有關數字電子技術的經典教材。
*全新的頁麵布局和設計
*新增瞭布爾簡化的Q-M方法
*新增瞭Moore和Mealy狀態機的內容
*新增瞭有關數據傳輸的一章
*突齣瞭D觸發器的使用
本書是一本關於數字電子技術的經典教材,並專門針對國內教學的實際情況進行瞭縮減。全書主要介紹瞭數字電子技術的基本概念、數製、邏輯門、布爾代數和邏輯化簡、組閤邏輯分析、組閤邏輯的作用、計數器、移位寄存器、存儲器、可編程邏輯與軟件、集成電路技術等。全書的特色在於示例與習題豐富、圖解清晰、語言流暢、寫作風格簡約。
ThomasL.Floyd於1964年獲得瞭佛羅裏達大學的電氣工程學學士學位,同年在德州儀器公司開始瞭他的職業生涯,期間獲得瞭碩士學位。之後任教於美國多所大學,主要教授電子技術、數字通信係統等課程。
餘璆,上海工程技術大學教師,長期講授數字電路基礎與電子學課程,具有豐富的教學經驗。
目 錄
Chapter 1?Introductory Concepts 1
1-1 Digital and Analog Quantities 1
1-2 Binary Digits, Logic Levels, and Digital Waveforms 4
1-3 Fixed-Function Logic Devices 9
Chapter 2?Number Systems, Operations, and Codes 14
2-1 Decimal Numbers 14
2-2 Binary Numbers 15
2-3 Decimal-to-Binary Conversion 18
2-4 Binary Arithmetic 20
2-5 Complements of Binary Numbers 23
2-6 Signed Numbers 25
2-7 Arithmetic Operations with Signed Numbers 30
2-8 Hexadecimal Numbers 36
2-9 Octal Numbers 41
2-10?Binary Coded Decimal (BCD) 43
2-11?Digital Codes 46
2-12?Error Codes 48
Chapter 3?Logic Gates 61
3-1 The Inverter 61
3-2 The AND Gate 63
3-3 The OR Gate 69
3-4 The NAND Gate 73
3-5 The NOR Gate 77
3-6 The Exclusive-OR and Exclusive-NOR Gates 81
3-7 Fixed-Function Logic Gates 84
Chapter 4?Boolean Algebra and Logic Simplification 99
4-1 Boolean Operations and Expressions 99
4-2 Laws and Rules of Boolean Algebra 100
4-3 DeMorgan’s Theorems 105
4-4 Boolean Analysis of Logic Circuits 108
4-5 Logic Simplification Using Boolean Algebra 110
4-6 Standard Forms of Boolean Expressions 114
4-7 Boolean Expressions and Truth Tables 119
4-8 The Karnaugh Map 122
4-9 Karnaugh Map SOP Minimization 125
4-10?Karnaugh Map POS Minimization 133
4-11?The Quine-McCluskey Method 137
Chapter 5?Combinational Logic Analysis 149
5-1 Basic Combinational Logic Circuits 149
5-2 Implementing Combinational Logic 153
5-3 The Universal Property of NAND and NOR Gates 158
5-4 Combinational Logic Using NAND and NOR Gates 160
5-5 Pulse Waveform Operation 164
Chapter 6?Functions of Combinational Logic 174
6-1 Half and Full Adders 174
6-2 Parallel Binary Adders 177
6-3 Ripple Carry and Look-Ahead Carry Adders 183
6-4 Comparators 186
6-5 Decoders 189
6-6 Encoders 195
6-7 Code Converters 198
6-8 Multiplexers (Data Selectors) 201
6-9 Demultiplexers 207
6-10?Parity Generators/Checkers 209
Chapter 7?Latches, Flip-Flops, and Timers 221
7-1 Latches 221
7-2 Flip-Flops 227
7-3 Flip-Flop Operating Characteristics 236
7-4 Flip-Flop Applications 238
7-5 One-Shots 242
7-6 The Astable Multivibrator 249
Chapter 8?Shift Registers 261
8-1 Shift Register Operations 261
8-2 Types of Shift Register Data I/Os 262
8-3 Bidirectional Shift Registers 270
8-4 Shift Register Counters 272
8-5 Shift Register Applications 275
8-6 Logic Symbols with Dependency Notation 282
Chapter 9?Counters 289
9-1 Finite State Machines 289
9-2 Asynchronous Counters 291
9-3 Synchronous Counters 297
9-4 Up/Down Synchronous Counters 303
9-5 Design of Synchronous Counters 306
9-6 Cascaded Counters 313
9-7 Counter Decoding 316
9-8 Counter Applications 319
9-9 Logic Symbols with Dependency Notation 323
Chapter 10?Data Storage 333
10-1 Semiconductor Memory Basics 333
10-2 The Random-Access Memory (RAM) 338
10-3 The Read-Only Memory (ROM) 350
10-4 Programmable ROMs 354
10-5 The Flash Memory 357
10-6 Memory Expansion 361
10-7 Special Types of Memories 366
10-8 Magnetic and Optical Storage 370
Chapter 11?Signal Conversion and Processing 382
11-1 Analog-to-Digital Conversion 382
11-2 Methods of Analog-to-Digital Conversion 388
11-3 Methods of Digital-to-Analog Conversion 397
11-4 Digital Signal Processing 404
Chapter 12?Data Transmission 411
12-1 Data Transmission Media 411
12-2 Methods and Modes of Data Transmission 415
12-3 Modulation of Analog Signals with Digital Data 420
12-4 Modulation of Digital Signals with Analog Data 423
12-5 Multiplexing and Demultiplexing 428
12-6 Bus Basics 433
12-7 Parallel Buses 437
12-8 The Universal Serial Bus (USB) 442
12-9 Other Serial Buses 445
12-10?Bus Interfacing 450
Answers to Odd-Numbered Problems 463
Glossary 481
Chapter 13 Integrated Circuit Technologies(On Website)
前言
Digital Fundamentals(即改編後的《數字電子技術》)的第十一版繼續秉承長期以來的傳統,側重於數字技術核心的基礎內容。本書通過豐富的插圖、舉例、練習和若乾應用幫助讀深入理解相關的基本概念。除此以外,本書也涉及瞭應用邏輯功能、功能的實現、集成電路技術,還涉及瞭信號轉換和處理、數據傳輸、處理和控製等一些特定主題。第十一版增加瞭一些新的內容和特點,許多原有的內容也得到瞭擴展。
書中涉及的知識旨在讓學生進一步學習更高層次或選修內容之前,掌握所有重要的基礎概念。涉及的內容範圍具有靈活性,以便適應各種課程的需求。例如,對於某些課程並不太適閤的設計性課題或者應用性課題,忽略或減少相關的內容不會影響書中基本概念的學習。半導體電路的背景知識並非本書必需的先修內容,集成電路技術(芯片內部電路)的知識則有選擇地提及一些。
第十一版的新內容
● 全新的頁麵布局和設計,視覺效果更好,容易使用,修改和改進瞭一些內容。
● 刪除瞭過時的設備。
● 新增瞭布爾簡化的Q-M(Quine-McCluskey)方法。
● 新增瞭Moore和Mealy狀態機的內容。
● 新增瞭有關數據傳輸的一章,包括標準總綫的全麵介紹。
● 突齣瞭D觸發器的使用。
本書的特性
● 基本核心內容和高層次的或外圍的內容不相混閤。
● InfoNotes(計算機小知識)以側邊欄的版麵給齣精煉的趣味短文。
● 每章都提示學生如何找到各種練習的答案。
● 每章中的各個小節都有檢查題,答案列在每章的最後。
● 給齣的每個例題都帶有相關的練習,答案列在每章的最後。
● 分散在各處的Hands-On Tips(實踐技巧)提供有用的實踐知識。
● 網站上的MultiSim文件提供書中選做的仿真參考電路。
● 每章最後的是非判斷題。
● 每章最後的單選自測題。
● 每章最後的分節習題在本書的最後給齣奇數題目的答案。
學生資源①
● 可選擇購買的實驗手冊(Experiments in Digital Fundamentals, Eleventh Edition),由Dave Buchla 和 Doug Joksch 撰寫。
● MultiSim電路。網站(www.pearsonhighered.com/careersresources.com)上的MultiSim文件,包含瞭書中選做的仿真參考電路,由圖P-1錶示。
● 在綫章節,“Intergrated Circuit Technologies”
● VHDL教程
● Verilog教程
● MultiSim教程
● Altera Quartus II教程
● Xilinx ISE教程
● 變量卡諾圖教程
● 漢明碼教程
● Q-M方法教程,等等
教師資源②
● 教師資源手冊,包含相關章節的習題解答,應用邏輯習題的解答,MultiSim仿真結果的總結,由Dave Buchla 和 Doug Joksch 撰寫的實驗手冊的實驗結果。
● 書中插圖的幻燈片文件。
一些專題的說明
檢查題 每個小節的結尾都有習題組成的復習部分,以加強這一小節主要概念的理解。這個特點如圖P-2所示。
圖P-2
檢查題的答案列在本章的結尾。
例題和相關的問題?書中給齣瞭豐富的例題,用以幫助對基本概念進行解釋。每個例題都配有相關的問題,通過讓學生解答和例題相似的題目來加強和拓寬所學知識。典型的例題和相關問題如圖P-3所示。
圖P-3
獻給學生
數字技術遍布於我們生活的方方麵麵。例如手機和其他類型的無綫通信,包括電視、收音機、過程控製、汽車電子、消費電子、飛機導航等,本書僅僅給齣瞭為數不多的依賴於數字電子的應用。具有堅實的數字技術基礎知識,會使您在將來得到技術含量很高的工作。最重要的事情,就是理解數字基礎的核心內容,這樣就可以深入到其他內容的學習。
獻給教師
通常,時間的限製或課程的側重點確定瞭本課程涉及的內容。為瞭滿足特定課程的特定內容,忽略或強調一些知識及改變某些內容的學習順序是很常見的。本教材為授課內容的選取提供瞭很大的靈活性。某些相關主題分散在不同的章節,如果忽略瞭某些知識點,則其他的內容不會受到影響。同樣,如果增加瞭某些知識點,它們和其餘的內容則可以無縫銜接。本書圍繞數字基礎的核心內容編寫,大部分內容對於數字課程來說都是必不可少的。圍繞本課程,可以增加或減少書中的內容,取決於課程的側重點和/或其他因素。即使是核心內容,也可以忽略一些選修的章節。
◆ 核心基礎內容。有關數字技術基礎的內容貫穿全書。對於圍繞核心內容的一些其他主題,依據課程的需要可以增加或刪除。本書涉及的內容在數字技術中是很重要的,但是圍繞核心內容的每塊主題可以根據特定的需要刪除,這不會影響核心的基礎內容的學習。
◆ 集成電路技術。本書提供一章在綫章節“Intergrated Circuit Technologies”。如果想討論電路的詳細特性,可以選讀這一章的部分或全部內容,以補充數字基礎電路的知識。忽略這一章不會影響本書其他內容的學習。
◆ 特殊主題。這些內容包括信號接口和處理、數據傳送、數據處理和控製,分散在第11章、第12章和其他章節的選讀內容中。這些內容對於課程也許是必需的,或者也可以在其他課程裏講授。例如,在基礎核心內容中,Q-M方法、循環冗餘碼、超前進位加法器或時序邏輯設計的相關知識都可以忽略。除此以外,貫穿全書的MultiSim(計算機仿真)內容可以作為選修內容。無論是僅選擇核心基礎內容,還是全部保留或介於兩者之間,本書都將滿足您的需要。
緻謝
Digital Fundamentals第十一版的修訂是許多人的工作和技術的成果。我認為我們已經完成瞭預期的工作,那是在本書已經很完善的基礎上的改進結果。這不僅僅是基礎內容的改善,還是最新和前沿技術的引入,使得它對學生和教師更為有用。
為瞭編寫讀者現在所看到的這本書,Pearson Education的人員進行瞭多個階段的工作,傾注瞭大量的時間、智慧和努力,纔使得本書得以完成,他們是Rex Davidson、Lindsey Gill和Vern Anthony,還有其他的許多人。Lois Porter還對手稿的編輯做齣瞭卓越的貢獻。Doug Joksch給齣瞭VHDL編程(參閱在綫資源)的相關內容。Gary Snyder修訂和升級瞭MultiSim電路文件(參閱在綫資源)。對於所有這些人和其他間接參與本書編輯的人,在此錶示我的感謝和感激之情。
在修訂本書和所有其他版本中,依靠瞭許多讀者和專傢的幫助。在此衷心感謝如下的審稿人,他們提齣瞭許多有價值的建議和建設性的意見:
Dr. Cuiling Gong,Texas Christian大學
Jonathan White,Harding大學
Zane Gastineau,Harding大學
Dr. Eric Bothur,Midlands技術學院
同樣感謝Pearson Education所有銷售人員的努力,是他們的幫助使得本書得以和廣大讀者見麵。此外,感謝所有選用本書作為教材的教師和個人讀者。我希望您會發現Digital Fundamentals的第十一版比以前的版本更好,它將繼續是學生學習的有價值的教材和參考資料。
Tom Floyd
這本書的另一大亮點在於其圖文並茂的呈現方式。厚重的技術書籍往往容易讓人感到枯燥乏味,但《數字電子技術(第十一版)》卻通過大量的插圖、流程圖和錶格,將復雜的內容變得易於理解。例如,在講解時序邏輯電路時,書中繪製瞭清晰的狀態轉換圖和波形圖,這對於理解不同狀態之間的轉換以及信號的變化至關重要。我記得在學習觸發器時,之前看過的其他資料總是讓我感到一頭霧水,而這本書裏的插圖則將觸發器的內部結構和工作原理描繪得一清二楚,讓我茅塞頓開。同時,書中在講解某些較為抽象的概念時,也會穿插一些曆史背景的介紹,例如數字電路的發展曆程,這不僅增加瞭閱讀的趣味性,也讓我對這項技術有瞭更全麵的認識。這種“潤物細無聲”的教學方法,讓我在不知不覺中吸收瞭大量的知識。
評分初次拿到這本《數字電子技術(第十一版)》時,心中湧起一股既期待又略帶忐忑的情緒。期待是因為我一直對數字世界充滿好奇,渴望能更深入地理解其底層邏輯,而忐忑則源於對這門學科本身的畏懼——“數字電子技術”這個名字聽起來就充滿瞭復雜的電路圖和枯燥的公式,我擔心自己是否能真正掌握其中的精髓。然而,翻開第一頁,就被作者清晰的語言和循序漸進的講解所吸引。書中並沒有一開始就拋齣令人望而生畏的概念,而是從最基礎的邏輯門開始,用生動的比喻和圖示,將抽象的二進製世界具象化。例如,在解釋“與門”時,作者將其比作一個需要兩個人同時按下纔能啓動的開關,這種貼近生活的類比,極大地降低瞭理解門檻。我尤其喜歡書中對每一個基本概念的細緻闡述,它會追溯到概念的起源,解釋其産生的必要性,並展示其在實際應用中的價值。這種“知其所以然”的學習方式,讓我感覺自己不再是被動地接受知識,而是主動地探索和構建對數字電子技術的理解。
評分這本書的深度和廣度都讓我感到驚喜。它不僅涵蓋瞭數字電子技術的基礎知識,還觸及瞭一些更高級的主題,例如可編程邏輯器件(PLD)和現場可編程門陣列(FPGA)的基本概念。雖然我對這些高級主題的理解還不夠深入,但書中對其的簡要介紹,已經讓我對未來的學習方嚮有瞭初步的認識。作者在講解這些內容時,並沒有使用過於專業化的術語,而是盡量用通俗易懂的語言來解釋,這對於我這樣還在入門階段的讀者來說,非常友好。而且,書中提供的參考資料列錶,也為我進一步探索和學習提供瞭寶貴的資源。這種“承前啓後”的設計,讓我覺得這本書不僅僅是一本教材,更是一份指引我深入探索數字電子技術世界的地圖。
評分作為一名對硬件設計充滿熱情的初學者,我一直在尋找一本能夠真正帶我入門的教材,《數字電子技術(第十一版)》無疑是其中的佼佼者。書中的內容覆蓋瞭數字電子技術的基礎核心,從最簡單的邏輯運算到復雜的集成電路設計,都進行瞭詳盡的闡述。它並沒有迴避那些“硬核”的概念,但通過閤理的講解順序和豐富的示例,將它們變得觸手可及。我特彆欣賞作者在解釋邏輯代數和卡諾圖等數學工具時,所展現齣的耐心和細緻。他會一步一步地演示如何化簡邏輯錶達式,如何繪製卡諾圖,以及如何從卡諾圖中提取最簡邏輯函數。這些步驟對於新手來說至關重要,能夠幫助我們建立起紮實的數學基礎,為後續更深入的學習打下堅實的基礎。這種“循序漸進”的學習體驗,讓我對掌握這門技術充滿瞭信心。
評分這本書的編排設計給我留下瞭深刻的印象。它不是簡單地堆砌知識點,而是將理論與實踐緊密結閤,讓讀者在學習理論的同時,也能看到其應用的生動畫麵。每章節結束後的習題設計得非常巧妙,既有鞏固基礎知識的練習題,也有需要綜閤運用所學知識的綜閤題。我特彆贊賞其中一些涉及到實際電路設計的題目,雖然我可能還沒有機會在實驗室裏親手搭建電路,但通過閱讀題目描述和分析電路圖,我仿佛已經置身於電子工程師的工作場景中。此外,書中還提供瞭大量的案例分析,這些案例來自於真實世界中的電子産品,例如計算器、數字時鍾、甚至是一些早期的計算機邏輯電路。通過對這些案例的剖析,我能夠更直觀地感受到數字電子技術在現代社會中的重要作用,也更能理解書中所學知識的實際意義。這種“學以緻用”的導嚮,極大地提升瞭我的學習興趣和動力。
評分《數字電子技術(第十一版)》在概念的引入和深化上做得非常齣色。它不會一次性將所有的知識點傾瀉而齣,而是有條不紊地層層遞進。從最基礎的邏輯門,到編碼器、解碼器、寄存器,再到更復雜的微處理器架構,每一步都建立在前一步的基礎上。我特彆欣賞書中對時序邏輯電路的講解,它詳細解釋瞭觸發器的工作原理,以及如何利用觸發器構建計數器、移位寄存器等。作者甚至還講解瞭如何分析和設計同步時序電路,這對於理解現代數字係統的運行至關重要。書中提供的那些由淺入深的練習題,讓我能夠及時鞏固所學知識,並且在遇到睏難時,能夠通過參考書中的解答思路,找到解決問題的方法。這種“鞏固與提升”的學習閉環,讓我覺得學習過程非常紮實。
評分總而言之,《數字電子技術(第十一版)》是一本非常齣色的教材,它以其清晰的邏輯、生動的講解和豐富的實踐案例,成功地吸引瞭我對數字電子技術的興趣,並為我打下瞭堅實的基礎。我從這本書中獲得的不僅僅是知識,更是一種學習方法和探索精神。作者在內容組織和呈現方式上都力求做到最好,讓學習過程充滿樂趣和成就感。例如,在講解某些較為復雜的邏輯電路時,書中會提供多種不同的設計方案,並對各種方案的優缺點進行分析,這讓我能夠更全麵地理解問題,並學會批判性地思考。這種“啓發式”的學習方式,讓我受益匪淺。我相信,無論是我,還是其他有誌於學習數字電子技術的讀者,都會從這本書中獲得巨大的幫助。
評分這本書的作者似乎深諳讀者的學習心理,總能在最需要的時候提供最恰當的解釋。例如,在講解組閤邏輯電路時,作者並沒有急於介紹復雜的電路結構,而是先從最簡單的加法器、減法器開始,逐步引導讀者理解邏輯門如何組閤纔能實現這些基本運算。這種“由簡入繁”的教學策略,極大地減輕瞭我的學習壓力。我記得在學習多路選擇器(Multiplexer)和譯碼器(Decoder)時,書中都配有非常形象的圖示,讓我能夠清晰地看到它們是如何通過控製信號來選擇或輸齣特定數據的。這種“圖解式”的學習方式,對於我這種視覺型學習者來說,簡直是福音。而且,作者在講解過程中,總是會強調這些電路在實際應用中的作用,讓我明白我所學的知識並非是脫離實際的“空中樓閣”。
評分坦白說,在閱讀這本書之前,我對“數字”的概念僅停留在“0”和“1”的層麵,對其背後的邏輯和實現方式知之甚少。《數字電子技術(第十一版)》就像一扇窗戶,為我打開瞭通往數字世界的大門。作者以一種非常易於理解的方式,解釋瞭二進製數的錶示、運算以及如何將其轉化為實際的電子信號。我尤其喜歡書中關於數製轉換的部分,通過清晰的算法講解和大量的例題,我能夠迅速掌握不同數製之間的相互轉換,這對於理解計算機內部的工作原理至關重要。此外,書中對布爾代數及其基本定理的講解,也讓我對邏輯運算有瞭全新的認識。它不再是抽象的數學公式,而是能夠直接應用於電路設計的強大工具。這種“豁然開朗”的學習感受,是我在閱讀其他教材時鮮少體驗到的。
評分我在學習過程中,有時會遇到一些晦澀難懂的概念,這時我就需要一位能夠耐心解答的“老師”。幸運的是,這本書就像一位經驗豐富的導師,總能用最恰當的語言和比喻來化解我的睏惑。《數字電子技術(第十一版)》在解釋某些核心概念時,會運用一些類比,比如將狀態機比作一個有不同“狀態”的自動售貨機,隻有在特定狀態下接收到特定的“輸入”,纔能觸發相應的“輸齣”。這種生動的類比,讓我能夠迅速抓住核心要義,避免陷入對抽象概念的死鬍同。此外,書中在介紹不同類型的集成電路時,也會詳細說明它們的功用和應用場景,讓我能夠將理論知識與實際産品聯係起來,從而更深刻地理解其價值。這種“化繁為簡”的講解方式,讓我在學習過程中少走瞭許多彎路。
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