数字电子技术

本书由一批具有丰富教学经验和实践经验的高校教师编写，全书概念清晰、结构合理、重点突出、难度适中、实例丰富，便于教学和学习。

本书主要介绍数字电路的基本分析方法和设计方法，以及用可编程逻辑器件设计电路的软件平台和硬件描述语言设计方法。主要内容包括数制和码制、逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路分析与设计、中规模组合逻辑器件应用、触发器、时序逻辑电路的分析与设计、常用时序集成器件、555定时器及多谐振荡器、半导体存储器件和可编程器件、硬件描述语言数模和模数转换。

邓奕老师，毕业于武汉理工大学，长期从事于PLC、单片机和FPGA等相关项目的开发，具有7年嵌入式开发经验。主持完成的项目有：风光互补发电实训平台、鹤壁污水处理自动控制系统、基于LabVIEW的虚拟示波器设计等。发表学术论文5篇，其中ISTP收录2篇，EI收录2篇。出版学术专著、编著和教材共计4部。主要承担电路、电子线路CAD、单片机、EDA、专业英语等课程的讲授，教学效果良好。

第1章数制和代码
1.1概述
1.2数制
1.3数制间的转换
1.4二进制代码
习题1
习题1答案
第2章数字逻辑基础
2.1基本逻辑运算与逻辑门
2.2复合逻辑运算与逻辑门
2.3逻辑函数及逻辑代数公式
2.4逻辑函数标准表达式
2.5逻辑函数化简
2.6逻辑函数的门电路实现
习题2
习题2答案
第3章集成逻辑门电路
3.1CMOS逻辑门电路
3.2TTL逻辑门电路
3.3逻辑门电路的实际应用
习题3
习题3答案
第4章组合逻辑电路
4.1组合逻辑电路的分析和设计
4.2加法器
4.3数据选择器
4.4数值比较器
4.5编码器
4.6译码器
习题4
习题4答案
第5章时序逻辑电路
5.1概述
5.2触发器
5.3时序逻辑电路的分析与设计方法
5.4计数器
5.5寄存器
5.6脉冲发生器
习题5
习题5答案
第6章脉冲波形的产生与整形电路
6.1多谐振荡器
6.2单稳态触发器
6.3施密特触发器
习题6
习题6答案
第7章数/模与模/数转换电路
7.1概述
7.2D/A转换器
7.3A/D转换器
习题7
习题7答案
第8章数字电路系统设计举例
8.1制作第一件电子产品
8.2电子密码锁的设计
8.3四路竞赛抢答器的设计
8.4数字显示频率计的设计
附录A555震荡电路原理图与PCB的绘制
附录B常用数字集成电路型号
参考文献

    通常情况下将产生、变换、传送、处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，与之相对应的，将产生、变换、传送、处理数字信号的电子电路称为数字电路。数字电路用数字信号完成对数字量的算术运算和逻辑运算。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称为数字逻辑电路。现代的数字电路由采用半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。其中，逻辑门是数字逻辑电路的基本单元，存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上来看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
     数字技术的发展是以电子技术的发展为基础的。20世纪初至20世纪中叶，主要使用的电子器件是真空管，也称为电子管。随着固体微电子学的进步，第一支晶体三极管于1947年问世，开创了电子技术的新领域。60年代初期，模拟和数字集成电路相继问世。20世纪70年代末，由于微处理器的问世，电子器件及其应用出现了崭新的局面。从20世纪80年代中期开始，专用集成电路（ASIC）制作技术已趋向成熟，标志着数字集成电路发展到了新的阶段。1988年，集成工艺可以实现在1cm2的硅片上集成3500万个元件。到了20世纪90年代后期，一片集成电路上可以集成40亿个晶体管。进入21世纪后，其发展速度相当迅猛，目前芯片内部布线的线宽可以到亚微米（0.13～0.09μm）数量级。随着芯片上元件和布线的缩小，芯片的功耗降低而速度大为提高，如近期新生产的微处理器的时钟频率高达30GHz。
     由于数字电路主要研究对象的输出和输入间的逻辑关系，故数字电路中三极管一般作为开关元件来使用，其工作在开关状态，因而在数字电路中不能采用模拟电路的分析方法。数字电路所采用的分析工具是逻辑代数，主要使用真值表、逻辑表达式及波形图等来描述电路的功能。随着计算机技术的发展，数字电路或数字系统的分析、仿真与设计，可以采用硬件描述语言和EDA软件，借助计算机来自动实现。
     数字电路和模拟电路相比有以下几个优点。
     （1）较低的成本数字电路结构简单，易集成和系列化生产，成本低，使用方便。
     （2）较高的可靠性数字信号在传输时采用高、低电平二值信号，因此数字电路抗干扰能力强，可靠性高，准确性和稳定性都比较高。
     （3）较强的逻辑性数字电路不仅能完成算术运算，还可以完成逻辑运算，具有逻辑推理和逻辑判断的能力，因此数字电路又称为数字逻辑电路。
     （4）较低的损耗数字电路中的元件大多工作在开关状态，功耗比较小。
     （5）较强的时序性为了实现数字系统逻辑函数的动态特性，数字电路各部分之间的信号必须有着严格的时序关系。因此，时序设计也是数字电路设计的基本技术之一。
     （6）较好的抗干扰能力由于数字电路所处理的是逻辑电平信号，因而从信号处理的角度来看，数字电路系统比模拟电路具有更好的信号抗干扰能力。
     正是由于数字电路具有的以上优点，因而在电子计算机、数字通信、数字仪表、数控装置、航天技术等方面得到了广泛的应用。