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数字电子技术（第十一版）

作译者：余璆,熊洁

出版时间：2019-07 千字数：910 版次：01-01 页数：500

开本：16开装帧： I S B N ：9787121351105

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纸质书定价：￥89.0

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目    录
 
第1章  基本概念	1
1.1  数字量与模拟量	1
1.1.1  模拟电子系统	2
1.1.2  使用数字方法与模拟方法的
       系统	2
1.1.3  机电一体化	2
1.2  二进制数、逻辑电平和数字
       波形	3
1.2.1  二进制数	3
1.2.2  逻辑电平	4
1.2.3  数字波形	4
1.2.4  数字波形携带二进制信息	6
1.2.5  数据传输	7
1.3  固定功能的逻辑设备	8
1.3.1  集成电路的封装	9
1.3.2  引脚编号	10
1.3.3  固定功能的集成电路的
      集成度分类	10
判断题  	11
自测题  	11
习题  	11
答案	13
第2章  数字系统、运算和编码	14
2.1  十进制数	14
2.2  二进制数	15
2.2.1  二进制计数	15
2.2.2  二进制数的加权结构	16
2.2.3  二进制数到十进制数的转换	17
2.3  十进制数到二进制数的转换	17
2.3.1  权和的方法	17
2.3.2  重复除以2的方法	18
2.3.3  十进制小数转换为二进制数	19
2.4  二进制算术	19
2.4.1  二进制加法	19
2.4.2  二进制减法	20
2.4.3  二进制乘法	21
2.4.4  二进制除法	21
2.5  二进制数的反码和补码	22
2.5.1  求二进制数的反码	22
2.5.2  求二进制数的补码	22
2.6  带符号数	23
2.6.1  符号位	23
2.6.2  符号数值形式	23
2.6.3  反码形式	24
2.6.4  补码形式	24
2.6.5  带符号数的十进制值	24
2.6.6  带符号整数的表示范围	26
2.6.7  浮点数	26
2.7  带符号数的算术运算	28
2.7.1  加法	28
2.7.2  减法	29
2.7.3  乘法	30
2.7.4  除法	32
2.8  十六进制数	33
2.8.1  十六进制计数	34
2.8.2  二进制数到十六进制数
       的转换	34
2.8.3  十六进制数到二进制数
       的转换	34
2.8.4  十六进制数到十进制数
       的转换	35
2.8.5  十进制数到十六进制数
       的转换	35
2.8.6  十六进制加法	36
2.8.7  十六进制减法	36
2.9  八进制数	38
2.9.1  八进制数到十进制数的转换	38
2.9.2  十进制数到八进制数的转换	39
2.9.3  八进制数到二进制数的转换	39
2.9.4  二进制数到八进制数的转换	39
2.10  二-十进制编码(BCD)	40
2.10.1  8421 BCD码	40
2.10.2  BCD码加法	41
2.11  数字编码	42
2.11.1  格雷码	42
2.11.2  典型应用	44
2.12  错误检测码	45
2.12.1  错误检测的奇偶校验法	45
2.12.2  循环冗余校验码(CRC)	46
判断题  	49
自测题  	49
习题  	50
答案	54
第3章  逻辑门	58
3.1  反相器	58
3.1.1  否定和极性指示	58
3.1.2  反相器真值表	58
3.1.3  反相器运算	59
3.1.4  时序图	59
3.1.5  反相器的逻辑表达式	59
3.1.6  应用举例	60
3.2  与门	60
3.2.1  与门运算	61
3.2.2  与门真值表	61
3.2.3  具有波形输入的与门运算	62
3.2.4  与门的逻辑表达式	64
3.2.5  应用举例	64
3.3  或门	66
3.3.1  或门运算	66
3.3.2  或门真值表	66
3.3.3  具有波形输入的或门运算	66
3.3.4  或门的逻辑表达式	68
3.3.5  应用举例	69
3.4  与非门	69
3.4.1  与非门运算	70
3.4.2  具有波形输入的与非门
       运算	70
3.4.3  与非门的逻辑表达式	73
3.5  或非门	73
3.5.1  或非门运算	73
3.5.2  具有波形输入的或非门
       运算	74
3.5.3  或非门的逻辑表达式	76
3.6  异或门和同或门	76
3.6.1  异或门	76
3.6.2  同或门	77
3.6.3  具有波形输入的运算	78
3.6.4  应用举例	79
3.7  固定功能的逻辑门	79
3.7.1  74系列逻辑门功能	79
3.7.2  74系列逻辑电路	82
3.7.3  工作特性和参数	85
判断题  	89
自测题  	89
习题  	90
答案	93
第4章  布尔代数和逻辑化简	97
4.1  布尔运算和表达式	97
4.1.1  布尔加法	97
4.1.2  布尔乘法	98
4.2  布尔代数的定律和法则	98
4.2.1  布尔代数的定律	98
4.2.2  布尔代数的法则	100
4.3  德?摩根定理	103
4.3.1  德?摩根定理的应用	105
4.4  逻辑电路的布尔分析	106
4.4.1  逻辑电路的布尔表达式	106
4.4.2  构建逻辑电路的真值表	107
4.5  使用布尔代数进行化简	108
4.6  布尔表达式的标准形式	111
4.6.1  乘积项之和(SOP)形式	111

4.6.2  一般表达式向乘积项之和
       形式的转换	112
4.6.3  最小项(标准乘积项)之和
       形式	113
4.6.4  和项之乘积(POS)形式	114
4.6.5  最大项(标准和项)之乘积
       形式	115
4.6.6  把最小项之和转换为最大项
       之乘积	116
4.7  布尔表达式和真值表	117
4.7.1  把乘积项之和表达式转换
       为真值表的形式	117
4.7.2  把和项之乘积表达式转换
       为真值表的形式	117
4.7.3  从真值表确定标准表达式	118
4.8  卡诺图	119
4.8.1  3变量卡诺图	120
4.8.2  4变量卡诺图	120
4.8.3  小方格相邻	121
4.8.4  Q-M(奎恩-麦克拉斯基)
       方法	121
4.8.5  Espresso算法	121
4.9  卡诺图乘积项之和的最小化	122
4.9.1  最小项之和表达式的卡诺图
       映射	122
4.9.2  非最小项之和表达式的
       卡诺图映射	123
4.9.3  乘积项之和表达式的卡诺图
       化简	124
4.9.4  直接从真值表映射	127
4.9.5  “无关”项	128
4.10  卡诺图和项之乘积的最小化	129
4.10.1  最大项之乘积表达式的
        卡诺图映射	129
4.10.2  和项之乘积表达式的
        卡诺图化简	130
4.10.3  使用卡诺图在和项之乘积与
        乘积项之和之间进行转换	131
4.11  Q-M方法	132
判断题  	135
自测题  	135
习题  	136
答案	141
第5章  组合逻辑分析	146
5.1  基本组合逻辑电路	146
5.1.1  与-或逻辑	146
5.1.2  与-或-非逻辑	147
5.1.3  异或逻辑	148
5.1.4  同或逻辑	149
5.2  组合逻辑电路的实现	150
5.2.1  从布尔表达式到逻辑电路	150
5.2.2  从真值表到逻辑电路	152
5.3  与非门和或非门的通用特性	155
5.3.1  与非门作为通用的逻辑
       元件	155
5.3.2  或非门作为通用的逻辑
       元件	156
5.4  使用与非门和或非门的组合
      逻辑	157
5.4.1  与非逻辑	157
5.4.2  或非逻辑	159
5.5  具有脉冲波形输入的逻辑电路
      运算	161
判断题  	163
自测题  	163
习题  	164
答案	168
第6章  组合逻辑电路	171
6.1  基本加法器	171
6.1.1  半加器	171
6.1.2  全加器	172
6.2  并行二进制加法器	174
6.2.1  4位并行加法器	175
6.2.2  4位并行加法器的真值表	175
6.2.3  加法器扩展	176
6.2.4  应用举例	177
6.3  异步进位与超前进位加法器	179
6.3.1  异步进位加法器	179
6.3.2  超前进位加法器	179
6.3.3  超前进位与异步进位加法器
       的组合	181
6.4  比较器	182
6.4.1  相等	182
6.4.2  不相等	183
6.5  译码器	185
6.5.1  基本二进制译码器	185
6.5.2  4位译码器	186
6.5.3  BCD-十进制译码器	188
6.5.4  BCD-7段译码器	189
6.5.5  4位显示器的灭零	190
6.6  编码器	191
6.6.1  十进制-BCD编码器	191
6.6.2  应用举例	193
6.7  代码转换器	194
6.7.1  BCD-二进制转换	194
6.7.2  二进制-格雷码和格雷码
       -二进制转换	196
6.8  多路复用器(数据选择器)	196
6.8.1  应用举例	200
6.9  多路分配器	203
6.9.1  4线-16线多路分配器	204
6.10  奇偶发生器/校验器	204
6.10.1  基本奇偶逻辑	205
6.10.2  数据传输系统的错误检测	206
判断题  	207
自测题  	208
习题  	209
答案	215
第7章  锁存器、触发器和定时器	219
7.1  锁存器	219
7.1.1  S-R(置位-复位)锁存器	219
7.1.2  应用举例	222
7.1.3  门控S-R锁存器	223
7.1.4  门控D锁存器	223
7.2  边沿触发器	225
7.2.1  边沿触发的D触发器	225
7.2.2  边沿触发的J-K触发器	226
7.2.3  边沿触发操作	228
7.2.4  异步预置位和清零输入	231
7.3  触发器运算特性	234
7.3.1  传输延迟时间	234
7.3.2  建立时间	234
7.3.3  保持时间	235
7.3.4  最大时钟频率	235
7.3.5  脉冲宽度	235
7.3.6  功率损耗	235
7.3.7  触发器的具体比较	236
7.4  触发器应用	236
7.4.1  并行数据存储	236
7.4.2  分频	237
7.4.3  计数	239
7.5  单稳态触发器	240
7.5.1  不可重复触发单稳态
       触发器	242
7.5.2  可重复触发单稳态触发器	243
7.5.3  应用举例	244
7.5.4  555定时器	244
7.6  非稳态多谐振荡器	247
7.6.1  555定时器用作非稳态
      多谐振荡器	247
判断题  	250
自测题  	251
习题  	252
答案	257
第8章  移位寄存器	260
8.1  移位寄存器的功能	260
8.2  移位寄存器数据输入/输出的
      类型	261
8.2.1  串行输入/串行输出移位
       寄存器	261
8.2.2  串行输入/并行输出移位
       寄存器	263
8.2.3  并行输入/串行输出移位
       寄存器	264
8.2.4  并行输入/并行输出移位
       寄存器	267
8.3  双向移位寄存器	268
8.4  移位寄存器计数器	271
8.4.1  约翰逊计数器	271
8.4.2  环形计数器	272
8.5  移位寄存器应用	273
8.5.1  时间延迟	273
8.5.2  串行到并行数据转换器	275
8.5.3  通用异步接收发送机
       (UART)	276
8.5.4  键盘译码器	278
8.6  关联标注的逻辑符号	280
判断题  	281
自测题  	281
习题 	282
答案	285
第9章  计数器	288
9.1  有限状态机	288
9.1.1  有限状态机的一般模式	288
9.2  异步计数器	290
9.2.1  2位异步二进制计数器	290
9.2.2  异步译码计数器	293
9.3  同步计数器	296
9.3.1  2位同步二进制计数器	296
9.3.2  3位同步二进制计数器	297
9.3.3  4位同步二进制计数器	299
9.3.4  4位同步译码计数器	299
9.4  加/减同步计数器	302
9.5  同步计数器的设计	306
9.5.1  步骤1：状态图	306
9.5.2  步骤2：次态表	306
9.5.3  步骤3：触发器转换表	306
9.5.4  步骤4：卡诺图	306
9.5.5  步骤5：触发器输入的逻辑
       表达式	308
9.5.6  步骤6：计数器的实现	308
9.6  级联计数器	311
9.6.1  具有截断序列的级联
       计数器	314
9.7  计数器译码	315
9.7.1  译码假信号	316
9.8  计数器应用	318
9.8.1  数字时钟	318
9.8.2  停车控制	320
9.8.3  并行数据到串行数据
       的转换(多路复用)	321
9.9  关联标注的逻辑符号	323
判断题  	324
自测题  	324
习题 	325
答案	330
第10章  数据存储	333
10.1  半导体存储器基础	333
10.1.1  二进制数据的单位：
        位、字节、半字节和字	333
10.1.2  基本半导体存储阵列	333
10.1.3  存储器地址和容量	334
10.1.4  存储器的基本操作	335
10.1.5  RAM和ROM	337
10.2  随机访问存储器(RAM)	337
10.2.1  RAM系列	337
10.2.2  静态RAM(SRAM)	338
10.2.3  异步SRAM的操作	339
10.2.4  具有突发特性的同步
        SRAM	341
10.2.5  高速缓冲存储器	343
10.2.6  动态RAM(DRAM)存储
        单元	344
10.2.7  DRAM的组成结构	345
10.2.8  DRAM的类型	348
10.3  只读存储器(ROM)	349
10.3.1  ROM系列	349
10.3.2  掩模ROM	349
10.3.3  ROM的组成结构	352
10.3.4  ROM存取时间	353
10.4  可编程 ROM	353
10.4.1  PROM	353
10.4.2  EPROM	354
10.5  闪存	356
10.5.1  闪存单元	356
10.5.2  基本闪存操作	356
10.5.3  闪存阵列	357
10.5.4  闪存和其他存储器的
        比较	358
10.5.5  USB闪存	359
10.6  存储器扩展	360
10.6.1  字长扩展	360
10.6.2  字容量扩展	362
10.6.3  存储模块	363
10.7  特殊类型的存储器	365
10.7.1  先进先出(FIFO)存储器	365
10.7.2  FIFO寄存器的应用	366
10.7.3  后进先出(LIFO)存储器	366
10.7.4  CCD存储器	368
10.8  磁和光存储	369
10.8.1  磁存储	369
10.8.2  磁-光存储	372
10.8.3  光存储	372
判断题  	374
自测题  	374
习题 	375
答案	378
第11章  数字信号处理	381
11.1  模拟信号转换为数字信号	381
11.1.1  采样和滤波	381
11.1.2  保持采样值	383
11.1.3  模-数转换	383
11.2  模-数转换方法	386
11.2.1  快速浏览运算放大器	386
11.2.2  快速(同时)模-数转换器	387
11.2.3  双积分模-数转换器	389
11.2.4  逐次渐近模-数转换器	390
11.2.5  求和-增量模-数转换器	392
11.2.6  测试模-数转换器	394
11.2.7  模-数转换错误	394
11.3  数-模转换方法	395
11.3.1  二进制权值输入数-模
        转换器	395
11.3.2  R/2R阶梯形数-模转换器	397
11.3.3  数-模转换器的性能特征	399
11.3.4  测试数-模转换器	400
11.3.5  数-模转换错误	400
11.3.6  重构滤波器	402
11.4  数字信号处理基础	402
判断题  	403
自测题  	403
习题  	404
答案	407
第12章  数据传输	410
12.1  数据传输介质	410
12.1.1  电线连接	410
12.1.2  同轴电缆	410
12.1.3  双绞线电缆	411
12.1.4  光缆	411
12.1.5  光纤的数据通信链路	412
12.1.6  无线传输	413
12.2  数据传输方式和模式	414
12.2.1  串行和并行数据	414
12.2.2  异步数据	415
12.2.3  同步数据	415
12.2.4  传输速率	417
12.2.5  传输效率	418
12.2.6  传输模式	418
12.3  模拟信号的数字调制	418
12.3.1  幅移键控	418
12.3.2  频移键控	419
12.3.3  相移键控	419
12.3.4  正交调幅	420
12.3.5  星座图	420
12.4  数字信号的模拟调制	421
12.4.1  脉冲幅度调制	421
12.4.2  脉冲宽度调制	422
12.4.3  脉冲位置调制	423
12.4.4  脉冲编码调制	425
12.4.5  数字数据系统	426
12.5  多路复用和解复用	427
12.5.1  时分多路复用	427
12.5.2  频分多路复用	430
12.6  总线基础	431
12.6.1  总线	431
12.6.2  并行和串行总线	431
12.6.3  内部和外部总线	432
12.6.4  通用总线的特性	432
12.6.5  总线协议	433
12.6.6  同步和异步总线	433
12.6.7  单端总线和差分总线
        的比较	434
12.7  并行总线	435
12.7.1  PCI总线	435
12.7.2  PCI-X总线	435
12.7.3  PCI-Express总线	436
12.7.4  IEEE-488总线	436
12.7.5  并行SCSI总线	439
12.8  通用串行总线(USB)	439
12.8.1  USB电缆和连接器	440
12.8.2  USB的数据格式	441
12.9  其他串行总线	442
12.9.1  RS-232/422/423/485总线	442
12.9.2  SPI总线	444
12.9.3  I2C总线	444
12.9.4  CAN总线	445
12.9.5  法尔接口总线	446
12.9.6  串行SCSI总线	447
12.10  总线接口	447
12.10.1  基本多路复用总线	447
12.10.2  总线信号	448
12.10.3  将设备连接到总线	448
12.10.4  总线争用	450
12.10.5  多路复用I/O	450
判断题  	451
自测题  	452
习题  	454
答案	458
奇数编号习题的答案	461

Digital Fundamentals的第十一版继续秉承长期以来的写作传统，侧重于数字电子技术的核心基础内容的讲解。本书通过丰富的插图、例题、练习和若干应用帮助读者深入理解相关的基本概念。此外，本书还涉及了逻辑功能的实现、集成电路技术等相关内容，并且讲解了信号转换和处理、数据传输及数据处理和控制等一些特定主题。第十一版增加了一些新的内容和特点，许多原有的内容也得到了扩展。
书中涉及的知识旨在让学生进一步学习更高层次的内容或选修内容之前，掌握所有重要的基础概念。本书讲解的内容具有灵活性，以便适应各种课程的需求。例如，忽略或减少对于某些课程并不太适合的设计性课题或者应用性课题，并不会影响书中基本概念的学习。半导体电路的背景知识并非本书必需的先修内容，集成电路技术(芯片内部电路)的知识则有选择地在书中提及了一些。
第十一版的新内容
?  删除了过时设备的讲解。
?  新增了布尔化简的Q-M(奎恩-麦克拉斯基)方法。
?  新增了Moore状态机和Mealy状态机的内容。
?  新增了有关数据传输的一章，给出了标准总线的全面介绍。
?  突出了D触发器的使用。
本书的特性
?  核心基础内容与高层次的或扩展的内容并不混合出现。
?  “计算机小知识”一项给出精选的趣味短文。
?  每章都提示学生如何找到各种练习的答案。
?  每章中的各个小节都有检查题，答案列在每章的最后。
?  给出的每个例题都附带相关的练习，答案列在每章的最后。
?  分散在各处的“实践技巧”一项提供有用的实践知识。 
?  网站上的MultiSim(计算机仿真)文件包含了书中选修的仿真电路。
?  每章最后的判断题。
?  每章最后的自测题。
?  每章最后的分节习题，并在本书的最后给出奇数编号习题的答案。
学生资源 
?  可选择购买的实验手册(Experiments in Digital Fundamentals, Eleventh Edition)，由Dave Buchla和Doug Joksch撰写。
?  MultiSim电路。网站(www.pearsonhighered.com/careersresources.com)上的MultiSim文件可以实现书中选修的仿真电路，由图P.1表示。
?  在线章节“Intergrated Circuit Technologies”。
?  VHDL教程。
?  Verilog教程。
?  MultiSim教程。
?  Altera Quartus II教程。
?  Xilinx ISE教程。
?  5变量卡诺图教程。
?  汉明码教程。
?  Q-M方法教程，等等。
教师资源 
?  教师资源手册，包含相关章节的习题解答、MultiSim仿真结果，以及由Dave Buchla和Doug Joksch 撰写的实验手册的实验结果。
?  书中插图的幻灯片文件。
一些专题的说明
检查题  每个小节的结尾都有练习组成的复习部分，以加强对这一小节主要概念的理解。这个特点如图P.2所示。
 
图P.2
检查题的答案列在各章的结尾。
例题和相关问题  书中给出了丰富的例题，用以帮助对基本概念进行解释。每个例题都配有相关问题，通过让学生解答和例题相似的题目来加强和拓展所学的知识。典型的例题和相关问题如图P.3所示。
 
图P.3
献给学生
数字电子技术遍布于我们生活的方方面面，例如手机和其他类型的无线通信应用，以及电视、收音机、过程控制、汽车电子、消费电子、飞机导航等，本书仅仅给出了为数不多的依赖于数字电子技术的应用。具备坚实的数字电子技术基础知识，会帮助读者在将来获得技术含量很高的工作。最重要的事情，就是理解数字电子技术的核心基础内容，这样就可以深入到其他内容的学习中。
献给教师
通常，时间的限制或课程的侧重点确定了本课程的授课内容。为了满足特定课程的特定内容，忽略或强调一些知识及改变某些内容的学习顺序是很常见的。本教材为授课内容的选取提供了很大的灵活性。某些相关主题分散在不同的章节，如果忽略了某些知识点，那么其他的内容不会受到影响。同样，如果增加了某些知识点，它们和其他的内容则可以无缝衔接。本书围绕数字电子技术的核心基础内容编写，大部分内容对于数字课程来说都是必不可少的。围绕本课程，可以增加或减少书中的内容，取决于课程的侧重点和/或其他因素。即使是对于核心基础内容，也可以忽略一些选修的章节。
?  核心基础内容。有关数字电子技术的基础内容贯穿全书。对于围绕核心基础内容的一些其他主题，依据课程的需要可以增加或减少。本书涉及的内容在数字电子技术中是很重要的，但是围绕核心基础内容的每个主题可以根据特定的需要增加或减少，这不会影响核心基础内容的学习。
?  集成电路技术。本书提供一章在线章节“Intergrated Circuit Technologies”。如果想讨论电路的详细特性，可以选读这一章的部分或全部内容，以补充数字电路的基础知识。忽略这一章不会影响本书其他内容的学习。
?  特殊主题。这些内容包括信号接口和处理、数据传输、数据处理和控制，分散在第11章、第 12 章和其他章节的选读内容中。这些内容对于本课程也许是必需的，或者也可以在其他课程中讲授。例如，在核心基础内容中，Q-M方法、循环冗余校验码、超前进位加法器或时序逻辑设计的相关知识都可以忽略。除此以外，贯穿全书的MultiSim(计算机仿真)知识可以作为选修内容。无论是仅选择核心基础内容，还是全部保留或介于两者之间，本书都可以满足不同的需求。
致谢
Digital Fundamentals一书第十一版的修订是许多人的工作成果和技术经验的总结。我认为我们已经完成了预期的工作，那就是在本书已经很完善的基础上得到的改进结果。这不仅仅是基础内容的改善，还是前沿技术的引入，使得本书对学生和教师更加实用。
为了出版读者现在所看到的这本书，Pearson Education的人员进行了多个阶段的工作，倾注了大量的时间与精力，才使得本书得以面世，他们是Rex Davidson、Lindsey Gill和Vern Anthony。Lois Porter为本书初稿的编辑做出了卓越的贡献。Doug Joksch给出了VHDL编程(参阅在线资源)的相关内容。Gary Snyder修订和升级了MultiSim文件(参阅在线资源)。对于以上提到的这些人和其他间接参与本书出版的人，在此表示我的感谢和感激之情。 
在本书各个版本的修订过程中，依靠了许多读者和专家的帮助。在此衷心感谢如下的审稿人，他们提出了许多有价值的建议和建设性的意见：
Dr. Cuiling Gong，Texas Christian大学
Jonathan White，Harding大学
Zane Gastineau，Harding大学 
Dr. Eric Bothur，Midlands技术学院
同样感谢Pearson Education营销人员的努力，使得本书得以和广大读者见面。此外，感谢所有选用本书作为教材的教师和个人读者。我希望大家会发现Digital Fundamentals的第十一版比以前的版本更好，它将继续是有价值的教材和参考资料。
Tom Floyd

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