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| 編輯推薦： |
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《数字电子技术基础》可作为本（专）科院校、高等职业院校和各类培训学校的数字电子技术教材，也可作为相关工作人员学习数字电子技术知识的参考书。
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| 內容簡介： |
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随着信息技术的不断发展，数字电子技术也得到了广泛的应用。《数字电子技术基础》在介绍逻辑代数的基础上，首先讲解了简单门电路和复合门电路的基本原理和应用。其次，详细描述了组合逻辑电路#各类触发器和时序逻辑电路的设计方法，给出了大量各类芯片的应用实例。最后，结合实际运用，简单说明了脉冲波形的产生与整形原理以及模数转换#数模转换电路的原理和应用。
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| 目錄：
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第1章 逻辑代数基础 1
1。1 概述 1
1。1。1 模拟信号与数字信号 1
1。1。2 数字电路概述 3
1。2 逻辑代数的基本概念 3
1。2。1 基本和常用逻辑运算 4
1。2。2 公式和定理 9
1。2。3 三个基本规则 11
1。2。4 逻辑函数的标准与或式和最简式 12
1。3 逻辑函数公式法化简 15
1。3。1 逻辑函数化简基本原则 15
1。3。2 公式法化简 15
1。4 逻辑函数卡诺图化简 17
1。4。1 卡诺图的结构 17
1。4。2 逻辑函数的卡诺图表示法 19
1。4。3 卡诺图化简逻辑函数的原理 21
1。4。4 用卡诺图化简逻辑函数的步骤 23
1。5 具有无关项的逻辑函数化简 23
1。5。1 含有无关项的逻辑函数 23
1。5。2 含有无关项的逻辑函数的最简与或式 25
1。6 逻辑函数的表示方法及其相互间的转换 26
1。6。1 逻辑函数的几种表示方法 26
1。6。2 逻辑函数不同表示方法的转换 28
1。7 本章小结 30
思考与练习 31
第2章 门电路 34
2。1 概述 34
2。2 分立元件门电路 34
2。2。1 理想开关及其特性 34
2。2。2 二极管的开关特性 35
2。2。3 三极管的开关特性 38
2。2。4 简单门电路 41
2。2。5 复合门电路 43
2。3 TTL逻辑门电路 44
2。3。1 TTL与非门的基本结构及工作原理 45
2。3。2 TTL与非门的开关速度 47
2。3。3 TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力 48
2。3。4 TTL与非门的带负载能力 50
2。3。5 TTL门电路的其他类型 52
2。3。6 TTL集成逻辑门电路系列简介 56
2。4 MOS逻辑门电路 57
2。4。1 MOS管的开关特性 57
2。4。2 NMOS门电路 61
2。4。3 CMOS非门 62
2。4。4 其他的CMOS门电路 63
2。4。5 CMOS逻辑门电路的系列及主要参数 66
2。5 集成逻辑门电路的应用 67
2。5。1 TTL与CMOS器件之间的接口问题 67
2。5。2 TTL和CMOS电路带负载时的接口问题 68
2。5。3 多余输入端的处理 69
2。6 正、负逻辑及逻辑符号的变换 69
2。6。1 正、负逻辑的逻辑符号 69
2。6。2 混合逻辑中逻辑符号的变换 70
2。7 本章小结 70
思考与练习 71
第3章 组合逻辑电路 73
3。1 概述 73
3。2 组合逻辑电路的分析方法和设计方法 75
3。2。1 组合逻辑电路的分析方法 75
3。2。2 组合逻辑电路的设计方法 77
3。3 编码器 81
3。3。1 普通编码器 81
3。3。2 3位二进制优先级编码器 83
3。3。3 集成优先级编码器 84
3。4 译码器 87
3。4。1 二进制译码器 87
3。4。2 二-十进制译码器 91
3。4。3 显示译码器 93
3。4。4 用二进制译码器实现组合逻辑函数 97
3。5 加法器 99
3。5。1 半加器 99
3。5。2 全加器 100
3。5。3 中规模集成4位加法器 102
3。6 比较器 104
3。6。1 同比较器 104
3。6。2 数值比较器 105
3。7 数据选择器和数据分配器 108
3。7。1 数据选择器 108
3。7。2 数据分配器 114
3。8 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象 115
3。8。1 竞争-冒险现象及其成因 115
3。8。2 检查竞争-冒险现象的方法 117
3。8。3 消除竞争-冒险现象的方法 118
3。9 本章小结 119
思考与练习 120
第4章 触发器 123
4。1 概述 123
4。2 基本触发器 123
4。2。1 与非门构成基本触发器 123
4。2。2 或非门构成基本触发器 126
4。2。3 集成基本触发器 127
4。3 同步触发器 129
4。3。1 同步RS触发器 129
4。3。2 同步D型触发器 131
4。3。3 集成同步D型触发器 132
4。4 主从触发器 134
4。4。1 主从RS触发器 134
4。4。2 主从JK触发器 136
4。5 边沿触发器 138
4。5。1 边沿D型触发器 138
4。5。2 边沿JK型触发器 142
4。5。3 边沿型触发器的分类及表示 145
4。6 触发器的电气特性 150
4。6。1 静态特性 150
4。6。2 动态特性 151
4。7 触发器例题 152
4。8 本章小结 155
思考与练习 155
第5章 时序逻辑电路 158
5。1 概述 158
5。1。1 时序逻辑电路特点 158
5。1。2 时序逻辑电路的分类 159
5。1。3 时序逻辑电路逻辑功能表示方法 159
5。2 时序逻辑电路的分析 161
5。2。1 同步时序逻辑电路的分析 161
5。2。2 异步时序逻辑电路的分析 163
5。3 同步时序逻辑电路的设计 167
5。3。1 设计步骤 167
5。3。2 设计实例 168
5。4 计数器 175
5。4。1 二进制同步计数器 175
5。4。2 二进制异步计数器 180
5。4。3 集成二进制计数器 182
5。4。4 十进制同步计数器 190
5。4。5 十进制异步计数器 195
5。4。6 N进制计数器 199
5。5 寄存器 203
5。5。1 寄存器的特点和分类 204
5。5。2 基本寄存器 205
5。5。3 移位寄存器 206
5。5。4 移位寄存器型计数器 210
5。6 顺序脉冲发生器 214
5。6。1 计数型顺序脉冲发生器 214
5。6。2 移位型顺序脉冲发生器 215
5。7 本章小结 216
思考与练习 217
第6章 脉冲波形的产生与整形 220
6。1 集成555定时器 220
6。1。1 矩形脉冲及其特性 220
6。1。2 555定时器 220
6。2 施密特触发器 222
6。2。1 用555定时器构成的施密特触发器 222
6。2。2 集成施密特触发器 224
6。2。3 施密特触发器的应用举例 225
6。3 多谐振荡器 225
6。3。1 用555定时器构成的多谐振荡器 226
6。3。2 占空比可调的多谐振荡器电路 227
6。3。3 石英晶体多谐振荡器 227
6。3。4 多谐振荡器应用实例 229
6。4 单稳态触发器 230
6。4。1 用555定时器构成的单稳态触发器 231
6。4。2 集成单稳态触发器 232
6。4。3 单稳态触发器的应用 235
6。5 本章小结 237
思考与练习 237
第7章 数模与模数转换电路 240
7。1 概述 240
7。2 DA转换器 241
7。2。1 DA转换器的基本原理 241
7。2。2 倒T形电阻网络DA转换器 242
7。2。3 权电流型DA转换器 243
7。2。4 权电流型DA转换器应用举例 245
7。2。5 DA转换器的主要技术指标 246
7。3 AD转换器 247
7。3。1 AD转换的一般步骤和取样定理 247
7。3。2 取样-保持电路 248
7。3。3 并行比较型AD转换器 249
7。3。4 逐次比较型AD转换器 251
7。3。5 双积分型AD转换器 252
7。3。6 AD转换器的主要技术指标 255
7。3。7 集成AD转换器及其应用 255
7。4 本章小结 258
思考与练习 259
参考文献 260
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| 內容試閱：
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第1章 逻辑代数基础
内容提要
逻辑代数是逻辑分析的数学工具，是应用于二值逻辑电路中的布尔代数，其特点如下：所有变量及函数只有“0”和“1”两个特征值；逻辑代数只有三种基本运算，即与、或和非，对应的就是逻辑与、逻辑或和逻辑非，以及三种基本运算的复合运算。通过本章的学习，要求熟练掌握逻辑代数的基本运算规律，包括三种基本运算及基本公式、常用公式和基本定理，并将其灵活应用于逻辑函数的转化和化简。
本章重点
（1）逻辑代数的定律、规则及常用公式。
（2）逻辑函数化简，特别要掌握代数法和卡诺图化简法。
1。1 概 述
随着技术的发展，人们正在从网络时代向物联网时代迈进。而物联网的发展，离不开电子技术。无论是人与物的感知，还是信息的传输，都需要电子技术作为基础。在电子技术领域，为便于存储、分析和传输信息，需要将各种信息进行数字化处理。数字电子技术的基础理论是数字逻辑，所以本章首先介绍模拟信号与数字信号、数字电路的特点和分析方法，然后重点讲解逻辑代数基础。
1。1。1 模拟信号与数字信号
因相关专业会在本课程前开设“模拟电子技术”课程，因此，本书仅简单介绍部分与模拟信号的相关概念。
模拟信号是时间连续、数值也连续的物理量，具有无穷多的数值，其数学表达式较复杂，如正弦函数、指数函数等。图1。1列出了几种常见的模拟信号。
许多物理量都是有模拟性质的，如压力、速度、温度、湿度和声音等。在工程技术领域，为便于分析和利用，通常使用传感器技术将模拟量的非电信号、微弱信号等，转换为电流、电压或电阻等电信号，从而实现对被测物理量的度量。
在电子系统或信息系统中，一般含有模拟和数字两种级别的构件或组件。其中，模拟电路是系统中必须具备的部分。但为了便于存储、分析和传输信号，通常将模拟信号转换为更具优越性的数字信号，或直接使用数字信号。在数字电路中，常用二进制数来量化连续变化的模拟信号，而二进制正好可利用二值数字逻辑中的“1”和“0”来表示，这样就可借助复杂的数字系统来描述和实现信号的数字化分析、存储和传输。
数字信号在时间和数值上都是离散的，常用数字“0”和“1”来表示，这里的“0”和“1”被称为二值数字逻辑或数字逻辑。在现实世界中，很多客观事物都可以采用二值数字逻辑来描述，如真与假、有与无、开与关、高与低等。而在电路上，可使用电子器件的开关特性形成离散信号的电压或数字电压。将数字电压通常用逻辑电压来表示，如用“+5V”电压表示二值逻辑“1”，也可称为高电平，可用“0V”电压表示二值逻辑“0”，称为低电平。图1。2所示为数字波形。
a正弦信号波形
b三角信号波形
c调幅信号波形
d阻尼振荡波形
图1。1 几种常见的模拟信号波形图
（a）用逻辑电平表示数字波形
（b）14位数据的波形表示
图1。2 数字波形
1。1。2 数字电路概述
数字电路是由以半导体工艺为基础制成的若干数字集成器件构建而成，其中最为基础的是逻辑门电路。总体来看，数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
数字电路的结构以二值数字逻辑为基础，其信号是离散的数字信号，电路中主要以开关器件为主，如二极管、三极管等。数字电路的发展历史与模拟电路类似，经历了从电子管、半导体分立元件到集成电路的变迁过程，而集成的数字电路又从小规模、中规模发展到大规模、超大规模和甚大规模。
20世纪60年代初，数字集成器件主要以由双极型工艺制造而成的小规模逻辑器件为主，随后发展到中规模集成器件。到20世纪70年代末，微处理器的出现使得数字集成电路的性能发生了质的飞跃，紧随着便是大规模集成器件和超大规模集成器件相继问世。表1。1为集成器件的分类。
表1。1 集成器件的分类
近年来，在集成器件领域，又出现了可编程逻辑器件（programmable logic device，PLD）和现场可编程门阵列（field programmable gate arry，FPGA），使得数字电子技术得到了飞速发展，在应用方面也开创了新局面，它们不仅规模更大，而且将硬件与软件相结合，使得器件的功能更加完善，应用更加灵活。
数字电路的研究对象是电路的输出与输入间的逻辑关系，因此，对数字电路的分析，就不能采用模拟电路的分析方法。数字电路的器件处于开关状态，对其应该采用相应的分析工具加以分析和处理。描述开关逻辑的数学工具是数学的一个小分支，即逻辑代数（或称为开关代数），在逻辑代数中，电路的功能主要用功能表、真值表、逻辑表达式、逻辑电路图和波形图来表达。
1。2 逻辑代数的基本概念
逻辑代数（logic algebra）亦称为布尔代数或开关代数，其基本思想是英国数学家布尔（George Boole）于1854年提出的。1938年，香农率先把逻辑代数应用于开关和继电器网络的分析和化简中，以解决实际问题。经过几十年的发展，逻辑代数已成为分析和设计逻辑电路不可缺少的数学工具。由于逻辑代数可以使用二值函数进行逻辑运算，一些用语言描述显得十分复杂的逻辑命题使用数学语言后，就变成了简单的代数式。逻辑电路中的一个命题，不仅包含“肯定”和“否定”两重含义，而且包含“条件”与“结果”的多种组合。逻辑代数有一系列的定律和规则，用它们对逻辑表达式进行处理，可以完成电路的化简、变换、分析和设计。
1。2。1 基本和常用逻辑运算
1。2。1。1 三种基本逻辑运算
在逻辑代数中规定了三种基本运算：与运算、或运算及非运算。任何逻辑函数都可以用这三种运算的组合来构成。
1。 与逻辑
在逻辑问题中，如果决定某一事件发生的多个条件必须同时具备，事件才能发生，则称这种因果关系为与逻辑，也可称为与关系、与运算。例如，在图1。3所示电路中，两开关串联控制一灯。显然，仅当两个开关均闭合时（条件），灯才能亮（结果）。
图1。3 与逻辑电路
将上述逻辑电路所有可能的输入变量和输出变量间的逻辑关系列成表格，称为真值表，如表1。2所示。
表1。2 与逻辑真值表
与逻辑关系可用逻辑表达式描述为
式中，小圆点表示A、B的与运算，也表示逻辑乘。在不致引起混淆的前提下，小圆点常被省略。图1。4所示为两输入端的与门逻辑符号。与门也可有两个以上的输入端。
图1。4 与门逻辑符号
2。 或逻辑
如果决定某一事件发生的多个条件中，只要有一个或一个以上条件成立，事件便可发生，则称这种因果关系为或逻辑，也可称为或关系（或运算）。例如，在图1。5所示电路中，开关A和B并联控制灯Y。当开关A、B中有一个闭合或者两个均闭合时，灯Y即亮。因此，灯Y与开关A、B之间的关系是或逻辑关系。
对不同的输入情况进行组合，可得出或门电路的真值表，见表1。3。
从表1。3中可知，输入变量只要有一个为1时，输出就为1；只有输入全为0时，输出才为0。上述逻辑关系用逻辑表达式可描述为
式中，“+”号表示逻辑或而不是算术运算中的加号。
图1。5 或逻辑电路
表1。3 或门真值表
图1。6所示为两输入端的或门逻辑符号。或门也可有两个以上的输入端。
图1。6 或门逻辑符号
3。 非逻辑
如果某一事件的发生取决于条件的否定，即事件与事件发生的条件之间构成矛盾，则这种因果关系称为非逻辑，也可称为非关系、非运算。
例如，在图1。7所示电路中，当开关A断开时，灯才亮；开关闭合时，灯不亮。这个例子表示了一种条件与结果相反的非逻辑关系。
图1。7 非逻辑电路
表1。4是非门电路的逻辑真值表，从表中可知，输出结果刚好与输入变量A相反。上述逻辑关系用逻辑表达式可描述为
表1。4 非门真值表
非门的逻辑符号如图1。8所示。
图1。8 非门逻辑符号
1。2。1。2 正负逻辑、逻辑变量与逻辑函数
（1）正负逻辑。对于一个事件的逻辑状态，单纯的用逻辑“0”和“1”描述有不确定性，因此，在逻辑代数中，存在两种基本的定义逻辑状态的规则体系：正逻辑与负逻辑。
正逻辑体制规定高电平为逻辑“1”，低电平为逻辑“0”；负逻辑体制规定低电平为逻辑“1”，高电平为逻辑“0”。数字电路的输入量和输出量一般用高、低电平表示，本书采用正逻辑。
（2）逻辑变量。在逻辑代数中，使用英文字母来表示变量，并将其称为逻辑变量。与普通代数不同的是，逻辑变量的取值不是“1”就是“0”，没有第三种可能。同时，逻辑代数中的“0”和“1”没有数值大小的含义，仅表述事物相互对立而又联系着的两个方面，即两种状态，如前文所描述的开关的闭合、灯的亮与灭等情况。
（3）逻辑函数。式（1。1）～式（1。3）称为逻辑表达式，式中的A、B称为输入逻辑变量，Y为输出逻辑变量，字母上面无反号的称为原变量，有反号的称为反变量。三个表达式准确描述了与、或、非三种基本逻辑关系。式（1。1）～式（1。3）反映了输入与输出存在一定的逻辑关系。
例1-1 三个人表决一件事情，结果按“少数服从多数”的原则决定，试建立该逻辑函数。
解：①设置自变量和因变量。将三人的意见设置为自变量A、B、C，并规定只能有同意或不同意两种意见。将表决结果设置为因变量L。②状态赋值。对于自变量A、B、C，设定同意为逻辑“1”，不同意为逻辑“0”。对于因变量L，设定事情通过为逻辑“1”，没通过为逻辑“0”。③根据题义及上述规定列出函数的真值表，如表1。5所示。
由真值表可以看出，当自变量A、B、C取确定值后，因变量L的值就完全确定了。所以，L就是A、B、C的函数。A、B、C称为输入逻辑变量，L称为输出逻辑变量。
一般，若输入逻辑变量A、B、C 的取值确定以后，输出逻辑变量L的值也唯一地确定了，就称L是A、B、C 的逻辑函数，表达式如下：
逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特点：①逻辑变量和逻辑函数只能取“0”和“1”；②函数和变量之间的关系由“与”、“或”、“非”三种基本运算决定。
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