实用数字电子技术基础

第1章 数制与码制

1.1 模拟信号与数字信号

1.1.1 模拟信号与数字信号的概念

1.1.2 数字电路与模拟电路的区别

1.1.3 数字电路的特点

1.2 数制

1.2.1 十进制数表述方法

1.2.2 二进制数表述方法

1.2.3 十六进制数表述方法

1.2.4 八进制数表述方法

1.3 数制转换

1.3.1 十六进制数、二进制数与十进制数间的转换

1.3.2 十进制数转换为二进制数、十六进制数

1.3.3 二进制数与十六进制数间的转换

1.4 数的码制

1.4.1 十进制编码

1.4.2 十进制数的BCD码表示方法

1.4.3 字母数字码

1.4.4 码制

1.4.5 用补码进行二进制数计算

习题

第2章 数字逻辑门

2.1 基本逻辑门

2.1.1 逻辑代数的三种基本运算模型

2.1.2 基本逻辑符号

2.1.3 与非门

2.1.4 或非门

2.1.5 异或门

2.1.6 同或门

2.2 集成电路逻辑门

2.2.1 MOS晶体管的结构与工作原理

2.2.2 CMOS逻辑门的结构与工作原理

2.3 TTL与CMOS集成电路逻辑门器件

2.3.1 逻辑门的器件类型与技术参数

2.3.2 集成电路门的技术参数

2.3.3 TTL与CMOS集成电路的传统接口技术

2.3.4 器件的封装

2.4 辅助门电路

2.4.1 三态门

2.4.2 集电极开路门

习题

实验

第3章 逻辑函数

3.1 概述

3.2 逻辑代数的运算规则

3.3 逻辑函数的表述形式

3.4 逻辑函数的标准形式

3.5 逻辑代数化简方法

3.6 卡诺图化简法

3.6.1 与或表达式的卡诺图表示

3.6.2 与或表达式的卡诺图化简

3.6.3 或与表达式的卡诺图化简

3.6.4 含无关项逻辑函数的化简

3.6.5 多输出逻辑函数的化简

习题

第4章 组合逻辑电路

4.1 组合逻辑电路手工分析

4.2 组合逻辑电路手工设计方法

4.3 编码器

4.3.1 二进制编码器

4.3.2 二-十进制编码器及其应用

4.4 译码器

4.4.1 二进制译码器

4.4.2 二-十进制译码器

4.4.3 用集成译码器实现逻辑函数

4.4.4 显示控制译码器

4.5 数据选择器与数据分配器

4.5.1 数据选择器

4.5.2 用数据选择器实现逻辑函数

4.5.3 数据分配器

4.6 加法器

4.7 比较器

4.8 广义译码器概念

4.9 可编程逻辑器件

4.9.1 PLD概述

4.9.2 可编程逻辑器件的发展历程

4.9.3 可编程逻辑器件的分类

4.9.4 简单PLD结构

4.10 组合电路的竞争与冒险

习题

实验

第5章 组合电路的自动化设计与分析

5.1 手工数字技术存在的问题

5.2 数字技术自动设计与分析流程

5.3 原理图输入法逻辑电路设计

5.3.1 QuartusII软件简介

5.3.2 电路原理图编辑输入

5.3.3 创建工程

5.3.4 功能简要分析

5.3.5 编译前设置

5.3.6 全程编译

5.3.7 时序仿真测试电路功能

5.4 引脚锁定和编程下载

5.4.1 引脚锁定

5.4.2 配置文件下载

5.4.3 JTAG间接模式编程配置器件

5.5 用Verilog来表述广义译码器

5.5.1 用Verilog表述真值表及组合电路的设计

5.5.2 三人表决电路的语句表述方式

5.5.3 Verilog对广义译码器的其它表述方式

实验

第6章 触发器及含触发器的PLD

6.1 概述

6.2 RS触发器

6.2.1 基本RS触发器

6.2.2 具备时钟控制的RS触发器

6.2.3 RS触发器应用示例

6.3 D触发器

6.3.1 电平触发型D触发器

6.3.2 边沿触发型D触发器

6.4 主从触发器

6.4.1 主从RS触发器

6.4.2 主从JK触发器

6.4.3 边沿JK触发器

6.5 触发器间的转换

6.6 基于触发器的滤波电路设计

6.7 延时电路的设计与测试

6.8 含触发器的PLD结构

6.8.1 通用可编程逻辑器件GAL

6.8.2 复杂可编程逻辑器件

6.8.3 现场可编程门阵列

习题

实验

第7章 时序逻辑电路

7.1 时序逻辑电路的特点与功能

7.2 小规模时序电路的手工分析方法

7.2.1 同步时序电路的分析

7.2.2 异步时序电路的分析举例

7.3 时序电路的手工设计方法

7.3.1 时序电路的手工设计步骤

7.3.2 设计举例

7.4 寄存器

7.4.1 并行寄存器

7.4.2 移位寄存器

7.5 计数器及其手工设计

7.5.1 异步计数器设计

7.5.2 同步计数器设计

7.6 专用集成计数器应用

7.7 计数器通用设计模型

7.7.1 时序逻辑设计方案考察

7.7.2 计数器的一般结构模型

7.7.3 基于一般模型的4位二进制计数器设计

7.7.4 基于一般模型的BCD码计数器设计

7.7.5 基于一般模型的模可控计数器设计

7.7.6 基于一般模型的反馈清零法构成模12计数器

7.7.7 基于一般模型的同步加载型计数器设计

7.7.8 基于一般模型的异步加载型计数器设计

7.7.9 基于一般模型的可逆计数器设计

7.8 有限状态机

习题

实验

第8章 时序电路的自动化设计与分析

8.1 深入了解时序逻辑电路性能

8.1.1 基于74161宏模块的计数器设计

8.1.2 进位控制电路改进

8.1.3 控制同步加载构建计数器

8.1.4 利用预置数据控制计数器进位

8.2 一般模型结构的任意进制计数器

8.2.1 基于一般模型的十进制计数器设计

8.2.2 含自启动电路的十进制计数器的设计

8.2.3 有限状态机讨论

8.3 任意进制异步控制型计数器设计

8.4 四位同步自动预置型计数器设计

8.5 基于LPM宏模块的计数器设计

8.6 步进电机控制电路设计

8.6.1 步进电机原理简介

8.6.2 步进电机单向旋转控制电路设计

8.6.3 步进电机双向旋转控制电路设计

8.7 序列检测器状态机设计

8.8 数字频率计设计

8.8.1 双十进制计数器设计

8.8.2 6位十进制计数器设计

8.8.3 测频时序控制电路设计

8.8.4 顶层电路设计与测试

8.9 模型电饭煲控制电路设计

实验

第9章 存储器及其应用

9.1 概述

9.2 RAM

9.2.1 RAM的分类与结构特点

9.2.2 SRAM的结构

9.2.3 DRAM工作原理

9.2.4 SRAM存储容量的扩展方法

9.3 ROM

9.3.1 ROM的分类与结构

9.3.2 掩膜ROM

9.3.3 可编程ROM结构原理

9.3.4 其他类型的存储器

9.4 FPGA中的嵌入式存储器

9.5 存储器应用电路设计

9.5.1 利用LPM_ROM设计查表式乘法器

9.5.2 简易逻辑分析仪设计

9.5.3 乐曲演奏电路设计

习题

实验

第10章 A/D与D/A转换器

10.1 概述

10.2 A/D转换器

10.2.1 D/A转换原理与结构

10.2.2 二进制权电阻网络型DAC转换器

10.2.3 倒T型电阻网络DAC

10.2.4 DAC转换器的主要技术参数

10.2.5 DAC专用器件及其应用

10.3 A/D转换器

10.3.1 ADC工作原理

10.3.2 ADC种类

10.3.3 ADC的主要技术参数

10.3.4 典型集成A/D转换器及应用

10.4 正弦信号发生器设计

10.5 A/D采样控制状态机电路设计

习题

实验

第11章 脉冲发生与处理电路

11.1 多谐振荡器

11.2 单稳态触发器

11.3 施密特触发器

11.3.1 施密特触发器概述

11.3.2 集成施密特触发器及其应用

11.3.3 用施密特触发器构成多谐振荡器

11.4 555定时器

11.4.1 555的内部结构

11.4.2 555构成施密特触发器

11.4.3 555构成单稳态触发器

11.4.4 555构成多谐振荡器

习题

附录A 数字技术实验系统基本要求

A.1 基本实验内容、方式和类型

A.2 数字电路实验板基本结构与功能

A.3 MIF文件生成器使用方法

参考文献

《实用数字电子技术基础》借鉴了目前国外知名高校同类教材的选材和教学理念，将传统手工数字技术与现代自动化数字技术的基础知识和工程理论有机融合，使读者能十分流畅地实现从学习传统数字技术基础知识向现代数字技术的平滑过渡及大幅跨越！
本教材突破了传统教学模式的局限，将目标定位于使学生在数字电子技术的基础理论（包括VerilogHDL的学习）、实践能力和创新精神三方面有明显的进步。引导学习者基于全新的数字技术平台上强化自己的学习效果，得以高起点地适应相关后续课程的要求，同时最大限度地降低对先修基础知识的依赖。
《实用数字电子技术基础》前4章以及第6、7章等的主干内容与传统教材的安排基本相同，包括数制、逻辑门基本结构与功能、逻辑函数、组合电路、触发器和时序电路等，但减少了门电路与脉冲电路底层电路结构的内容，这有利于将此课程安排得尽可能的提前。教材的核心创意是引入了广义译码器概念、计数器一般模型以及状态机，为传统手工数字电子技术与现代数字技术的有机融合与平滑过渡奠定了基础。故在第5、第8以及后续章节的部分内容中逐级引入了现代数字技术的基础内容。尽管《实用数字电子技术基础》涉猎内容广泛，各章内容结构严谨、相互依存、前后穿插，但通过科学的编排，整体授课学时数反而大为减少，这为学习者增加了更多的实践机会。

《实用数字电子技术基础》引入了广义译码器概念和状态机，将基于传统方式繁复而不具一般意义设计方法回归为一个简单译码器的设计，实现了传统数字技术与现代自动化数字技术有机融合。大幅减少逻辑门底层电路结构和脉冲电路的介绍，最大限度地降低对前期基础知识的依赖，使得此课程能大幅提前。实践证明最早可于本科第一学期开设此课程。改变作为孤立的数字电路课程课本来构建的传统做法，而是兼顾其与后续课程的衔接，并为之营建良好的接口，使得有利于与重要后续课程构成创新能力教学课程体系。除了传授数字电路基础知识外，本教材的另一定位是作为自主创新意识的启蒙教材。即通过教学的启迪和大量的实验项目，能动地激发学习者的创新意识，培养自主创新能力。完全不必费时费力地学习HDL语法，却能以“表格”形式来流畅地使用HDL，以面对数字电路的自动设计，极大缩短了授课学时数，从而聚焦重点知识和实践训练。