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本书为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材、教育部高等学校电工电子基础课程教学指导分委员会推荐教材，也是国家级优秀教材团队、国家级线上线下混合式一流本科课程教学成果。全书共9章，包括：数字电路基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲信号的产生和整形、半导体存储器、可编程逻辑器件，以及数模转换器和模数转换器。本书遵循保证基础知识、加强现代方法、理论联系实际、便于教学实施的编写原则，在保证基本概念、基本分析方法和设计方法的基础上，强化了现代数字电路分析、设计与工程应用的结合。

目  录
第1章  数字电路基础	1
1.1  数字电路概述	2
1.1.1  模拟信号和数字信号	2
1.1.2  数字信号的表示方法	2
1.1.3  数字电路	3
1.2  数制和码制	4
1.2.1  数字电路的常用数制	4
1.2.2  不同数制之间的相互转换	6
1.2.3  码制	8
1.3  二进制算术运算	12
1.4  逻辑代数基础	14
1.4.1  逻辑代数的三种基本运算	14
1.4.2  逻辑代数的基本公式和常用公式	16
1.4.3  逻辑代数的基本规则	18
1.5  逻辑函数的化简	18
1.5.1  逻辑函数的最简形式及变换	18
1.5.2  逻辑函数的公式化简法	20
1.5.3  用卡诺图化简逻辑函数	21
1.6  逻辑关系描述方法的相互转换	27
1.6.1  用波形图描述逻辑函数	27
1.6.2  逻辑函数描述方法间的转换	27
1.7  VHDL简介	29
1.7.1  VHDL的基本结构	30
1.7.2  VHDL的元素	32
1.7.3  VHDL的基本语句	34
课程思政案例	37
本章小结	37
随堂测验	38
习题1	39
第2章  逻辑门电路	41
2.1  逻辑门电路概述	42
2.2  TTL集成逻辑门	42
2.2.1  双极型三极管的开关特性	43
2.2.2  TTL与非门的电路结构与工作原理	46
2.2.3  TTL与非门的外部电气特性和主要参数	47
2.2.4  TTL与非门的改进系列	54
2.2.5  其他逻辑功能的TTL门电路	56
2.2.6  TTL集电极开路门和三态输出门	57
2.2.7  TTL门电路的使用规则	62
*2.3  发射极耦合逻辑门	64
2.4  CMOS逻辑门	65
2.4.1  MOS管的开关特性	65
2.4.2  CMOS反相器	67
2.4.3  其他逻辑功能的CMOS门电路	69
2.4.4  CMOS传输门	71
2.4.5  CMOS漏极开路门与CMOS三态输出门	72
2.4.6  各种CMOS数字集成电路的比较	74
2.4.7  CMOS门电路的使用规则	75
2.5  Bi-CMOS门电路	75
2.6  TTL门与CMOS门的接口电路	76
2.6.1  TTL驱动CMOS	77
2.6.2  CMOS驱动TTL	77
2.6.3  TTL、CMOS门与大电流负载的接口	79
2.7  门电路的VHDL描述	80
课程思政案例	80
本章小结	81
随堂测验	81
习题2	82
第3章  组合逻辑电路	85
3.1  组合逻辑电路概述	86
3.2  基于门电路的组合逻辑电路的分析与设计	86
3.2.1  基于门电路的组合逻辑电路的分析	86
3.2.2  基于门电路的组合逻辑电路的设计	87
3.3  常用集成中规模组合逻辑电路	89
3.3.1  编码器	89
3.3.2  译码器	93
3.3.3  数据选择器	98
3.3.4  数值比较器	100
3.3.5  加法器	102
3.4  中规模组合逻辑电路的应用	105
3.4.1  译码器的应用	105
3.4.2  数据选择器的应用	108
3.4.3  全加器的应用	110
3.4.4  其他应用举例	111
3.5  竞争–冒险	113
3.5.1  竞争–冒险的基本概念	113
3.5.2  竞争–冒险的判断方法	114
3.5.3  竞争–冒险的消除方法	115
3.6  组合逻辑电路的VHDL描述	116
*3.7  过程考核模块：洗衣机控制器组合逻辑电路模块的设计	118
本章小结	118
随堂测验	119
习题3	120
第4章  触发器	124
4.1  触发器概述	125
4.2  基本RS触发器	125
4.2.1  与非门组成的基本RS触发器	125
4.2.2  或非门组成的基本RS触发器	128
4.2.3  应用举例	128
4.3  同步触发器	129
4.3.1  同步RS触发器	129
4.3.2  同步D触发器	131
4.3.3  同步触发器的空翻现象	131
4.4  主从触发器	132
4.4.1  主从RS触发器	132
4.4.2  主从JK触发器	133
4.4.3  其他主从结构的触发器	136
4.5  边沿触发器	137
4.5.1  维持–阻塞边沿D触发器	137
4.5.2  用CMOS传输门组成的边沿D触发器	138
4.5.3  利用传输延迟时间的边沿JK触发器	139
4.6  触发器的电路结构和逻辑功能的关系	141
4.7  集成触发器简介及其应用举例	141
4.8  触发器的VHDL描述	144
课程思政案例	145
本章小结	146
随堂测验	146
习题4	148
第5章  时序逻辑电路	151
5.1  时序逻辑电路概述	152
5.1.1  时序逻辑电路的特点	152
5.1.2  时序逻辑电路的分类	152
5.1.3  时序逻辑电路的表示方法	153
5.2  基于触发器的时序逻辑电路的分析	154
5.2.1  时序逻辑电路的分析方法	154
5.2.2  同步时序逻辑电路的分析	154
5.2.3  异步时序逻辑电路的分析	157
5.3  基于触发器的同步时序逻辑电路的设计	159
5.3.1  时序逻辑电路的设计方法	159
5.3.2  同步时序逻辑电路的设计	160
5.4  中规模集成时序逻辑电路	170
5.4.1  寄存器和移位寄存器	170
5.4.2  计数器	176
5.5  中规模集成时序逻辑器件应用	194
5.5.1  中规模集成计数器的应用	195
5.5.2  中规模移位寄存器的应用	208
5.6  顺序脉冲发生器和序列信号发生器	212
5.6.1  顺序脉冲发生器	212
5.6.2  序列信号发生器	216
5.7  综合应用举例	220
5.8  基于VHDL的时序逻辑电路的设计	224
5.8.1  VHDL的状态描述	224
5.8.2  一般时序逻辑电路的VHDL描述举例	225
5.8.3  状态机及其VHDL描述	226
*5.9  过程考核模块：洗衣机控制器时序逻辑电路模块的设计	230
课程思政案例	231
本章小结	231
随堂测验	232
习题5	234
第6章  脉冲信号的产生和整形	238
6.1  脉冲信号概述	239
6.2  施密特触发器	239
6.2.1  门电路构成的施密特触发器	240
6.2.2  集成施密特触发器	242
6.2.3  用555定时器构成的施密特触发器	243
6.2.4  施密特触发器的应用	246
6.3  单稳态触发器	247
6.3.1  门电路构成的单稳态触发器	248
6.3.2  集成单稳态触发器	249
6.3.3  用555定时器构成的单稳态触发器	252
6.3.4  单稳态触发器的应用	254
6.4  多谐振荡器	255
6.4.1  用门电路组成的多谐振荡器	255
6.4.2  石英晶体组成的多谐振荡器	257
6.4.3  由555定时器构成的多谐振荡器	258
6.4.4  多谐振荡器的应用：燃气灶熄火声光报警电路	260
*6.5  过程考核模块：洗衣机控制器脉冲波形的产生与整形模块的设计	261
课程思政案例	261
本章小结	261
随堂测验	262
习题6	263
第7章  半导体存储器	266
7.1  半导体存储器概述	267
7.2  只读存储器	268
7.2.1  固定ROM	268
7.2.2  可编程ROM	270
7.2.3  可擦除可编程ROM	270
7.2.4  ROM芯片应用举例	273
7.2.5  常用集成ROM存储器芯片	275
7.3  随机存储器	277
7.3.1  RAM的基本结构	277
7.3.2  SRAM的静态存储单元	279
7.3.3  DRAM的动态存储单元	280
7.4  存储容量的扩展	282
7.4.1  位扩展	282
7.4.2  字扩展	283
7.4.3  字、位同时扩展	284
7.5  存储器的VHDL描述	284
本章小结	286
随堂测验	286
习题7	287
第8章  可编程逻辑器件	288
8.1  可编程逻辑器件概述	289
8.1.1  PLD的基本结构	289
8.1.2  PLD的分类	289
8.1.3  PLD的电路表示方法	290
8.1.4  PLD的性能特点	291
8.2  可编程阵列逻辑	291
8.2.1  PAL的基本电路结构	291
8.2.2  PAL的应用举例	292
8.3  通用阵列逻辑器件	292
8.3.1  GAL的基本电路结构	293
8.3.2  OLMC的组成结构	293
8.3.3  GAL的特点	296
8.4  复杂可编程逻辑器件	297
8.4.1  CPLD的基本结构	297
8.4.2  MAX7000系列的结构和功能	297
8.4.3  MAX7000系列的宏单元	298
8.4.4  逻辑阵列块	299
8.4.5  MAX7000系列的其他组成部分	299
8.4.6  CPLD的特性	300
8.5  现场可编程门阵列器件	300
8.5.1  现场可编程门阵列器件的基本结构	301
8.5.2  查找表的原理与结构	301
8.5.3  FLEX 10K系列的基本结构	302
8.5.4  FPGA的特点	306
8.5.5  FPGA与CPLD在功能和性能上的主要差别	306
8.6  基于可编程逻辑器件的数字系统设计	307
8.6.1  基于可编程逻辑器件的数字系统设计流程	307
8.6.2  设计举例：超声波测距系统的设计	309
8.6.3  其他数字系统设计微视频	313
*8.7  过程考核模块：基于可编程逻辑器件的洗衣机控制模块的设计	314
本章小结	314
随堂测验	314
习题8	315
第9章  数模转换器和模数转换器	316
9.1  数模转换器	317
9.1.1  数模转换的基本原理和分类	317
9.1.2  数模转换的常用技术	318
9.1.3  DAC的主要技术指标	322
9.1.4  集成DAC及其应用	323
9.2  模数转换器	326
9.2.1  模数转换器的基本原理和分类	326
9.2.2  并行比较型ADC	328
*9.2.3  流水线型ADC	330
9.2.4  逐次逼近型ADC	332
9.2.5  双积分型ADC	335
*9.2.6  ∑-?型ADC	336
9.2.7  ADC的主要技术指标	339
9.2.8  集成ADC及其应用	340
*9.3  过程考核：洗衣机控制器的整体联调与优化设计	342
本章小结	344
随堂测验	344
习题9	345
参考文献	347

前  言
本书与作者学校国家级优秀教材团队、国家级线上线下混合式一流本科课程教学成果相结合，力求站在教学内容和课程体系改革与整体优化的高度来组织内容，使教材具有科学性、系统性、基础性、可读性和扩展性，遵循“保证基础知识、加强现代方法、理论联系实际、便于教学实施”的编写原则，在保证基本概念、基本分析方法和设计方法的基础上，强化现代方法和工程应用。
根据数字电子技术的发展和应用情况，参照教育部高等学校电工电子基础课程教学指导分委员会2019年制定的“数字电子技术基础课程教学基本要求”，结合近年来的教学改革成果，尤其是国家级线上线下混合式一流本科课程中“工程牵引，理论教学、实验与工程实践能力有机融合”的教学改革成果，本书在第2版原有特色的基础上进行了修订，主要体现在如下几方面。
① 删除和压缩部分陈旧或非重点内容，增加新型器件和新技术的内容。第2章删除了分立元件门电路的内容，压缩了门电路外部特性的具体分析过程；第9章增加了流水线型ADC和 型ADC；第8章增加了可编程逻辑器件实现数字系统的工程应用案例，以更好地指导学生在学习数字电路分析、设计方法的同时，利用VHDL进行数字系统的设计，培养学生掌握先进技术的能力。
② 重视创新实践能力，强化工程应用。为了让学生学会如何应用理论解决具体问题，培养工程意识，本书在加强重点理论和分析设计方法的同时，加入了相应的工程应用案例，如第1章在加强码制理论的基础上增加了8421 BCD码、格雷码的工程应用案例；第2章增加了OC门、三态门和模拟开关的工程应用案例，以及TTL与CMOS集成门的接口电路；第3章增加了数值比较器的应用实例和中规模组合逻辑电路的综合应用案例；第5章增加了大量的中规模集成器件综合应用案例；等等。
③ 引入整个课程的导引项目，给出“五阶段、三层次”的过程设计任务与过程考核内容。教材将符合课程目标、覆盖面广、体现“两性一度”的典型工程项目“洗衣机控制器的设计”作为贯穿课程始终的导引项目，并给出反映基本功能、工程化要求、创新性三个层次的过程设计任务与过程考核内容，具体包括：组合逻辑电路模块、时序逻辑电路模块、脉冲波形的产生和整形模块、基于可编程逻辑器件的控制模块四个过程子模块，以及系统整体设计及优化。这样可以强化和提高学生的创新实践能力，引导探究性和个性化学习，有效解决数字系统设计能力培养的薄弱问题。
④ 强调基于中规模器件的基本设计方法，加强芯片的灵活应用。第5章在介绍应用计数器芯片实现任意进制计数器时不以某计数器芯片的应用为主线，而以整体反馈归零法、整体反馈置数法和级联法三种基本设计方法为主线来编写，每种实现方法又使用多种典型计数器芯片来实现。例如，采用整体反馈归零法实现十二进制计数器的例 5-19 既讨论了使用异步清零功能的十进制加法计数器74160的各种实现方法，又讨论了使用同步清零功能的十进制加法计数器74162的各种实现方法，并进行了充分的总结。这样便于学生学会基本设计方法，而不是只会使用几个熟悉的中规模集成芯片。
⑤ 增加课程思政内容。本书附有课程思政案例微视频，以激发辩证思维、爱国情怀和社会责任感，充分发挥全程育人、全方位育人的大思政格局。
⑥ 在编写上，贯彻“OBE为导向”的教学理念。每章先提出该章对应的课程目标和讨论的主要问题，再进行正文叙述，使读者带着目标和问题有针对性地学习；对正文叙述、例题、思考题、随堂测验、习题进行必要的修改，以便与课程目标充分对应；以典型工程项目及其模块电路的设计任务导引整个课程和各模块内容，突出以任务和问题为探究载体，引导读者自主探究与学习，便于重构以学为主的教学过程。
⑦ 实现“纸质+数字+网络教材”线上线下相结合的一体化。教材配备了基于可编程逻辑器件的数字系统工程应用案例微视频，导引项目设计指导微视频和课程思政案例微视频。读者通过二维码可以访问配套数字课程网站优质资源，在提升课程教学效果的同时，拓宽了学生的视野。
书中标有“*”的部分为选学内容，教师可根据专业要求、学时数，以及学生层次的不同进行灵活处理。
本书的编写人员包括：薛英娟（第1章）、张艳花（第2章）、李兆光（第3、7章）、王康谊（第5章）、杨慧娟（第4、6章）、周惠（第8章）、韩焱（第9章）。张艳花、王康谊和韩焱任主编，负责全书的组织、修改和定稿。另外，李兆光制作了数字系统设计和导引项目设计微视频，张艳花和杨凌制作了课程思政案例微视频。
首届“全国教材建设奖先进个人”毕满清教授担任本书主审，他对书稿进行了非常认真细致的审查，提出了许多宝贵意见。在此我们表示衷心的感谢！
本书可以与王黎明、毕满清主编的《模拟电子技术基础（第3版）》和毕满清主编的《电子技术实验与课程设计（第5版）》配套使用。
本书为任课教师提供配套的教学资源，需要者可登录http://www.hxedu.com.cn进行下载。
由于作者的能力和水平有限，书中难免会有不妥之处，恳请广大师生和本书读者提出批评和改进意见。


作  者

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数字电子技术（第3版）