本书为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材、教育部高等学校电工电子基础课程教学指导分委员会推荐教材，也是国家级优秀教材团队、国家级线上线下混合式一流本科课程教学成果。全书共9章，包括：数字电路基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲信号的产生和整形、半导体存储器、可编程逻辑器件，以及数模转换器和模数转换器。本书遵循保证基础知识、加强现代方法、理论联系实际、便于教学实施的编写原则，在保证基本概念、基本分析方法和设计方法的基础上，强化了现代数字电路分析、设计与工程应用的结合。
张艳花，中北大学，电子测试国家级国防重点实验室（太原分部）方向负责人，山西省现代无损检测技术工程中心主任。现为兵器测试技术专家组成员、教育部电 子信息科学与工程类专业教学指导委员会成员、中国无损检测射线专业委员会副主任委员，山西省机械工程学会副理事长、无损检测学会理事长，中国电子学会高级 会员、中国兵工学会高级会员。目前从事通信技术、信号处理和识别、自动检测技术、数字图像处理与信息重建等领域的教学和研究工作。
目 录
第1章 数字电路基础 1
1.1 数字电路概述 2
1.1.1 模拟信号和数字信号 2
1.1.2 数字信号的表示方法 2
1.1.3 数字电路 3
1.2 数制和码制 4
1.2.1 数字电路的常用数制 4
1.2.2 不同数制之间的相互转换 6
1.2.3 码制 8
1.3 二进制算术运算 12
1.4 逻辑代数基础 14
1.4.1 逻辑代数的三种基本运算 14
1.4.2 逻辑代数的基本公式和常用公式 16
1.4.3 逻辑代数的基本规则 18
1.5 逻辑函数的化简 18
1.5.1 逻辑函数的最简形式及变换 18
1.5.2 逻辑函数的公式化简法 20
1.5.3 用卡诺图化简逻辑函数 21
1.6 逻辑关系描述方法的相互转换 27
1.6.1 用波形图描述逻辑函数 27
1.6.2 逻辑函数描述方法间的转换 27
1.7 VHDL简介 29
1.7.1 VHDL的基本结构 30
1.7.2 VHDL的元素 32
1.7.3 VHDL的基本语句 34
课程思政案例 37
本章小结 37
随堂测验 38
习题1 39
第2章 逻辑门电路 41
2.1 逻辑门电路概述 42
2.2 TTL集成逻辑门 42
2.2.1 双极型三极管的开关特性 43
2.2.2 TTL与非门的电路结构与工作原理 46
2.2.3 TTL与非门的外部电气特性和主要参数 47
2.2.4 TTL与非门的改进系列 54
2.2.5 其他逻辑功能的TTL门电路 56
2.2.6 TTL集电极开路门和三态输出门 57
2.2.7 TTL门电路的使用规则 62
*2.3 发射极耦合逻辑门 64
2.4 CMOS逻辑门 65
2.4.1 MOS管的开关特性 65
2.4.2 CMOS反相器 67
2.4.3 其他逻辑功能的CMOS门电路 69
2.4.4 CMOS传输门 71
2.4.5 CMOS漏极开路门与CMOS三态输出门 72
2.4.6 各种CMOS数字集成电路的比较 74
2.4.7 CMOS门电路的使用规则 75
2.5 Bi-CMOS门电路 75
2.6 TTL门与CMOS门的接口电路 76
2.6.1 TTL驱动CMOS 77
2.6.2 CMOS驱动TTL 77
2.6.3 TTL、CMOS门与大电流负载的接口 79
2.7 门电路的VHDL描述 80
课程思政案例 80
本章小结 81
随堂测验 81
习题2 82
第3章 组合逻辑电路 85
3.1 组合逻辑电路概述 86
3.2 基于门电路的组合逻辑电路的分析与设计 86
3.2.1 基于门电路的组合逻辑电路的分析 86
3.2.2 基于门电路的组合逻辑电路的设计 87
3.3 常用集成中规模组合逻辑电路 89
3.3.1 编码器 89
3.3.2 译码器 93
3.3.3 数据选择器 98
3.3.4 数值比较器 100
3.3.5 加法器 102
3.4 中规模组合逻辑电路的应用 105
3.4.1 译码器的应用 105
3.4.2 数据选择器的应用 108
3.4.3 全加器的应用 110
3.4.4 其他应用举例 111
3.5 竞争–冒险 113
3.5.1 竞争–冒险的基本概念 113
3.5.2 竞争–冒险的判断方法 114
3.5.3 竞争–冒险的消除方法 115
3.6 组合逻辑电路的VHDL描述 116
*3.7 过程考核模块：洗衣机控制器组合逻辑电路模块的设计 118
本章小结 118
随堂测验 119
习题3 120
第4章 触发器 124
4.1 触发器概述 125
4.2 基本RS触发器 125
4.2.1 与非门组成的基本RS触发器 125
4.2.2 或非门组成的基本RS触发器 128
4.2.3 应用举例 128
4.3 同步触发器 129
4.3.1 同步RS触发器 129
4.3.2 同步D触发器 131
4.3.3 同步触发器的空翻现象 131
4.4 主从触发器 132
4.4.1 主从RS触发器 132
4.4.2 主从JK触发器 133
4.4.3 其他主从结构的触发器 136
4.5 边沿触发器 137
4.5.1 维持–阻塞边沿D触发器 137
4.5.2 用CMOS传输门组成的边沿D触发器 138
4.5.3 利用传输延迟时间的边沿JK触发器 139
4.6 触发器的电路结构和逻辑功能的关系 141
4.7 集成触发器简介及其应用举例 141
4.8 触发器的VHDL描述 144
课程思政案例 145
本章小结 146
随堂测验 146
习题4 148
第5章 时序逻辑电路 151
5.1 时序逻辑电路概述 152
5.1.1 时序逻辑电路的特点 152
5.1.2 时序逻辑电路的分类 152
5.1.3 时序逻辑电路的表示方法 153
5.2 基于触发器的时序逻辑电路的分析 154
5.2.1 时序逻辑电路的分析方法 154
5.2.2 同步时序逻辑电路的分析 154
5.2.3 异步时序逻辑电路的分析 157
5.3 基于触发器的同步时序逻辑电路的设计 159
5.3.1 时序逻辑电路的设计方法 159
5.3.2 同步时序逻辑电路的设计 160
5.4 中规模集成时序逻辑电路 170
5.4.1 寄存器和移位寄存器 170
5.4.2 计数器 176
5.5 中规模集成时序逻辑器件应用 194
5.5.1 中规模集成计数器的应用 195
5.5.2 中规模移位寄存器的应用 208
5.6 顺序脉冲发生器和序列信号发生器 212
5.6.1 顺序脉冲发生器 212
5.6.2 序列信号发生器 216
5.7 综合应用举例 220
5.8 基于VHDL的时序逻辑电路的设计 224
5.8.1 VHDL的状态描述 224
5.8.2 一般时序逻辑电路的VHDL描述举例 225
5.8.3 状态机及其VHDL描述 226
*5.9 过程考核模块：洗衣机控制器时序逻辑电路模块的设计 230
课程思政案例 231
本章小结 231
随堂测验 232
习题5 234
第6章 脉冲信号的产生和整形 238
6.1 脉冲信号概述 239
6.2 施密特触发器 239
6.2.1 门电路构成的施密特触发器 240
6.2.2 集成施密特触发器 242
6.2.3 用555定时器构成的施密特触发器 243
6.2.4 施密特触发器的应用 246
6.3 单稳态触发器 247
6.3.1 门电路构成的单稳态触发器 248
6.3.2 集成单稳态触发器 249
6.3.3 用555定时器构成的单稳态触发器 252
6.3.4 单稳态触发器的应用 254
6.4 多谐振荡器 255
6.4.1 用门电路组成的多谐振荡器 255
6.4.2 石英晶体组成的多谐振荡器 257
6.4.3 由555定时器构成的多谐振荡器 258
6.4.4 多谐振荡器的应用：燃气灶熄火声光报警电路 260
*6.5 过程考核模块：洗衣机控制器脉冲波形的产生与整形模块的设计 261
课程思政案例 261
本章小结 261
随堂测验 262
习题6 263
第7章 半导体存储器 266
7.1 半导体存储器概述 267
7.2 只读存储器 268
7.2.1 固定ROM 268
7.2.2 可编程ROM 270
7.2.3 可擦除可编程ROM 270
7.2.4 ROM芯片应用举例 273
7.2.5 常用集成ROM存储器芯片 275
7.3 随机存储器 277
7.3.1 RAM的基本结构 277
7.3.2 SRAM的静态存储单元 279
7.3.3 DRAM的动态存储单元 280
7.4 存储容量的扩展 282
7.4.1 位扩展 282
7.4.2 字扩展 283
7.4.3 字、位同时扩展 284
7.5 存储器的VHDL描述 284
本章小结 286
随堂测验 286
习题7 287
第8章 可编程逻辑器件 288
8.1 可编程逻辑器件概述 289
8.1.1 PLD的基本结构 289
8.1.2 PLD的分类 289
8.1.3 PLD的电路表示方法 290
8.1.4 PLD的性能特点 291
8.2 可编程阵列逻辑 291
8.2.1 PAL的基本电路结构 291
8.2.2 PAL的应用举例 292
8.3 通用阵列逻辑器件 292
8.3.1 GAL的基本电路结构 293
8.3.2 OLMC的组成结构 293
8.3.3 GAL的特点 296
8.4 复杂可编程逻辑器件 297
8.4.1 CPLD的基本结构 297
8.4.2 MAX7000系列的结构和功能 297
8.4.3 MAX7000系列的宏单元 298
8.4.4 逻辑阵列块 299
8.4.5 MAX7000系列的其他组成部分 299
8.4.6 CPLD的特性 300
8.5 现场可编程门阵列器件 300
8.5.1 现场可编程门阵列器件的基本结构 301
8.5.2 查找表的原理与结构 301
8.5.3 FLEX 10K系列的基本结构 302
8.5.4 FPGA的特点 306
8.5.5 FPGA与CPLD在功能和性能上的主要差别 306
8.6 基于可编程逻辑器件的数字系统设计 307
8.6.1 基于可编程逻辑器件的数字系统设计流程 307
8.6.2 设计举例：超声波测距系统的设计 309
8.6.3 其他数字系统设计微视频 313
*8.7 过程考核模块：基于可编程逻辑器件的洗衣机控制模块的设计 314
本章小结 314
随堂测验 314
习题8 315
第9章 数模转换器和模数转换器 316
9.1 数模转换器 317
9.1.1 数模转换的基本原理和分类 317
9.1.2 数模转换的常用技术 318
9.1.3 DAC的主要技术指标 322
9.1.4 集成DAC及其应用 323
9.2 模数转换器 326
9.2.1 模数转换器的基本原理和分类 326
9.2.2 并行比较型ADC 328
*9.2.3 流水线型ADC 330
9.2.4 逐次逼近型ADC 332
9.2.5 双积分型ADC 335
*9.2.6 ∑-?型ADC 336
9.2.7 ADC的主要技术指标 339
9.2.8 集成ADC及其应用 340
*9.3 过程考核：洗衣机控制器的整体联调与优化设计 342
本章小结 344
随堂测验 344
习题9 345
参考文献 347
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