《数字电子技术》宋静,钱萌,董小明主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载
图书名称:《数字电子技术》
- 【作 者】宋静,钱萌,董小明主编
- 【页 数】 249
- 【出版社】 吉林科学技术出版社有限责任公司 , 2022.03
- 【ISBN号】978-7-5578-8176-4
- 【价 格】79.00
- 【分 类】数字电路-电子技术-高等学校-教材
- 【参考文献】 宋静,钱萌,董小明主编. 数字电子技术. 吉林科学技术出版社有限责任公司, 2022.03.
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图书目录:
《数字电子技术》内容提要:
“数字电子技术”是高等院校计算机、电子、通信、电气及控制等工科专业的一门重要专业基础课,是计算机组成原理、微机原理与接口技术、单片机原理与应用等计算机硬件相关主干课程的先导课程。课程的主要目的是通过数字逻辑理论和基本数字电路结构及原理的介绍,让学生熟悉数字电路的分析和设计方法,为计算机、嵌入式系统、工业控制系统等各种数字电路系统的分析和设计打下坚实的基础。本书内容包括数字电路概述、逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、锁存器和触发器、时序逻辑电路、半导体存储器和可编程逻辑器件、脉冲波形的变换与产生、硬件描述语言与数字系统设计概述等。
《数字电子技术》内容试读
第1章数字电路概论的经中中差
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本章要点:
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科学导读:
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摩尔定律
摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈,其核心内容为集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每经过18个月便会增加一倍。1965年,戈登·摩尔在准备一个关于计算机存储器发展趋势的报告时整理了一份观察资料,在他开始绘制数据时,发现了一个惊人的趋势。每个新的芯片大体上包含其前任两倍的容量,每个芯片产生的时间都是在前一个芯片产生后的18~24个月内,如果这个趋势继续,计算能力相对于时间周期将呈指数式的上升。人们还发现这不仅适用于对存储器芯片的描述,还精确地说明了处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。该定律成为许多工业对于性能预测的基础。
“摩尔定律”归纳了信息技术进步的速度。在摩尔定律应用的50多年里,计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具,信息技术由实验室进入无数个普通家庭。但随着芯片集成度的逐渐增大以及目前电路硅材料的局限性,想要继续维持摩尔定律变得越来越困难,各领域科学家以及产业分析师都预测到摩尔定律的失效。
世界上的万事万物都存在普遍联系,又处在永恒发展当中。科学工作者应该善于在研究实践中观察事物,分析事物的具体联系,确立整体性、开放性的观念,总结出一定的规律,从而让研究工作变得更加有效率。同时应该认识到任何规律都只能在一定时期内有效,新的规律必定代替老的规律,但也要认识到,老规律中包含着合理的要素,这样才能更好地认识世界,改造世界,让人与世界和谐共存、共同发展。
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川数字电子技术
1.1数字电路
1.1.1数字电路的分类及特点
1.数字电路的分类测器由空造章上留
(1)按电路逻辑功能分,可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
①组合逻辑电路:输出只与当时的输入有关,与电路原来的状态没有关系。例如,编码器、译码器、加法器、比较器、数据选择器。
②时序逻辑电路:输出不仅与当时的输入有关,还与电路原来的状态有关。例如,触发器、计数器、寄存器。
(2)按电路所用的器件分,可分为双极型电路和单极型电路。
①双极型电路:TTL、ECL。
②单极型电路:NMOS、PMOS、CMOS。
(3)按电路有无集成元器件分,可分为分立元件数字电路和集成数字电路。集成电路的分类如表1-1所示。
表1-1集成电路的分类
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集成电路分类
集成度
电路规模与范围
小规模集成电路(SSI)
110门/片或
逻辑单元电路
10100个元件/片
包括:逻辑门电路、集成触发器
10~100门/片或
逻辑部件
中规模集成电路(MSI)
100~1000个元件/片
包括:计数器、译码器、编码器、数据选择器寄存器、算术运算器、比较器、转换电路等
100~1000门/片或
大规模集成电路(LSI)
1000~100000个元件/
数字逻辑系统
片
包括:中央控制器、存储器、各种接口电路等
超大规模集成电路(VLSI)
大于1000门/片或
高集成度的数字逻辑系统
大于10万个元件/片
例如,各种型号的单片机
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数字电路处理的信号包括反映数值大小的数字量信号和反映事物因果关系的逻辑量信号,它们是在时间上和数值上都不连续变化的离散信号,在数字电路中用高、低电平表示,在运算中则用“0”和“1”来表示,因此数字电路具有以下特点:
(1)数字电路所研究的问题是输入的高、低电平与输出的高、低电平之间的因果关系,称为逻辑关系。
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第1章数字电路概论川
(2)研究数字电路逻辑关系的主要工具是逻辑代数。在数字电路中,输人信号也称为输入变量,输出信号称为输出变量,个也称逻辑函数,它们均为二值量,非“0”即“1”。逻辑函数为二值函数,逻辑代数概括了二值函数的表示方式、运算规律及变换规律。
(3)因为数字电路的输入和输出变量都只有两种状态,所以组成数字电路的半导体器件绝大多数工作在开关状态。当它们导通时相当于开关闭合,当它们截止时相当于开关断开。
(4)数字电路不仅可以对信号进行算术运算,还能够进行逻辑判断,即具有一定的逻辑运算能力,这就使它能在数字计算机、数字控制、数据采集和处理及数字通信等领域中获得广泛的应用。
(5)因为数字电路的主要研究对象是电路的输入和输出之间的逻辑关系,所以数字电路也称为逻辑电路。它的一套分析方法也与模拟电路不同,采用的是逻辑代数、真值表、卡诺图、特性方程、状态转换图和时序波形图等。
1.1.2数字电路的发展及应用
1.数字电路的发展
数字电路的发展与模拟电路一样,经历了电子管、半导体分立器件到集成电路的过程。
1854年,英国数学家乔治布尔在他的论文《思维规律的研究》中提出数字式电子系统中的信息用二元数“比特”表示,比特可以被认为是“0”或者“1”两个常量中的
一个,这种只有两个数字元素的运算系统被称为二元系统,这个理论以用二元数“1”表示真,以“0”表示伪的概念为基础。直到香农根据布尔代数提出了开关理论,布尔的理论才找到实际的应用。
1906年,美国的Lee De Forest发明了电子管。在这之前造出数字电子计算机是不可能的。这为电子计算机的发展奠定了基础。
1935年,IBM推出IBM601机,这是一台能在一秒内算出乘法的穿孔卡片计算机。
1939年11月,美国的John V.Atanasoff和他的学生Clifford Berry完成了一台16位的加法器,这是第一台真空管计算机。1939年,Zuse和Schreyer开始在他们的Z1计算机的基础上发展Z2计算机,并用继电器改进它的存储和计算单元。1940年,Schreyer利用真空管完成了一个10位的加法器,并使用了氖灯做存储装置。
1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比,有了质的飞跃,为人类进入信息社会奠定了基础。实际上数字系统的历史可追溯到17世纪,1624年Blaise Pascal设计了一台机械的数值加法器,1671年德国数学家
Gorge Boole发明了一台可进行乘法与除法的机器。但在这之前的计算机都是基于机械运行方式,即使有个别产品开始引进一些电学内容,也都是从属于机械的,还没有进人计
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川数字电子技术
算机的灵活逻辑运算领域。醇,(具工是层关摩空爱突福(
1958年,美国德克萨斯公司制成了第一个半导体集成电路,这是在电子设计方法上变革的开始。
从20世纪60年代开始,数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件。
20世纪70年代末,微处理器的出现使数字模拟电路的性能产生了质的飞跃。数字集成器件所用的材料以硅材料为主,在高速电路中,也使用化合物半导体材料,如砷化
镓等。逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路。TTL逻辑门电路问世较早,其工
艺经过不断改进,至今仍为主要的基本逻辑器件之一。随着CMOS工艺的发展,TTL的
主导地位受到了动摇,有被CMOS器件取代的趋势
近年来,可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门阵列FPGA的飞速进步,使数
字电子技术开创了新局面,不但规模大,而且将硬件与软件相结合,使器件的功能更加完善,使用更灵活。
2.数字电路的应用
数字电路有很广泛的应用,这也是数字设计重要性的体现。数字电路与数字电子技术广泛应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术领域。其典型应用如下:
(1)数字照相机。传统的模拟相机是用卤化银感光胶片记录影像,胶片成像过程需要严格的加工工艺和技术,而且胶片不容易保存和传输。数字相机是将影像的光信号转化为数字信号,以像素阵列的形式进行存储。存储的信息包括色彩、光强和位置等。例如,640*480的像素阵列中,每个像素的红、绿、蓝三原色均是八位,则该阵列的数据超过700万。如果用jpg图像格式进行压缩处理,数据量只为原来的5%,便于进行网络的远距离传输。随着计算机处理照片技术的推广、外置大容量储存器的普及、激光数字冲放设备的广泛应用,数字相机取代了模拟相机。
(2)视频记录设备。VCD和DVD普及之前,视频信息主要以记录模拟信号的磁带
为主,录像带的携带和储存都不方便。VCD利用MPEG1压缩方式,以数字信号记录图
像和声音,它可以在直径12cm的光盘上记录74min的影音信息。
(3)数控技术。数控技术,英文名称Numerical Control(简称NC),即采用电脑程序控制机器的方法,按工作人员事先编好的程式对机械零件进行加工的过程。
(4)交通控制系统。交通控制系统也是数字技术应用的典型范例。交通灯是1920年问世的,早期的交通灯是用机电定时器控制的,后来用继电器和开关构成的控制器根据道路上传感检测的信号进行控制。现在的交通灯由计算机控制,可以将检测系统检测到的车辆流量信息送到系统计算机,经过计算后进行合理的时间分配。如果某路口东西方向堵塞,则将该路口东西方向的绿灯自动延时,并将附近区域东西方向的红灯也自动延时,堵塞解除后,信号灯恢复正常状态。
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第1章数字电路概论川
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1.2.1模拟信号与数字信号远嫩强房国的便同家要项面时调我们知道,数字电路需要处理的是各种数字信号,那么这种数字信号有什么特点呢?
留意观察一下自然界中形形色色的物理量时不难发现,就其变化规律的特点而言,它们不外乎两大类,其中一类物理量的变化在时间上和数量上都是离散的而且它们数值的大小和每次的增减变化都是某一最小数量单位的整数倍,而小于这个最小数量单位的数值没有任何物理意义。我们将这一类物理量称为数字量,把表示数字量的信号称为数字信号,并把工作在数字信号下的电子电路称为数字电路。例如,我们统计通过某一个桥梁的汽车数量,得到的就是一个数字量,最小数量单位的“1”代表“一辆”汽车,小于1的数值已经没有任何物理意义。
另外一类物理量的变化在时间上或数值上是连续的。我们把这一类物理量称为模拟量,把表示模拟量的信号称为模拟信号,并把工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。例如,热电偶工作时输出的电压或电流信号就是一种模拟信号。因为被测的温度不可能发生突变,所以测得的电压或电流无论在时间上还是在数值上都是连续的。而且这个信号在连续变化过程中的任何一个取值都有具体的物理意义,即表示一个相应的温度。
1.2.2数字信号的描述方法
数字信号幅度的取值是离散的,幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。在数字电路中,数字的表示方法与人们习惯使用的十进制有很大的不同。在数字电路中,目前几乎都采用二进制,这是因为实现数字电路的器件是与二进制对应的。例如,二极管的正向导通和反向截止,三极管的饱和与截止,都正好与二进制相对应,容易实现各种逻辑电路,所以数字电路中用二进制的“0”“1”或者“0”与“1”的不同组合来表示数字信号,并遵循二进制的运算规则。
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1.3数制与编码
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数字信号通常都是用数码形式给出的。不同的数码可以用来表示数量的不同大小。用数码表示数量大小时,一位数码往往不够用,因此经常需要用进位计数制的方法组成多位数码使用。我们把多位数码中每一位的构成方法以及从低位到高位的进位规则称为
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川数字电子技术章「
数制。在数字电路中经常使用的数制,除了我们最熟悉的十进制以外,更多的是使用二进制和十六进制。有时也用八进制。有关进制及其转换的相关内容参考电子补充材料。
不同的数码不仅可以用来表示数量的大小,还可以用来表示不同的事物或事物的不同状态。在用于表示不同事物的情况下,这些数码已经不再具有表示数量大小的含义了,它们只是不同事物的代号而已。此时,这些数码称为代码。例如,在举行长跑比赛时,为便于识别运动员,通常要给每一位运动员编一个号码。显然,这些号码仅仅表示不同的运动员而已,没有数量大小的含义。
为了便于记忆和查找,在编制代码时总要遵循一定的规则,这些规则就称为码制。每个人都可以根据自己的需要选定编码规则,编制出一组代码。考虑到信息交换的需要,还必须制定一些大家共同使用的通用代码。例如,目前国际上通用的美国信息交换
标准代码(ASCII码)就属于这一种。
1.3.1二~十进制码
为了用二进制代码表示十进制数的0~9这十个状态,二进制代码至少应当有4位。4位二进制代码一共有16个(0000~1111),取其中哪十个以及如何与0~9相对应,有许多种方案。表1-2列出了常见的几种十进制代码,它们的编码规则各不相同。
表1-2几种常见的十进制代码
编码
种类
8421码
十进
(BCD代码)
余3码
2421码
5211码
余3循环码
制数
50
0000
0011
0000
0000
0010
1
0001
0100
0001
0001
0110
2
0010
0101
0010
0100
0111
3
0011
0110
0011
0101
0101
4
0100
0111
0100
0111
0100
5
0101
1000
1011
1000
1100
6
0110
1001
1100
1001
1101
7
0111
1010
1101
1100
1111
8
1000
1011
1110
1101
1110
9
1001
1100
1111
1111
1010
权
8421
2421
5211
8421码又称BCD(Binary Coded Decimal)码,是十进制代码中最常用的一种。在这种编码方式中,每一位二进制代码的1都代表一个固定数值,将每一位的1代表的十进制数加起来,得到的结果就是它所代表的十进制数码。由于代码中从左到右每一位的1分别表示8、4、2、1,所以将这种代码称为8421码。每一位的1代表的十进制数称为这一位的权。8421码中每一位的权是固定不变的,它属于恒权代码。
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···试读结束···