数字电子技术实践.pdf

全国高等职业教育“十二五”规划教材 中国电子教育学会推荐教材 全国高等职业院校规划教材精品与示范系列 数数字字电电子子技技术术实实践践 王小娟 主 编 晏文靖 副主编 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 本书根据教育部最新的职业教育教学改革要求，在课程组老师多年的课程改革基础上进行经验总结和内容优化后进行编写。本书以数字逻辑电路设计、电路制作、电路测试与调试等能力为基本目标，紧紧围绕工作任务来选择和组织课程内容，主要包含 6 个项目：组合逻辑电路的功能测试与设计、编码器与译码器的功能测试与应用、触发器的功能测试与应用、计数器电路设计、可编程逻辑电路设计、A/D 与 D/A 转换器功能测试。在每个项目的学习过程中，都是先简单、后复杂，先逻辑功能测试、后集成电路应用，先单元电路、后总体电路，先任务、后项目。全书内容丰富全面，实用性很强，易于安排教学。本书为高等职业本专科院校电子信息类、通信类、计算机类、自动化类、机电类等专业的教材，也可作为开放大学、成人教育、自学考试、中职学校和培训班的教材，以及电子工程技术人员的参考书。本书配有电子教学课件、习题参考答案等，详见前言。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 数字电子技术实践/王小娟主编.北京：电子工业出版社，2015.6 全国高等职业院校规划教材精品与示范系列 ISBN 978-7-121-25064-4.数 .王 .数字电路电子技术高等职业教育教材 .TN79 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2014）第 286346 号 策划编辑：陈健德（E-mail：）责任编辑：桑 昀 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：14 字数：362 千字 版 次：2015 年 6 月第 1 版 印 次：2015 年 6 月第 1 次印刷 定 价：35.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（010）88258888。III 前 言 “数字电子技术”是高等职业院校电子信息类等专业的一门专业基础课，随着近年来不断深入开展新的职业教育教学改革，我们采用教学做一体化的教学模式，以工作任务引领的方式，打破原有的教育理论体系，重点体现“以能力为本位，以职业实践为主线”的教学思想，将项目化教学模式引入到本课程的教学实践中并取得了良好效果，使本课程的基本理论与应用性很强的实践技能成为许多后续课程的基础。本书是在课程组老师多年的课程改革基础上通过经验总结和内容优化后进行编写的。全书将各个知识点融入完成工作任务所必备的模块中，使学生在完成不同模块任务的同时，掌握必要的基本理论知识，并不断提高职业技能、分析问题和解决问题的能力。全书以数字逻辑电路设计、电路制作、电路测试与调试等能力为基本目标，紧紧围绕工作任务来选择和组织课程内容，以工作任务为主线，以完成工作任务为目标，将相关知识点分解在各个任务中，强调工作任务和知识的联系，使学生在职业实践活动的基础上掌握知识，从而增强课程内容与职业岗位能力要求的相关性，培养学生的职业素质。本书内容按照循序渐进地学习项目的过程进行编排，主要包含 6 个项目：组合逻辑电路的功能测试与设计，阐述逻辑代数的基本知识及组合逻辑电路分析与设计的基本方法；编码器与译码器的功能测试与应用，介绍组合逻辑电路中常用中规模集成电路编码器、译码器的逻辑功能和使用方法；触发器的功能测试与应用，介绍具有记忆功能的数字存储单元电路的使用方法；计数器电路设计，介绍计数器的应用；可编程逻辑电路设计，介绍 FPGA、CPLD 的基本知识及如何用 FPGA 器件设计简单数字电路的基本方法；A/D 与 D/A 转换器功能测试，融入 A/D、D/A 转换器件的基本知识。在每个项目的学习过程中，都是先简单、后复杂，先逻辑功能测试、后集成电路应用，先单元电路、后总体电路，先任务、后项目。在每个项目完成过程中开展师生互动性学习，做到“读、做、想、学”等，以期达到最佳教学效果。本书由王小娟老师担任主编，晏文靖老师担任副主编，张淑骅、冒莉、陈和娟老师参加编写。在本书的编写过程中得到合作企业技术人员及学校实验实训室老师的大力支持和帮助，在此表示衷心感谢!IV 由于编者水平有限，加上时间仓促，书中疏漏及错误之处在所难免，恳请广大师生批评指正。为方便教学，本书配有免费的电子教学课件、习题参考答案，请有需要的教师登录华信教育资源网（http:/）免费注册后进行下载，如有问题请在网站留言或与电子工业出版社联系（E-mail：）。编 者 V 目 录 项目 1 组合逻辑电路的功能测试与设计（1）1.1 数制与码制（2）1.1.1 数制（2）1.1.2 码制（6）思考题 1-1（10）1.2 基本逻辑关系的认识（10）1.2.1 基本逻辑事件的表示方法 （10）1.2.2 逻辑函数的基本公式和常用公式（13）1.2.3 逻辑函数的表示方法（16）1.3 逻辑函数的化简 （17）1.3.1 逻辑函数的公式化简法 （17）1.3.2 逻辑函数的卡诺图化简法 （18）思考题 1-2（24）1.4 集成逻辑门电路 （24）1.4.1 基本逻辑与基本逻辑门电路功能（24）1.4.2 常用的集成逻辑门电路系列（27）1.5 组合逻辑电路设计（37）思考题 1-3（38）任务 1-1 集成逻辑门电路 74LS04 的测试（38）任务 1-2 集成逻辑门电路 74LS00 的测试（39）任务 1-3 三人表决器逻辑电路设计 （41）思考题 1-4（43）练习题 1（43）项目 2 编码器与译码器的功能测试与应用（47）2.1 编码器及其应用 （48）2.1.1 二进制编码器（48）2.1.2 二-十进制编码器（49）2.1.3 优先编码器（50）2.1.4 编码器的应用（52）任务 2-1 优先编码器 74LS147 逻辑功能仿真 （53）任务 2-2 优先编码器 74LS147 逻辑功能测试 （54）思考题 2-1（54）VI 2.2 译码器及其应用 （54）2.2.1 二进制译码器（55）2.2.2 二-十进制译码器（57）2.2.3 显示译码器（58）2.2.4 译码器的应用（60）任务 2-3 译码器 74LS138 逻辑功能仿真（62）任务 2-4 译码器 74LS138 逻辑功能测试（63）任务 2-5 LED 数码管与显示译码器功能测试（64）练习题 2（67）项目 3 触发器的功能测试与应用（68）3.1 触发器及其特性 （69）3.2 基本 RS 触发器 （69）3.3 触发器的触发方式（72）3.3.1 电平控制触发（72）3.3.2 边沿控制触发（73）3.4 边沿触发器（74）3.4.1 边沿 JK 触发器 （74）3.4.2 边沿 D 触发器（76）3.4.3 边沿 T 触发器（78）3.4.4 T触发器（78）3.5 触发器的应用（79）任务 3-1 双 D 触发器 74LS74 逻辑功能测试及应用（80）任务 3-2 四路抢答器设计（81）思考题 3-1（84）练习题 3（84）项目 4 计数器电路设计（87）4.1 计数器及其表示方法（88）4.1.1 计数器类型（88）4.1.2 计数器基本原理（88）4.1.3 集成计数器（89）任务 4-1 计数器 74LS161 逻辑功能仿真（94）任务 4-2 计数器 74LS161 逻辑功能测试（95）任务 4-3 计数器 74LS390 逻辑功能测试（96）思考题 4-1（98）4.2 任意进制计数器的实现（98）4.2.1 反馈清零法构成 N 进制计数器（98）4.2.2 反馈置数法构成 N 进制计数器（100）4.2.3 计数器的级联（102）VII 任务 4-4 十二进制计数器仿真（104）任务 4-5 十二进制计数器设计（104）思考题 4-2（106）4.3 脉冲信号获取（106）4.3.1 脉冲产生电路（106）4.3.2 脉冲整形变换电路（110）任务 4-6 数字钟秒脉冲信号设计（117）任务 4-7 数字钟电路设计（119）练习题 4（123）项目 5 可编程逻辑电路设计（125）5.1 可编程逻辑器件的结构性能与开发设计（126）5.1.1 可编程逻辑器件（PLD）的分类与结构（126）5.1.2 EDA 设计流程 （132）5.1.3 MAX+plusII 设计流程与图形编辑（134）任务 5-1 模 12 计数器图形文件设计与仿真（140）思考题 5-1（149）5.2 硬件描述语言 VHDL 设计（149）5.2.1 VHDL 语言的基本结构（149）5.2.2 VHDL 语言的顺序语句（152）5.2.3 VHDL 语言的并行语句（155）任务 5-2 4 路选择器的 VHDL 设计 （157）任务 5-3 4 路二进制加法计数器的 VHDL 设计（164）思考题 5-2（169）任务 5-4 基于 FPGA 的数字秒表设计 （169）思考题 5-3（177）练习题 5（177）项目 6 A/D 与 D/A 转换器功能测试（179）6.1 数模转换器（DAC）（180）6.1.1 D/A 转换原理（180）6.1.2 D/A 转换器的类型（181）6.1.3 D/A 转换器的性能指标 （182）6.1.4 集成 D/A 转换器的功能与应用（183）6.2 模数转换器（ADC）（187）6.2.1 A/D 转换原理（187）6.2.2 A/D 转换器的常用类型 （189）6.2.3 A/D 转换器的主要参数 （191）VIII 6.2.4 集成 A/D 转换器的功能与使用（192）任务 6-1 集成 D/A 转换芯片 DAC0832 功能测试（197）任务 6-2 集成 A/D 转换芯片 ADC0809 功能测试（198）练习题 6（199）附录 A 数字电路器件型号命名方法（201）附录 B 数字电路常用器件引脚图（203）附录 C 常用逻辑门电路新旧逻辑符号对照表（205）附录 D 74 系列数字集成电路表（206）附录 E CMOS4000 系列数字集成电路表（211）参考文献（215）项项项项目目目目 1 1 1 1 组合逻辑电路的功能测试与设计 电子电路的工作信号分为两大类：一类是在时间和数值上都连续变化的信号，称为模拟信号，如正弦信号；另一类是在时间和数值上都是离散的信号，称为数字信号，如脉冲信号。用来传输或处理模拟信号的电路称为模拟电路；用来对数字信号进行处理、传输、存储、控制、加工、算术运算、逻辑运算的电子电路称为数字电路。数字电路广泛应用于各个领域，数字电路又称逻辑电路，是研究输入与输出之间逻辑关系的学科。数字信号只有低电平和高电平两个取值，通常用“0”和“1”来表示。数字电路抗干扰能力强、可靠性高，同时通用性强、成本低、系列多，容易进行加密处理。采用单元门电路可组成较复杂的逻辑应用电路，只要掌握逻辑电路应用的一般规律，弄清各类门电路的用法及特点，就能根据实际需要设计出满足要求的应用电路。本项目在介绍基本逻辑电路功能及测试的基础上，利用组合逻辑电路设计方法完成三人表决器设计。2 数字电子技术实践 1.1 数制与码制 在数字电路中，经常用到的计数进制有二进制、十进制和十六进制，这些不同进制表示不同数制。不同的数码不仅可以表示数量的大小，而且还可以表示不同事物或事物的不同状态，这些数码称为代码，编制代码时所遵循的规则称为码制。数制和码制是数字电路的基础。1.1.1 数制 数制也称为计数方式。在生产实践中人们习惯于各种计数方法，其中最常用的是十进制。在数字电路中，通常用高、低电平来表示“1”和“0”信号，这就要求数字电路处理的