数字电子技术.pdf

新编电气与电子信息类本科规划教材电子电气基础课程 数字电子技术 曾令琴 主 编 吕 乐 副主编 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 以培养学生分析问题、解决问题能力和实验动手能力为主导，将数字电子技术和工程实际应用前后呼应，并有机地融为一体。教材采用立体化配套，其中以纸质教材和高水平教学课件作为教学主导，以实践教学指导和 EDA 学习作为应用型人才培养辅助工具，用详细的习题解析和重点、难点十分清晰的教学指导教案给教师的“教”和学生的“学”带来很大的方便，为检测教与学的效果，还提供了试题库。全书分 7 个单元，内容包含有：数字电子技术的基础知识；门电路和组合逻辑电路；触发器和时序逻辑电路；存储器和可编程逻辑器件；数/模和模/数转换器。全书行文流畅，内容简洁，概念清楚；注重实际，目标明确，便于自学。本书是专为“应用型人才”培养精心编排和设计的，为电子信息与电气学科提供的实用性教材，也可供相关工程技术人员学习或作为电子技术爱好者的参考。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 数字电子技术曾令琴主编.北京：电子工业出版社，2009.7 新编电气与电子信息类本科规划教材.电子电气基础课程 ISBN 978-7-121-09166-7.数 .曾 .数字电路电子技术高等学校教材 .TN79 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2009）第 107803 号 责任编辑：陈晓莉 特约编辑：杨晓红 李双庆 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：13.5 字数：390 千字 印 次：2009 年 7 月第 1 次印刷 印 数：4 000 册 定价：27.00 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。前前 言言“数字电子技术”是高等学校电子与电气类各学科的重要专业基础课和平台课程。是电子应用、通信技术、计算机、电气自动化等专业的重要专业技术基础课程。近些年来，随着科学技术的迅猛发展，集成数字逻辑电路在高速、低功耗、低电压、带电插拔、小逻辑等许多方面都取得了长足的发展，各种数字新技术、数字电子新器件层出不穷，这些不断涌现的新技术，无疑给“数字电子技术”课程增添了很多新的内容。为使课程内容更加丰富、充实和不断更新，能够跟上日益发展的科学体系，根据教育部“高等学校教学质量与教学改革工程”的主要精神，结合目前“数字电子技术”教学实际情况及该课程在电子工程中的应用，作者编写了这本任务导入式的新型数字电子技术教材。新编写的数字电子技术按 7 个单元划分：第 1 单元数字逻辑基础，主要介绍数制，码制，逻辑代数及其定理、定律，逻辑代数化简法；第 2 单元门电路和集成逻辑门，以二极管、三极管的开关特性为引线，先后介绍了三种基本逻辑门，复合逻辑门和两种类型不同的集成逻辑门，重点阐述了各种常用集成逻辑门电路的应用；第 3 单元是组合逻辑电路，以组合逻辑电路的分析法和小规模组合逻辑电路的设计展开问题的讨论和学习，进而引入各种常用的集成组合逻辑电路；第 4 单元触发器，以基本的 RS 触发器电路作为各种触发器的基本环节引入各类触发器，突出介绍了边沿触发的主从型 JK 触发器和维持阻塞 D 触发器；第 5单元时序逻辑电路，仍是以时序逻辑电路的分析和设计为主导，结合课程应用实际的需求，详细介绍了常用的时序逻辑电路器件计数器和寄存器，充分强调了时序逻辑电路的记忆作用；第 6 单元存储器和可编程逻辑器件，阐述了半导体存储器在大规模集成电路中的应用和可编程逻辑器件的电路结构及其可编程性质，重点介绍了它们在电子工程实际中的应用；第7 单元是数/模和模/数转换器，重点介绍了两种转换器的转换原理和集成 DAC 和 ADC 的引脚功能。全书内容除理论知识外，还特别强调了实践环节，并且引入了 Multisim 8.0 电路仿真的学习和应用，教材按照立体化配套，制作了高水平的教学课件，参考课时教案，章后习题解析，试题库等。本教材由曾令琴担任主编，编写了教材的第 1、第 2 单元；吕乐担任副主编，编写了第4、第 5 单元；何红军、蒲小莲参编，编写了第 3、第 6、第 7 单元。全书由曾令琴统稿。作者期望本教材能对“应用型”人才培养和教学改革起到一定的推动作用，并且恳请使用本教材的教师和学生对我们提出宝贵的意见和建议，以便在今后的修改中做得更好。编 者 2008 年 10 月 V 目目 录录 第 1 单元 数字逻辑基础1 任务导入1 理论知识2 1.1 数制与码制2 1.1.1 数制3 1.1.2 码制6 思考与问题9 1.2 逻辑代数基本概念、常用公式和定理9 1.2.1 逻辑代数的基本概念 9 1.2.2 三种基本的逻辑关系 10 1.2.3 复合逻辑运算12 1.2.4 逻辑代数中的常用公式和定理13 思考与问题14 1.3 逻辑函数的化简14 1.3.1 逻辑函数的代数化简法14 1.3.2 最小项的概念15 1.3.3 卡诺图表示法16 1.3.4 逻辑函数的卡诺图化简法17 思考与问题19 实践环节19 1.1 Multisim 8.0 电路仿真软件学习19 1.1.1 Multisim 8.0 电路仿真软件简介 19 1.1.2 电路的建立与仿真分析法25 1.1.3 电路仿真练习27 第 1 单元 能力训练检测题（共 100 分，120 分钟）27 第 2 单元 门电路和集成逻辑门30 任务导入30 理论知识31 2.1 半导体二极管和三极管的开关特性31 2.1.1 半导体二极管的开关特性31 2.1.2 半导体三极管的开关特性33 思考与问题34 2.2 分立元件的基本逻辑门 34 2.2.1 “与”门34 2.2.2 “或”门35 VI 2.2.3 “非”门35 思考与问题36 2.3 复合逻辑门36 思考与问题37 2.4 TTL 集成逻辑门38 2.4.1 典型 TTL 与非门38 2.4.2 集电极开路的 TTL 与非门（OC 门）40 2.4.3 三态门 42 2.4.4 TTL 集成电路的改进系列 43 2.4.5 TTL 集成逻辑门的使用注意事项44 思考与问题45 2.5 MOS 集成逻辑门45 2.5.1 CMOS 反相器46 2.5.2 CMOS 传输门和模拟开关 46 2.5.3 CMOS 与非门47 2.5.4 CMOS 或非门47 2.5.5 其他 CMOS 集成逻辑门48 2.5.6 CMOS 集成逻辑门的特点及使用注意事项49 思考与问题50 2.6 集成逻辑门使用中的实际问题50 2.6.1 各种逻辑门之间的接口问题50 2.6.2 门电路带负载时的接口电路51 2.6.3 抗干扰措施53 思考与问题53 实践环节54 2.1 集成逻辑门电路的功能测试54 2.2 学习 Multisim 8.0 电路仿真56 第 2 单元 能力训练检测题（共 100 分，120 分钟）60 第 3 单元 组合逻辑电路64 任务导入64 理论知识 65 3.1 组合逻辑电路的分析65 3.1.1 组合逻辑电路的特点 65 3.1.2 组合逻辑电路功能的描述65 3.1.3 组合逻辑电路的分析 66 思考与问题68 3.2 组合逻辑电路的设计68 3.2.1 组合逻辑电路的设计步骤68 3.2.2 组合逻辑电路的设计举例68 VII 思考与问题71 3.3 编码器71 3.3.1 编码、编码器71 3.3.2 普通编码器71 3.3.3 优先编码器72 思考与问题76 3.4 译码器76 3.4.1 译码、译码器76 3.4.2 变量译码器76 3.4.3 显示译码器78 3.4.4 译码器应用举例81 思考与问题82 3.5 数据选择器82 3.5.1 数据选择器概述82 3.5.2 集成数据选择器83 思考与问题83 3.6 数值比较器83 3.6.1 一位数值比较器83 3.6.2 集成数值比较器84 思考与问题84 实践环节85 3.1 编码器、译码器及数码显示电路实验85 3.2 学习 Multisim 8.0 电路仿真87 第 3 单元 能力训练检测题（共 100 分，120 分钟）91 第 4 单元 触发器94 任务导入94 理论知识95 4.1 基本 RS 触发器95 4.1.1 基本 RS 触发器的结构组成95 4.1.2 基本 RS 触发器的工作原理95 4.1.3 基本 RS 触发器的动作特点96 4.1.4 基本 RS 触发器逻辑功能的描述96 思考与问题98 4.2 钟控 RS 触发器98 4.2.1 钟控 RS 触发器的结构组成98 4.2.2 钟控 RS 触发器的工作原理99 4.2.3 钟控 RS 触发器的功能描述100 思考与问题101 4.3 主从型 JK 触发器 101 4.3.1 JK 触发器的结构组成101 VIII 4.3.2 JK 触发器的工作原理101 4.3.3 JK 触发器的动作特点102 4.3.4 JK 触发器的功能描述102 4.3.5 集成 JK 触发器103 思考与问题104 4.4 维持阻塞 D 触发器104 4.4.1 D 触发器的结构组成 104 4.4.2 D 触发器的工作原理 105 4.4.3 D 触发器的动作特点 105 4.4.4 D 触发器的功能描述 105 4.4.5 集成 D 触发器106 思考与问题106 4.5 T 触发器和 T 触发器106 4.5.1 T 触发器106 4.5.2 T触发器107 思考与问题108 实践环节108 4.1 集成触发器的功能测试 108 4.2 学习 Multisim 8.0 电路仿真110 第 4 单元 能力训练检测题（共 100 分，120 分钟）112 第 5 单元 时序逻辑电路115 任务导入115 理论知识116 5.1 时序逻辑电路的分析和设计思路116 5.1.1 时序逻辑电路概述116 5.1.2 时序逻辑电路的功能描述116 5.1.3 时序逻辑电路的基本分析方法117 5.1.4 时序逻辑电路的设计思路120 思考与问题121 5.2 集成计数器121 5.2.1 二进制计数器122 5.2.2 十进制计数器124 5.2.3 集成计数器及其应用 126 思考与问题130 5.3 寄存器130 5.3.1 数码寄存器131 5.3.2 移位寄存器131 5.3.3 集成双向移位寄存器 132 5.3.4 移位寄存器的应用133 IX 思考与问题135 5.4 555 定时电路136 5.4.1 555 定时器电路的组成136 5.4.2 555 定时器的工作原理137 5.4.3 555 定时器应用实例 138 思考与问题139 实践环节139 5.1 计数器及其应用139 5.2 移位寄存器及其应用143 5.3 555 定时器及其应用146 5.4 应用 Multisim 8.0 电路仿真148 第 5 单元 能力训练检测题（共 100 分，120 分钟）148 第 6 单元 存储器和可编程逻辑器件152 任务导入152 理论知识153 6.1 存储器概述153 6.1.1 存储器定义153 6.1.2 存储器的分类153 6.1.3 存储器的主要性能指标154 思考与问题154 6.2 只读存储器（ROM）155 6.2.1 ROM 的结构与功能155 6.2.2 ROM 的工作原理156 6.2.3 ROM 的分类158 6.2.4 ROM 的应用161 思考与问题163 6.3 随机存取存储器（RAM）163 6.3.1 RAM 的结构与功能163 6.3.2 RAM 的存储单元165