
1.2.1数制与编码
1.2.2逻辑代数基础知识
1.2.3逻辑门电路
1.3项目实施
1.3.1构思——简单表决器的设计方案
1.3.2设计——简单表决器的电路设计与仿真
1.3.3实现——简单表决器的组装与调试
1.3.4运行——简单表决器的测试与性能分析
1.4扩充知识
1.4.1集成电路的使用
1.4.2面包板的使用
项目小结
课后练习
项目2LED显示译码器设计
2.1项目内容
2.1.1项目简介
2.1.2项目要求
2.1.3项目目标
2.2必备知识
2.2.1组合逻辑电路分析和设计
2.2.2编码器
2.2.3译码器
2.2.4数据选择器
2.2.5加法器
2.2.6数值比较器
2.3项目实施
2.3.1构思——LED显示译码器的设计方案
2.3.2设计——LED显示译码器的电路设计与仿真
2.3.3实现——LED显示译码器的组装与调试
2.3.4运行——LED显示译码器的测试与性能分析
2.4扩充知识
2.4.1LED数码管的检测
2.4.2数据分配器
项目小结
课后练习
项目3四路抢答器设计
3.1项目内容
3.1.1项目简介
3.1.2项目要求
3.1.3项目目标
3.2必备知识
3.2.1RS触发器
3.2.2JK触发器
3.2.3D触发器
3.2.4T和T′触发器
3.3项目实施(含仿真)
3.3.1构思——抢答器的设计方案
3.3.2设计——抢答器电路的设计与仿真
3.3.3实现——抢答器的组装与调试
3.3.4运行——抢答器的测试与性能分析
3.4扩充知识
3.4.1集成触发器的选型
3.4.2集成触发器的检测
3.4.3锁存器
项目小结
课后练习
项目4二十四进制电子数字钟设计
4.1项目内容
4.1.1项目简介
4.1.2项目要求
4.1.3项目目标
4.2必备知识
4.2.1寄存器
4.2.2计数器
4.2.3任意进制计数器
4.3项目实施
4.3.1构思——二十四进制电子数字钟的设计方案
4.3.2设计——二十四进制电子数字钟的电路设计与仿真
4.3.3实现——二十四进制电子数字钟的组装与调试
4.3.4运行——二十四进制电子数字钟的测试与性能分析
4.4扩充知识
4.4.1存储器
4.4.2数字钟
项目小结
课后练习
项目5报警器设计
5.1项目内容
5.1.1项目简介
5.1.2项目要求
5.1.3项目目标
5.2必备知识
5.2.1555电路原理
5.2.2施密特触发器
5.2.3单稳态触发器
5.2.4多谐振荡器
5.3项目实施
5.3.1构思——报警器的设计方案
5.3.2设计——报警器的设计与仿真
5.3.3实现——报警器的组装与调试
5.3.4运行——报警器的测试与性能分析
5.4扩充知识
5.4.1555定时器内部结构图(前面已讲授)
5.4.2遥控器的工作原理
项目小结
课后练习
项目6数字温度计设计
6.1项目内容
6.1.1项目简介
6.1.2项目要求
6.1.3项目目标
6.2必备知识
6.2.1A/D转换
6.2.2D/A转换
6.3项目实施
6.3.1构思——数字温度计的设计方案
6.3.2设计——数字温度计的设计与仿真
6.3.3实现——数字温度计的组装与调试
6.3.4运行——数字温度计的测试与性能
6.4扩充知识
6.4.1温度检测
6.4.2传感器
项目小结
课后练习
项目7简易交通灯控制逻辑电路设计
7.1项目内容
7.1.1项目简介
7.1.2项目要求
7.1.3项目目标
7.2项目实施
7.2.1构思——简易数字钟的设计方案
7.2.2设计——简易数字钟的电路设计与仿真
7.2.3实现——交通灯控制逻辑电路的组装与调试
7.2.4运行——交通灯控制逻辑电路的测试与性能分析
7.3扩充知识
项目小结
课后练习
项目8简易数字频率计的设计
8.1项目内容
8.1.1项目简介
8.1.2项目要求
8.1.3项目目标
8.2项目实施
8.2.1构思——数字频率计的设计方案
8.2.2设计——数字频率计的电路设计与仿真
8.2.3实现——数字频率计的组装与调试
8.2.4运行——数字频率计的测试与性能分析
8.3扩充知识
8.3.1普通信号发生器
8.3.2电路仿真简介
项目小结
课后练习
项目9数字密码锁设计
9.1项目内容
9.1.1项目简介
9.1.2项目要求
9.1.3项目目标
9.2项目实施
9.2.1构思——数字密码锁的设计方案
9.2.2设计——数字密码锁的电路设计
9.2.3实现——数字密码锁的组装与调试
9.2.4运行——数字密码锁的测试与性能分析
9.3扩充知识
9.3.1扬声器
9.3.2达林顿管
项目小结
课后练习
附录A常用逻辑符号对照表
附录B74系列芯片 名字对照
附录C4000系列芯片 名字对照
参考文献

精彩书摘

　　项目3四路抢答器设计
　　3.1项目内容
　　3.1.1项目简介
　　本项目是利用触发器的“记忆”功能，设计一个四路抢答器电路，实现仿真电路，完成电路的组装与调试，并对电路进行测试和性能分析。
　　3.1.2项目要求
　　本电路是一个可容纳四人（组）参赛的竞赛抢答器，每人（组）有一个抢答按钮以供抢答使用，主持人或者竞赛裁判持有一个清零按钮，清零后，各人（组）前显示灯不亮。抢答开始后，最先按下按钮抢答的人（组）面前的灯亮起。后按下按钮抢答的人（组）面前的灯不会点亮。若有两人（组）或两人（组）以上同时抢答，则所有的抢答信号无效，其前面的灯都不会亮起。
　　3.1.3项目目标
　　(1) 熟练掌握RS触发器的电路结构和工作原理。
　　(2) 熟练掌握JK触发器的电路结构和工作原理。
　　(3) 熟练掌握D触发器的电路结构和工作原理。
　　(4) 熟练掌握T触发器的电路结构和工作原理。
　　(5) 了解集成触发器的选型和检测。
　　3.2必备知识
　　数字电路中除了逻辑运算和算数运算的组合电路外，还有一种具有记忆功能的时序逻辑电路，而触发器是构成该电路的基本单元，一个触发器能够存储1位二进制码，该触发器有两个互补输出端，其输出不仅与当前的输入有关，而且还与先前的输出状态有关。触发器的结构及触发方式有多种形式，不同的种类具有不同的逻辑功能。功能表、特征方程及状态图是用来分析电路功能的常用的3种方式。触发方式上，以分析输出状态和输入状态与触发脉冲之间的时间关系为主。
　　3.2.1RS触发器
　　1. 基本RS触发器
　　基本RS触发器是一种最为简单的触发器，但又是其他复杂触发器的基本的组成部分。
　　1) 电路的结构和工作原理
　　如图3.1(a)所示，将两个或非门的输出端分别接在相对的或非门的输入端上，即可构成基本RS触发器，R、S端是触发器的两个输入端，Q、端是触发器的两个输出端，由逻辑关系可知触发器的逻辑表达式为
　　Q=R+
　　=S+Q
　　图3��1两个或非门组成的基本RS触发器
　　当R=1、S=0时，无论原来的电路输出为何状态，都有G2的输出Q=0、Q=0和S=0作为G1的输入，使得=1。
　　当R=0、S=1时，无论原来的电路输出为何状态，都有G1的输出=0、=0和R=0作为G2的输入，使得Q=1。
　　当R=0、S=0时，G1和G2的输出取决于Q和的原来状态，原来处于什么状态依然处于什么状态，即保持原状态不变。
　　当R=1、S=1时，无论原来为何状态，都有G2的输出Q=0，Q=0和S=1作为G1的输入，使得=0。显然在此条件下，两个或非门的输出端均为0，两个输出端的信号互补关系不成立。而且在两个输入信号同时变为无效（R=0，S=0）消失后，不能确定触发器的状态是0还是1，这种情况要避免，因此在正常工作时输入信号应当遵守RS=0的约束条件，也就是不允许两个输入端同时为1的信号。
　　综上所述，当触发器的R、S端输入不同的电平时，它的Q和两个输出端处于两种互补的稳定状态。我们规定，一般触发器的状态通常指的是Q端的状态，R=1、S=0时，Q端状态为0态，我们称触发器置0，或者称复位，R=1实际上是决定条件，所以称R为置0输入端或者复位端。R=0、S=1时，Q端状态为1态，我们称触发器置1，或者称置位，S=1实际上是决定条件，所以称S为置1输入端或者置位端。
　　如果触发器原来为0态，为使之变为1态，必须令R端的电平由1变为0，S端的电平由0变为1，此时所加的输入信号称为触发信号，由此产生的触发器的状态转换的过程称为翻转。触发过程由电平控制，因此触发器称为电平控制触发器。而R端和S端的功能是使其置0或者置1，所以该触发器又称为置位复位触发器，也叫置0置1触发器，其功能表如表3��1所示。
　　表3��1两个或非门组成的基本RS触发器功能表
　　RSQ
　　011
　　100
　　00不变
　　11不定
　　如图3.2所示，是用两个与非门输入输出交叉相连构成的触发器，这种触发器的触发信号是低电平有效的。
　　图3.2两个与非门组成的基本RS触发器
　　其逻辑表达式为
　　Q=S
　　=RQ
　　其触发功能表如表3��2所示。同学们可自行分析其工作状态。
　　表3��2两个与非门组成的基本RS触发器的功能表
　　RSQ
　　101
　　010
　　11不变
　　00不定
　　2) 应用举例
　　【例3��1】用与非门和基本RS触发器构成4位二进制数码寄存器。
　　图3��3例3��1数码寄存器
　　解： 如图3��3所示，是由与非门组成的基本的RS触发器和与非门构成的4位数码寄存器原理图，其工作原理如下：
　　（1） 清零过程
　　开始清零时，CR端和LD端均加低电平，此时4个与非门输出均为高电平，触发器S端被置高电平，R端置低电平，此时各个触发器处于0态，当CR信号消失时，此时R端为高电平，触发器输出处于不变状态。
　　（2） 置数过程
　　清零过程结束后，LD端处于高电平有效状态，4个与非门打开，D0~D3以反码方式加入到对应的触发器的S端，由触发器的功能可知，触发器的输出状态应与D0~D3的状态一致，当LD信号回到低电平后，触发器的R、S端均为1，又回到了不变的状态，并且LD将与非门封锁。
　　2. 同步RS触发器
　　在基本的RS触发器电路中，由于R端和S端的输入信号都是直接加到输入端上的，所以在输入信号全部作用时间内，都能直接改变输出端Q和的状态，这也是基本RS触发器的动作特点，所以我们又把S端和R端叫做直接置位端和直接复位端，把基本的RS触发器叫做直接置位、复位触发器。
　　但是在数字电路中，为了使数字系统的各部分动作协调，通常需要某些触发器在同一时刻工作，为实现这一目的，在数字电路中引进同步信号，参加工作的触发器需要在同步信号到达时才能根据输入信号改变状态。这个同步信号我们称之为时钟脉冲信号，或者叫时钟信号、时钟，通常用CP(Clock Pulse)表示。
　　为了区别基本RS触发器那样的直接置位、复位的触发器，我们把受时钟脉冲信号控制的触发器统称为时钟触发器。
　　1) 电路的结构和工作原理
　　如图3.4所示为最简便的由时钟控制的同步RS触发器。该电路主要由两部分组成： G1和G2组成输入控制门电路，G3和G4组成基本的RS触发器。
　　图3.4同步RS触发器
　　输入信号要经过G1和G2两个与非门传递，但是两个与非门同时受CP脉冲信号的控制。当CP=0时，G1和G2两个门截止，即输入信号被封锁，S、R不起作用，触发器的状态保持不变。当CP=1时，S、R信号通过G1和G2两个门作用于G3和G4组成的基本的RS触发器上，触发器触发翻转，Q和的状态跟随输入状态的变化而变化。
　　为研究触发器翻转状态的变化，区分触发前后不同的状态，我们把触发器触发前的状态称为现态，用Qn表示，触发后的状态称为次态，用Qn+1表示。由图中逻辑关系可知：
　　Qn+1=Qn
　　Qn+1=Qn
　　由以上分析可知同步RS触发器的功能表如表3��3所示。
　　表3��3同步RS触发器的功能表
　　CPSRQnQn+1说明
　　00000输出状态不变
　　10011输出状态不变
　　10100输出与S相同
　　10110输出与S相同
　　11001输出与S相同
　　11011输出与S相同
　　1110—输出状态不定
　　1111—输出状态不定
　　触发器的逻辑功能还可以用逻辑函数表达式来描述，这种描述逻辑功能的函数表达式称为状态转移方程或者称为特征方程，一般简称状态方程。由表3��3可得同步RS触发器的特征方程为：
　　Qn+1=S+Qn
　　SR=0(约束条件)
　　触发器的逻辑功能还可以采取图形的方式表示，即状态转移图，如图3��5所示。两个圆圈代表触发器的两个稳定状态，箭头表示在信号的作用下状态转移的方向，旁边的标注为状态转移的条件。
　　图3��5同步RS触发器状态转移图
　　2） 应用举例
　　【例3��2】如图3��4所示同步RS触发器中CP、S、R的波形如图3��6所示，触发器初始状态为Q=0，试画出Q1、Q2、Q和的波形图。
　　图3.6例3.2波形图
　　解： 根据题意及同步RS触发器的功能表，画出Q1、Q2、Q和的波形示于同一图中。
　　在CP高电平时触发器翻转，与基本的RS触发器相比，对触发器增加了时间控制，G1和G2的输出直接影响触发器的状态，而在CP=1的时间间隔内，因为门G1和G2处于开启状态，R、S的变化就会引起触发器状态的变化。因此这种触发器的翻转是被控制在一个时间间隔内，而不是控制在某一时刻进行。
　　3. 主从触发器
　　同步触发器中，只有当CP=1时，此时S、R的信号才可以通过G1和G2两个门加到后端的触发器上，从而引起触发器的翻转工作，如果此时要保持触发器的输出不变，就必须维持当前的输入R、S信号不变。当在CP=1时，任何R和S的变化都会引起触发器输出端的翻转变化，这样会大大降低触发器的抗干扰信号的能力。为了改善触发器的工作可靠性，提高其抗干扰信号的能力，我们希望触发器在时钟脉冲信号电平有效期间其输出状态只变化一次，为此在同步触发器的基础上，改善设计出主从触发器。
　　1) 电路的结构和工作原理
　　主从触发器由两级触发器构成，如图3��7所示。
　　图3��7由两个同步的RS触发器构成的主从RS触发器
　　前一个触发器是主触发器，由G5~G8 4个与非门组成； 后一个触发器是从触发器，由G1~G4 4个与非门组成。其中主触发器的状态由输入信号直接决定，从触发器的输入端接在主触发器的输出端，其输出状态由主触发器的状态决定，主触发器和从触发器均由同一时钟脉冲CP控制，但信号相位相反，如图3��7中，CP脉冲直接接到主触发器，再经由反相器G9接到从触发器上。其工作原理如下：
　　当CP=1时，G7和G8两个门被打开，而G3和G4两个门被封锁，主触发器根据输入的S、R信号翻转，而从触发器的输出由于G3和G4两个门的封锁而保持原状态不变。
　　当CP由1变成0的时候，情况正好相反，此时G7和G8两个门被封锁，而G3和G4两个门被打开，由于G7和G8两个门被封锁，其输出状态保持不变，输入信号的变化不会再影响主触发器的输出，而G3和G4两个门的打开，使得主触发器的输出信号加到从触发器的输入端，从触发器按照和主触发器一样的状态翻转，即使此时的输入信号再发生变化，也不会影响触发器的输出，也就是说，在CP的一个变化周期内，触发器的输出只能发生一次变化。
　　注意： 触发器的输出发生翻转是在CP信号由高电平变为低电平的瞬间时刻完成的，所以该主从RS触发器属于负跳沿(下降沿)动作型，在逻辑符号中，CP信号输入端的小圆圈即表示负跳沿(下降沿)动作，相反在CP正跳沿(上升沿)动作时，则没有该小圆圈。
　　分析可知，主从RS触发器的逻辑功能与同步RS触发器的逻辑功能是一样的，也就是说它们的功能表、特征方程和状态转换图是一致的，这里不再叙述。
　　2） 应用举例
　　【例3��3】图3��7所示的主从RS触发器中，若CP、S、R的波形如图3��8所示，试画出Q和的波形。
　　图3��8

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