《数字电子技术基础》宋薇，赵铎，张文都主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《数字电子技术基础》

【作　者】宋薇，赵铎，张文都主编

【页 数】 277

【出版社】 武汉：华中科学技术大学出版社 , 2022.01

【ISBN号】978-7-5680-7853-5

【价 格】54.00

【分 类】数字电路-电子技术-教材

【参考文献】 宋薇，赵铎，张文都主编. 数字电子技术基础. 武汉：华中科学技术大学出版社, 2022.01.

图书封面：

图书目录：

《数字电子技术基础》内容提要：

本书以理论够用、实用为主、注重实践的教学思想而编写，着重介绍数字电路的新理论、新技术、新器件，对数字电路的常用集成电路作了比较详细的介绍。本书主要内容包括:门电路应用设计、可编程逻辑器件应用设计、数字集成电路使用基础、编码器与译码器、数据选择器、数据分配器、数字比较器、加法器、触发器、寄存器、计数器、555定时器应用、数模及模数转换、存储器与可编程逻辑器件和数字系统综合设计。书中给出了大量的例题、习题和主要习题的参考答案，便于学生自学。

《数字电子技术基础》内容试读

到得

模块1

数字逻辑基础

《学习目标

(1)了解数字集成电路的命名方法；

(2)了解逻辑函数的意义，能进行逻辑函数的化简；

(3)了解组合逻辑电路的设计流程，能进行简单应用电路的设计；

(4)掌握数字集成电路的识别方法，

(5)掌握仿真测试集成电路逻辑功能的方法，进而掌握实际数字集成电路的测试方法；

(6)掌握如何选用数字集成电路芯片，能按照逻辑电路图搭建实际电路；

(7)能使用仿真软件进行应用电路的设计。

《数字电子技术基础

《学习任务1数字逻辑基础概述

随着数字电子技术的快速发展，数字通信系统、高清晰数字电视、数字视听设备、数控机床等越来越多的数字化产品进入我们工作和生活的各个领域，让我们的生产、生活以及思维方式悄悄地发生着变革。那么，数字电子技术究竟是一门怎样的技术呢？为什么它能在近几十年取得如此瞩目的变化？现在就让我们一起探索其中的奥秘吧！

一、模拟信号和数字信号

自然界中存在各种各样的物理量，从变化规律来看，大致可以分为模拟量和数字量两大类。模拟量具有时间上连续变化、值域内任意取值的特点，如温度、速度、压力、交流电压等就是典型的模拟量；数字量具有时间上离散变化、数值也离散取值的特点，如机床上记录零件个数的计数信号就是典型的数字量。在电子设备中，无论是数字量还是模拟量都是以电信号的形式出现的。用于表示模拟量的电信号称为模拟信号，如图1-1()所示，模拟信号不易于进行存储、处理和传输。用于表示数字量的电信号称为数字信号，如图1-1(b)所示。

(a)模拟信号

6)数字信号

图1-1模拟信号和数字信号

数字信号在时间上和数值上均是离散的，常用数字0和1表示，这里的0和1是一种符号，称为逻辑0和逻辑1，用来表示客观世界中相互关联又相互对立的两种状态，如高低、真假、开关等，因而称之为二值数字逻辑，简称数字逻辑。数字逻辑在电路上可以很方便地通过电子器件的开关特性来实现，也就是用高、低电平分别表示逻辑1和逻辑0两种状态。表1-1所示为电压与逻辑电平的对照关系。

表1-1电压与逻辑电平的对照关系

电压

二值逻辑

逻辑电平

+5V

1

H(高电平)

oV

0

L(低电平)

表1-1中用“1”表示高电平，用“0”表示低电平，这是一种正逻辑：反之，则称为负逻辑。除特别说明外，本书都是采用正逻辑表示方法。

图1-2所示为信号11010100的数字波形，即数字信

11111011101110101

号用逻辑电平对时间的图形表示，一般都画成理想波形表示高低电平所经历的时间，其中1和0每位数据占用

图1-2数字信号的传输波形

的最小时间为位时间，我们常说的比特率就是每秒钟所

模块1数字逻辑基础。

传输的数据位数，也称为数据率。

数字信号是一种脉冲信号，理想的脉冲波形的突变部分是瞬时的，不占用时间，如图1-2所示的方波信号。但在实际波形中，脉冲电压从零值跃变到最大值时或从最大值跃变到零值时都需要经过一定的时间。如图1-3所示，从脉冲幅值的10%到90%所经历的时间称为脉冲波形的上升时间(t,),从脉冲幅值的90%下降到10%所经历的时间称为脉冲波形的下降时间(t)。把脉冲幅值的50%的两个时间点之间的部分称为脉冲宽度(tw),它表示脉冲持续的时间，它占整个周期的百分比就称为占空比(g),q(%)=二×100%。占空比是一个常用参数，显然，图1-3所示的方波信号的占空比为50%。

0.9U

0.5U.

0.1Um

图13实际的脉冲波形

二、数字电路

工作于数字信号下的电路称为数字电路，它可以实现数字信号的变换、处理和传输。由于数字信号的离散特性，所以数字电路中的二极管、三极管以及由它们组成的集成电路主要工作在开关状态，因此我们更多关注的是它们工作的饱和区和截止区，而放大区只是其过渡状态。

如果把数字电路的基本单元逻辑门电路集成在一块半导体芯片上，就构成了数字集成电路，这也是当前应用的主流形式，它从20世纪60年代的小规模集成电路，发展到现在的中规模、大规模、超大规模、甚大规模集成电路，集成度不断提高，在工业自动化、通信系统等领域得到广泛应用。表1-2为从集成度角度对数字集成电路进行的分类。

表1-2从集成度角度对数字集成电路进行的分类

分类

集成度（门的个数）

典型集成电路

小规模集成电路

最多12个

逻辑门、触发器

中规模集成电路

1299

计数器、加法器

大规模集成电路

1009999

小型存储器、门阵列

超大规模集成电路

10000~99999

大型存储器、微处理器

甚大规模集成电路

105以上

可编程逻辑器件、多功能专用集成电路

另外，如果按照半导体材料、结构和生产工艺还可以把数字集成电路分为TTL型和

CMOS型器件，特别是CMOS工艺的发展，使得CMOS型集成电路具有更低的功耗、更高

的集成度和工作速度，而且抗干扰能力强，目前逐渐在应用中占据了主导地位。

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。数字电子技术基础

三、数字电路的特点

数字电路在信号的存储、处理和传输上比模拟电路具有更大的优势：

(1)数字技术能够完成许多复杂的信号处理工作。数字电路主要对用0和1表示的数字信号进行运算和处理，只要能可靠地区分0和1这两种状态就可以正常工作，易于完成复杂信号的处理工作。

(2)数字电路不仅能够完成算术运算，而且能够完成逻辑运算，具有逻辑推理和逻辑判断的能力，因此其也被称为数字逻辑电路或逻辑电路，这在控制系统中非常重要。

(3)由数字电路组成的数字系统，抗干扰能力强，可靠性高，精确性和稳定性好，还原度高，便于使用、维护和进行故障诊断，容易完成实时处理任务。

(4)高速度，低功耗，可编程。现代化的生产工艺使得数字器件的工作速度越来越快，而功耗却可以越来越低，超大规模集成芯片的功耗甚至可以达到毫瓦级。另外，可编程器件的使用可以让用户根据自己的需要来定制芯片，提高了电路设计的灵活性，并大大缩短了研发周期。

但数字电路也有自身的局限性，自然界中大多数物理量都是模拟量，数字技术不能直接处理模拟信号，也不能直接使用处理后的数字信号，必须经过模/数和数/模转换器把模拟信号和数字信号进行相互转换，所以实际的电子系统通常都是模拟电路和数字电路的结合体，在发展数字电子技术的同时也要重视模拟电子技术的发展。

《学习任务2数制及二进制代码

一、进位计数制

人们在日常生活中经常使用十进制数来计数，即把0~9十个数码中的一个或几个按照

一定的规律排列起来表达物体数量的多少。像这种多位数码的特定构成方式及从低位到高位的进位规则就称为进位计数制，简称数制。除了常用的十进制数，在计算机这样的数字系统中，广泛采用的还有二进制数、十六进制数等表示方式。

1.十进制

十进制是用0,1,2，·，9十个不同的数码按一定的规律排成序列计数。数码的个数称作基数，十进制就是以10为基数的计数体制。当数码处于数字序列的不同位置时，它所表示的数值也不同。

例如，十进制数108.2可写成

(108.2)p=1×102+0×101+8×10°+2×10-1

一般十进制数用下标“D”或“10”来表示。左边是最高位，右边是最低位，各位的数值就

是这一位的数码乘上处于这位的固定常数，如最高位的数值就是这一位的数码1乘上处于这一位的固定常数102，这里的固定常数称为“权”。102、101、10°分别为百、十、个位的权值，小数点右边的权值以10的负幕表示，相邻两位的权值正好相差基数的10位倍，位即遵循逢

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模块1数字逻辑基础

十进一的进位规则。因此，可以这样表示任意一个十进制数：

(N)D=∑K:×10

式中，K,为基数10的第i次幂的系数，它可以是0一9中的任意一个数字。

综上所述，十进制数的基本特点是：

(1)采用0,1,2，·，9这十个不同的数码来计数，基数为10。

(2)计数规律是“逢十进一”或“借一当十”。

由于十进制数需要表示十个数码，用数字电路实现很复杂且不经济，因此数字电路中一般不直接采用十进制。

2.二进制

二进制数与十进制数的排序规律相似，区别仅在于基数不同。仿照十进制的描述，可知

二进制数的基本特点是：

(1)采用0和1两个数码来计数，基数为2。

(2)计数规律是“逢二进一”，即1十1=10（读作“壹零”）。任意一个二进制数可表示为

(N)B=∑K:X2

式中，二进制数用下标“B”或“2”来表示，K,为0或1。根据此式可以方便地把二进制数转

换为十进制数。

例1.2.1(1001)B=1×23+0×22+1×21+1×2°=(11)D

(1001.1)B=1×23+0×22+0×21+1×2°+1×2-1=(9.5)D

二进制的运算规则有：

加法0+0=00+1=11+0=11+1=10乘法0×0=00×1=01×0=01×1=1

二进制比较简单，只有0和1两个数码，在数字电路中能通过三极管的饱和与截止、电平的高与低等方便地表示两种状态，只要规定其中一种状态为“1”，另一种状态为“0”，就可以用来表示二进制数，而且二进制的运算简单，所以二进制在数字电路中被广泛应用。

3.十六进制

用二进制表示数时位数很多，不便于书写和记忆，为了便于描述二进制数，通常采用易于转换的十六进制数。

十六进制数的基本特点是：

(1)采用0~9和A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)共16个数码，基数为16。

(2)计数规律是“逢十六进一”。任意一个十六进制数可表示为

(N)H=∑K,X16

式中，十六进制数用下标“H”或“16”来表示，K,为0~9和A~F中的任一数字。

二、不同数制之间的转换

出于习惯，人们通常采用十进制数计数，但数字系统内部运算都按二进制来进行，因此

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《数字电子技术基础

必须知道这几种数制间的相互转换关系。

1.其他进制数转换成十进制数

根据二进制数、十六进制数的位权展开式展开相加，可以很方便地将一个数转换成十进制数。

例1.2.2

(1011001.001)B=25×1+2×0+24×1+23×1+22×0+21×0+2°×1+2-1×0+

2-2×0+2-3×1

=64+0+16+8+0+0+1+0+0+0.125=(89.125)D

(4EA)H=4×162+14×161+10×16°=(1258)D

2.十进制数转换成其他进制数

将十进制数转换成其他进制数时要对整数部分和小数部分分开转换。整数部分采用连除基数取余，再将余数逆序排列得到转换数据的整数部分；小数部分则采用连乘基数取整，再将整数顺序排列得到转换数据的小数部分。下面以十进制数转换为二进制数为例来说明转换的过程。

例1.2.3将十进制数25.625转换成二进制数。解整数部分的转换过程如下：

余数

225

……1

最低位

12

…0

26

…0

3

…1

21

4…1

最高位

0

小数部分的转换过程如下：

整数

0.626×2=1.25…1最高位

0.25×2=0.5

**…0

0.5×2=1

…1最低位

所以(25.625)p=(11001.101)B

3.二进制数与十六进制数的相互转换

因为24=16，所以4位二进制数共有16种组合状态，可以分别用来表示十六进制的16个数码。这样，二进制数转换为十六进制数时，每4位二进制数对应转换成1位十六进制数。整数部分从小数点往左每4位一组，最高位组若不够四位则补0；小数部分从小数点往右每4位一组，最后一组不够四位也补0。将十六进制数转换成二进制数，只要把每1位十

六进制数转换成对应的4位二进制数即可。

例1.2.4(011010101111.0010)B=(6AF.2)H

(A7E)H=(101001111110)B

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···试读结束···