數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)

第1章 數(shù)字電路的基本知識 1

1.1 數(shù)字電路概述 1

1.1.1 電子技術(shù)的發(fā)展 1

1.1.2 數(shù)字信號 1

1.1.3 數(shù)字電路 2

1.1.4 數(shù)字電路的分類和學(xué)習(xí)方法 3

1.2 數(shù)制和碼制 3

1.2.1 數(shù)制 3

1.2.2 二進制碼 5

1.2.3 字符、數(shù)字代碼 6

1.3 邏輯代數(shù)的基本運算 7

1.3.1 與運算 7

1.3.2 或運算 8

1.3.3 非運算 8

1.4 邏輯函數(shù) 9

1.4.1 邏輯函數(shù)的表示方法 10

1.4.2 邏輯代數(shù)的基本公式和規(guī)則 11

1.4.3 邏輯函數(shù)的化簡 12

1.5 知識拓展 14

邏輯函數(shù)的卡諾圖化簡法 14

小結(jié) 16

習(xí)題 16

第2章 邏輯門電路 19

2.1 二極管和三極管的開關(guān)特性 19

2.1.1 二極管的開關(guān)特性 19

2.1.2 三極管的開關(guān)特性 20

2.2 基本邏輯門電路 21

2.2.1 二極管與門電路 21

2.2.2 二極管或門電路 21

2.2.3 三極管非門電路 22

2.2.4 DTL與非門電路 22

2.3 TTL集成門電路 22

2.3.1 TTL與非門的基本知識 22

2.3.2 TTL門電路集成芯片介紹 27

2.4 CMOS集成門電路 29

2.4.1 CMOS非門 30

2.4.2 其他的CMOS門電路 30

2.4.3 CMOS邏輯門電路的系列 31

2.5 知識拓展 32

2.5.1 其他類型的TTL門電路 32

2.5.2 集成門電路輸入、輸出的處理 34

2.6 實驗 36

門電路邏輯功能及測試 36

2.7 實訓(xùn) 38

TTL與非門參數(shù)測試 38

小結(jié) 40

習(xí)題 40

第3章 組合邏輯電路 43

3.1 組合邏輯電路的分析 43

3.1.1 組合邏輯電路功能的描述 43

3.1.2 組合邏輯電路的分析方法 43

3.2 組合邏輯電路的設(shè)計方法 45

3.3 編碼器 46

3.3.1 普通編碼器 47

3.3.2 優(yōu)先編碼器 48

3.3.3 編碼器的擴展 50

3.4 譯碼器 51

3.4.1 二進制譯碼器 51

3.4.2 譯碼器的擴展 52

3.4.3 由譯碼器構(gòu)成數(shù)據(jù)分配器 53

3.4.4 顯示譯碼器 53

3.5 數(shù)據(jù)選擇器 56

3.5.1 4選1數(shù)據(jù)選擇器 56

3.5.2 集成數(shù)據(jù)選擇器 57

3.5.3 數(shù)據(jù)選擇器的應(yīng)用 57

3.6 加法器 58

3.6.1 半加器 58

3.6.2 全加器 59

3.6.3 加法器的應(yīng)用 60

3.7 數(shù)值比較器 61

3.7.1 1位數(shù)值比較器 61

3.7.2 集成數(shù)值比較器 62

3.7.3 數(shù)值比較器的應(yīng)用 62

3.8 知識拓展 63

3.8.1 組合邏輯電路的競爭冒險 63

3.8.2 中規(guī)模組合邏輯模塊及其應(yīng)用 65

3.9 實驗 67

組合邏輯電路功能測試 67

3.10 實訓(xùn) 68

3.10.1 三變量組合邏輯電路設(shè)計 68

3.10.2 譯碼顯示電路設(shè)計 69

小結(jié) 70

習(xí)題 70

第4章 集成觸發(fā)器 74

4.1 基本RS觸發(fā)器 74

4.1.1 電路結(jié)構(gòu)和工作原理 74

4.1.2 觸發(fā)器的功能描述方法 76

4.2 同步RS觸發(fā)器 77

4.3 主從JK觸發(fā)器 78

4.4 邊沿D觸發(fā)器 80

4.5 T觸發(fā)器 82

4.6 觸發(fā)器的應(yīng)用 82

4.7 集成觸發(fā)器 84

4.8 知識拓展 87

4.8.1 觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換 87

4.8.2 CMOS邊沿D觸發(fā)器 89

4.9 實驗 90

集成觸發(fā)器邏輯功能測試 90

小結(jié) 93

習(xí)題 94

第5章 時序邏輯電路 97

5.1 概述 97

5.2 計數(shù)器 100

計數(shù)器就是實現(xiàn)這種運算的邏輯電路，計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數(shù)進行計數(shù)，以實現(xiàn)測量、計數(shù)和控制的功能，同時兼有分頻功能，計數(shù)器是由基本的計數(shù)單元和一些控制門所組成，計數(shù)單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成，這些觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及JK觸發(fā)器等。計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運算器中作乘法、除法運算時記下加法、減法次數(shù)，又如在數(shù)字儀器中對脈沖的計數(shù)等等。計數(shù)器可以用來顯示產(chǎn)品的工作狀態(tài)，一般來說主要是用來表示產(chǎn)品已經(jīng)完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標(biāo)在于計數(shù)器的位數(shù)，常見的有3位和4位的。很顯然，3位數(shù)的計數(shù)器最大可以顯示到999，4位數(shù)的最大可以顯示到9999。

5.2.1 二進制計數(shù)器 100

5.2.2 集成二進制計數(shù)器 103

5.3 寄存器 106

5.3.1 移位寄存器 106

移位寄存器

移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下一次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，十分靈活，用途也很廣。

目前常用的集成移位寄存器種類很多，如74164、74165、74166、74595均為八位單向移位寄存器，74195為四位單向移存器，74194為四位雙向移位存器，74198為八位雙向移位存器。

5.3.2 集成寄存器 108

5.4 知識拓展 110

5.4.1 十進制計數(shù)器 110

5.4.2 數(shù)碼寄存器 113

5.4.3 異步時序邏輯電路分析 114

5.4.4 中規(guī)模時序邏輯電路 115

5.5 實驗 116

計數(shù)、譯碼和顯示電路 116

5.6 實訓(xùn) 118

5.6.1 計數(shù)器的功能測試 118

5.6.2 寄存器的功能測試 120

小結(jié) 121

習(xí)題 121

第6章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換 124

6.1 常用的脈沖波形 124

6.2 555定時器 125

6.2.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理 125

6.2.2 555定時器的功能 126

6.3 施密特觸發(fā)器 127

施密特觸發(fā)器也有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號電位維持；對于負向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。

門電路有一個閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓。正向閾值電壓與負向閾值電壓之差稱為回差電壓。

它是一種閾值開關(guān)電路，具有突變輸入——輸出特性的門電路。這種電路被設(shè)計成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。

利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于vt ，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。

當(dāng)輸入電壓由低向高增加，到達V 時，輸出電壓發(fā)生突變，而輸入電壓Vi由高變低，到達V-，輸出電壓發(fā)生突變，因而出現(xiàn)輸出電壓變化滯后的現(xiàn)象，可以看出對于要求一定延遲啟動的電路，它是特別適用的.

從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時，波形的上升沿將明顯變緩；當(dāng)傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的vt 和vt-設(shè)置得合適，均能收到滿意的整形效果。

6.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 129

1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，一個暫穩(wěn)態(tài)。

2.在外加脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個暫穩(wěn)態(tài)。

3.由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，該暫態(tài)維持一段時間又回到原來的穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持的時間取決于RC的參數(shù)值。

6.5 多諧振蕩器 133

多諧振蕩器：利用深度正反饋，通過阻容耦合使兩個電子器件交替導(dǎo)通與截止，從

而自激產(chǎn)生方波輸出的振蕩器。常用作方波發(fā)生器。

多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。

電路啟動過程當(dāng)電路剛接上電源時，兩個晶體管都是截止?fàn)顟B(tài)。不過，當(dāng)這兩個晶體管的基極電壓一起上升時，由于晶體管制造過程中不可能把每個晶體管的導(dǎo)通延時控制得一樣，所以必然有其中一個晶體管搶先導(dǎo)通。于是此電路便進入其中一種狀態(tài)，而且也保證可以持續(xù)振蕩。

振蕩周期粗略的來說，狀態(tài)一（輸出高電位）的持續(xù)時間與R1、C1相關(guān)，狀態(tài)二的持續(xù)時間與R2、C2相關(guān)。因為R1、R2、C1、C2都可以自由配置，因此可以自由決定振壓周期及duty cycle。

不過，在每個狀態(tài)的持續(xù)時間是由電容在充電開始時的初始狀態(tài)（電容兩端的電壓）決定的，而這又與前一個狀態(tài)中的放電量有關(guān)；前一個階段的放電量又由放電過程中電流通過的電阻R1、R4與放電過程的持續(xù)時間決定…?？偠灾?，在剛啟動電路時，要花費頗長的時間把電容充電（一般而言電容兩端在未啟動時是完全放電的），不過之后的各個階段的持續(xù)時間便會變短并趨于穩(wěn)定。

因為多諧振蕩器是利用電流的充電過程控制周期，所以振蕩周期同時也與輸出端流出多諧振蕩器的電流量有關(guān)。

由于種種不隱定因素對多諧振蕩器振蕩周期的影響，因此在實作中通常使用更精確的計時集成電路取代單純的多諧振蕩器電路。

6.6 555定時器的應(yīng)用 135

6.7 知識拓展 136

集成門電路構(gòu)成的脈沖整形電路 136

6.8 實驗 137

脈沖波形的產(chǎn)生與整形 137

6.9 實訓(xùn) 139

555定時器的設(shè)計應(yīng)用 139

小結(jié) 140

習(xí)題 141

第7章 D/A和A/D轉(zhuǎn)換器 143

7.1 D/A轉(zhuǎn)換器 143

7.1.1 DAC的基本原理 143

7.1.2 變換網(wǎng)絡(luò) 144

7.1.3 模擬開關(guān) 145

7.1.4 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 145

7.1.5 集成D/A轉(zhuǎn)換器 146

7.2 A/D轉(zhuǎn)換器 148

7.2.1 采樣和保持 148

7.2.2 量化和編碼 149

7.2.3 常用A/D轉(zhuǎn)換器 149

7.2.4 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 151

7.2.5 集成A/D轉(zhuǎn)換器 152

7.3 知識拓展 153

7.3.1 數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)：壓力

溫度控制儀 153

7.3.2 常用D/A轉(zhuǎn)換器和A/D

轉(zhuǎn)換器介紹 154

小結(jié) 157

習(xí)題 157

第8章 存儲器和可編程邏輯器件 160

8.1 存儲器 160

8.1.1 隨機存取存儲器 160

8.1.2 只讀存儲器 165

8.2 可編程邏輯器件 169

8.2.1 可編程邏輯器件的特點及表示方法 169

8.2.2 可編程陣列邏輯（PAL） 170

8.2.3 通用陣列邏輯（GAL） 171

8.3 CPLD、FPGA和系統(tǒng)編程技術(shù)簡介 173

8.3.1 CPLD簡介 173

8.3.2 FPGA簡介 173

8.3.3 ISP技術(shù)簡介 174

小結(jié) 174

習(xí)題 174

第9章 數(shù)字電路的綜合訓(xùn)練 177

9.1 數(shù)字電路系統(tǒng)的功能分析 177

9.1.1 出租車計費器電路 177

9.1.2 數(shù)字搶答器電路 181

9.2 數(shù)字電路系統(tǒng)的調(diào)試 183

9.2.1 電路調(diào)試的一般步驟 183

9.2.2 電路調(diào)試的問題 184

9.3 數(shù)字電路故障的診斷與排除 185

9.4 綜合實訓(xùn) 189

9.4.1 搶答器的分析與設(shè)計 189

9.4.2 數(shù)字萬用表的總裝 190

小結(jié) 196

習(xí)題 197

附錄A 電子設(shè)計自動化簡介 198

附錄B 數(shù)字電路新、舊圖形符號對照 206

附錄C 常用集成電路型號及引腳圖 208

附錄D TTL74系列器件介紹 211

附錄E CD45系列器件介紹 215

附錄F CD40系列器件介紹 217

附錄G A/D和D/A轉(zhuǎn)換器件介紹 220

附錄H 存儲器器件介紹 225

參考文獻 227

……

《數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)》是趙景波編著的一本圖書，該書主要內(nèi)容包括數(shù)字電路的基本知識、邏輯門電路、組合邏輯電路、集成觸發(fā)器、時序邏輯電路、脈沖波形的產(chǎn)生和變換、D/A和A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器和可編程邏輯器件及數(shù)字電路的綜合訓(xùn)練?！稊?shù)字電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)》以現(xiàn)代數(shù)字電子技術(shù)的基本知識、基本理論為主線，將數(shù)字電子技術(shù)的基本理論與各種新技術(shù)有機地結(jié)合在一起；以應(yīng)用為目的，在保證科學(xué)性的前提下，從工程觀點考慮，刪繁就簡，使理論分析重點突出、概念清楚、實用性強。在內(nèi)容安排上，以培養(yǎng)讀者的工作能力為目的，將理論知識的講授與技能訓(xùn)練有機結(jié)合，將能力培養(yǎng)貫穿于整個教學(xué)過程中。

《數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)》可作為高職高專院校電子、通信、機電一體化、電氣自動化等專業(yè)的教材，也可作為其他工程技術(shù)或維修人員參考用書。

為了配合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要和不同電類專業(yè)對電子技術(shù)的掌握的需要，編寫了電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)(數(shù)字部分)。全書共9章，重點討論了數(shù)字邏輯系統(tǒng)和數(shù)字電路的建模、分析、設(shè)計方法，理論部分的分析應(yīng)用例題來講解，書中的例題可以用仿真軟件驗證。全書主要包括邏輯代數(shù)的基本原理、邏輯門、時序邏輯電路、半導(dǎo)體存儲器、DAC和ADC轉(zhuǎn)換器及仿真實驗等內(nèi)容。書中附有大量的思考題、習(xí)題，習(xí)題內(nèi)容全部可以用仿真分析。全書的編寫仍然采用傳統(tǒng)的編寫結(jié)構(gòu)，但是書中內(nèi)容突出工程實際應(yīng)用和分析方法。目標(biāo)是為學(xué)習(xí)者建立起一定的邏輯思維能力，建立良好的工程實踐應(yīng)用能力。

前言

第1章數(shù)字電路概論及數(shù)制、編碼

第2章邏輯代數(shù)基本原理

第3章邏輯門電路

第4章組合邏輯電路

第5章鎖存器和觸發(fā)器

第6章時序邏輯電路

第7章半導(dǎo)體存儲器

第8章脈沖電路

第9章DAC和ADC轉(zhuǎn)換器

參考文獻

《電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)(電氣工人適用)》以《中華人民共和國職業(yè)技能鑒定規(guī)范》中對不同行業(yè)電氣類工種的“知識要求”為依據(jù)編寫。

《電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)(電氣工人適用)》可作為不同行業(yè)中各技術(shù)等級電氣工人的電子知識培訓(xùn)教材及掌握電子知識的學(xué)習(xí)用書，可供職業(yè)技能鑒定、考核使用，可作為中等職業(yè)學(xué)校電氣類專業(yè)的教材，還可供高等職業(yè)學(xué)校有關(guān)專業(yè)的學(xué)生作課外學(xué)習(xí)用書，也可供職業(yè)學(xué)校教師和工程技術(shù)人員參考使用。