基本介紹
- 書名：電工電子基礎課程規劃教材:數字邏輯
- 出版社：電子工業出版社
- 頁數：202頁
- 開本：16
- 品牌：電子工業出版社
- 作者：朱虹
- 出版日期：2014年7月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：712123274X
基本介紹,內容簡介,作者簡介,圖書目錄,序言,
基本介紹
內容簡介
《數字邏輯》為北京市高等教育精品教材立項項目（重點支持項目），國家精品課程“電路分析”的配套教材，配有PPT課件和其他資源。內容講解清晰易懂、層次分明。
作者簡介
朱虹，首都師範大學信息學院副教授，主講課程“電路分析”課程獲2008年國家精品課程，2007年北京市精品課程；2007年獲北京市高校中青年骨幹教師稱號。
圖書目錄
第1章微電子器件基礎1
1.1半導體的基礎知識1
1.1.1本徵半導體1
1.1.2雜質半導體2
1.1.3PN結3
1.1.4半導體二極體4
1.2雙極型電晶體及其開關特性6
1.2.1雙極型電晶體的結構6
1.2.2電流放大6
1.2.3電晶體的開關特性7
1.3場效應管及其開關特性8
1.3.1絕緣柵型場效應管的結構及原理8
1.3.2場效應管的開關特性10
習題一11
第2章數字邏輯的數學基礎12
2.1進位計數制12
2.1.1二進制12
2.1.2二進制數與十進制數的相互轉換13
2.2帶符號數的表示15
2.2.1數的原碼錶示法15
2.2.2數的反碼錶示法15
2.2.3數的補碼錶示法16
2.3數的編碼表示16
2.3.1二—十進制編碼16
2.3.2格雷碼（GrayCode）17
2.3.3奇偶校驗碼18
2.3.4ASCII字元編碼19
2.4邏輯代數20
2.4.1邏輯代數的基本問題20
2.4.2邏輯代數的基本定律與公式22
2.4.3邏輯函式的代數法化簡23
2.4.4邏輯函式的卡諾圖化簡23
習題二26
第3章基本邏輯門電路28
3.1分立元件門電路28
3.1.1與門電路28
3.1.2或門電路30
3.1.3非門電路31
3.2TTL集成門電路32
3.2.1TTL門電路概述33
3.2.2TTL集成門電路33
3.2.3TTL門電路的外特性37
3.2.4特殊類型TTL門電路39
3.3CMOS集成門電路43
3.3.1CMOS與非門44
3.3.2常用CMOS集成門電路44
3.3.3CMOS門電路的外特性45
習題三46
第4章組合邏輯電路的分析與設計47
4.1組合邏輯電路概述47
4.2組合邏輯電路的分析方法47
4.3組合邏輯電路的設計方法50
4.4簡易計算器電路的設計52
4.4.1編碼電路的設計53
4.4.2算術運算電路的設計61
4.4.3解碼電路的設計73
4.5其他常用的組合邏輯電路的設計86
4.5.1數值比較電路的設計87
4.5.2數據選擇電路的設計91
4.5.3數據分配電路的設計94
習題四95
第5章雙穩態觸發器及其套用97
5.1基本RS觸發器97
5.1.1基本RS觸發器的原理98
5.1.2觸發器的邏輯功能表示方法99
5.1.3集成基本RS觸發器101
5.1.4或非門構成的基本RS觸發器102
5.2電平式觸發器102
5.2.1電平式RS觸發器103
5.2.2電平式D觸發器105
5.3邊沿式觸發器106
5.3.1邊沿式D觸發器107
5.3.2集成邊沿式D觸發器110
5.3.3邊沿式JK觸發器111
5.3.4集成邊沿式JK觸發器115
5.4觸發器的功能分類及其相互轉換116
5.4.1觸發器的功能分類116
5.4.2觸發器的相互轉換118
習題五121
第6章時序邏輯電路的分析與設計124
6.1時序邏輯電路概述124
6.1.1時序邏輯電路的組成124
6.1.2時序邏輯電路的描述124
6.1.3時序邏輯電路的分類125
6.2同步計數器的分析及套用126
6.2.1二進制同步計數器126
6.2.2集成二進制同步計數器及其套用130
6.2.3十進制同步計數器134
6.2.4集成十進制同步計數器及其套用138
6.2.5N進制同步計數器141
6.3異步計數器的分析及套用144
6.3.1二進制異步計數器144
6.3.2十進制異步計數器147
6.3.3集成異步計數器及其套用149
6.4暫存器的分析及套用151
6.4.1數據暫存器151
6.4.2集成數據暫存器152
6.4.3移位暫存器153
6.4.4集成移位暫存器155
6.5環形計數器及其套用158
6.5.1環形計數器及套用158
6.5.2扭環形計數器及套用163
6.6時序邏輯電路的設計165
6.6.1序列信號檢測器的設計165
6.6.2計數器的設計168
6.6.3環形計數器的設計171
習題六174
第7章數字邏輯在普通高中通用技術課程中的套用177
7.1帶符號的一位加減計算器177
7.1.1總體設計177
7.1.2計算器鍵盤及按鍵信號的讀取178
7.1.3數字按鍵信號的編碼179
7.1.4數字鍵編碼的鎖存180
7.1.5加減運算電路181
7.1.6解碼顯示及消隱電路183
7.1.7計算器仿真結果184
7.2八路智力競賽搶答器185
7.2.1脈衝發生器186
7.2.2秒脈衝發生器187
7.2.330秒倒計時器187
7.2.4八路搶答器188
7.3簡易頻率計189
7.3.1頻率測量原理及總體設計189
7.3.21秒鐘倒計時器190
7.3.3計數器190
7.3.4仿真結果190
7.4十字路口交通燈控制器195
7.4.1交通燈控制器總體設計195
7.4.2定時控制器196
7.4.35秒/35秒定時器196
7.4.4交通燈顯示控制197
7.4.5仿真結果199
7.5數字時鐘199
7.5.1數字時鐘的總體設計200
7.5.2秒計數器200
7.5.3分計數器200
7.5.4時計數器201
7.5.5仿真結果202
參考文獻203
1.1半導體的基礎知識1
1.1.1本徵半導體1
1.1.2雜質半導體2
1.1.3PN結3
1.1.4半導體二極體4
1.2雙極型電晶體及其開關特性6
1.2.1雙極型電晶體的結構6
1.2.2電流放大6
1.2.3電晶體的開關特性7
1.3場效應管及其開關特性8
1.3.1絕緣柵型場效應管的結構及原理8
1.3.2場效應管的開關特性10
習題一11
第2章數字邏輯的數學基礎12
2.1進位計數制12
2.1.1二進制12
2.1.2二進制數與十進制數的相互轉換13
2.2帶符號數的表示15
2.2.1數的原碼錶示法15
2.2.2數的反碼錶示法15
2.2.3數的補碼錶示法16
2.3數的編碼表示16
2.3.1二—十進制編碼16
2.3.2格雷碼（GrayCode）17
2.3.3奇偶校驗碼18
2.3.4ASCII字元編碼19
2.4邏輯代數20
2.4.1邏輯代數的基本問題20
2.4.2邏輯代數的基本定律與公式22
2.4.3邏輯函式的代數法化簡23
2.4.4邏輯函式的卡諾圖化簡23
習題二26
第3章基本邏輯門電路28
3.1分立元件門電路28
3.1.1與門電路28
3.1.2或門電路30
3.1.3非門電路31
3.2TTL集成門電路32
3.2.1TTL門電路概述33
3.2.2TTL集成門電路33
3.2.3TTL門電路的外特性37
3.2.4特殊類型TTL門電路39
3.3CMOS集成門電路43
3.3.1CMOS與非門44
3.3.2常用CMOS集成門電路44
3.3.3CMOS門電路的外特性45
習題三46
第4章組合邏輯電路的分析與設計47
4.1組合邏輯電路概述47
4.2組合邏輯電路的分析方法47
4.3組合邏輯電路的設計方法50
4.4簡易計算器電路的設計52
4.4.1編碼電路的設計53
4.4.2算術運算電路的設計61
4.4.3解碼電路的設計73
4.5其他常用的組合邏輯電路的設計86
4.5.1數值比較電路的設計87
4.5.2數據選擇電路的設計91
4.5.3數據分配電路的設計94
習題四95
第5章雙穩態觸發器及其套用97
5.1基本RS觸發器97
5.1.1基本RS觸發器的原理98
5.1.2觸發器的邏輯功能表示方法99
5.1.3集成基本RS觸發器101
5.1.4或非門構成的基本RS觸發器102
5.2電平式觸發器102
5.2.1電平式RS觸發器103
5.2.2電平式D觸發器105
5.3邊沿式觸發器106
5.3.1邊沿式D觸發器107
5.3.2集成邊沿式D觸發器110
5.3.3邊沿式JK觸發器111
5.3.4集成邊沿式JK觸發器115
5.4觸發器的功能分類及其相互轉換116
5.4.1觸發器的功能分類116
5.4.2觸發器的相互轉換118
習題五121
第6章時序邏輯電路的分析與設計124
6.1時序邏輯電路概述124
6.1.1時序邏輯電路的組成124
6.1.2時序邏輯電路的描述124
6.1.3時序邏輯電路的分類125
6.2同步計數器的分析及套用126
6.2.1二進制同步計數器126
6.2.2集成二進制同步計數器及其套用130
6.2.3十進制同步計數器134
6.2.4集成十進制同步計數器及其套用138
6.2.5N進制同步計數器141
6.3異步計數器的分析及套用144
6.3.1二進制異步計數器144
6.3.2十進制異步計數器147
6.3.3集成異步計數器及其套用149
6.4暫存器的分析及套用151
6.4.1數據暫存器151
6.4.2集成數據暫存器152
6.4.3移位暫存器153
6.4.4集成移位暫存器155
6.5環形計數器及其套用158
6.5.1環形計數器及套用158
6.5.2扭環形計數器及套用163
6.6時序邏輯電路的設計165
6.6.1序列信號檢測器的設計165
6.6.2計數器的設計168
6.6.3環形計數器的設計171
習題六174
第7章數字邏輯在普通高中通用技術課程中的套用177
7.1帶符號的一位加減計算器177
7.1.1總體設計177
7.1.2計算器鍵盤及按鍵信號的讀取178
7.1.3數字按鍵信號的編碼179
7.1.4數字鍵編碼的鎖存180
7.1.5加減運算電路181
7.1.6解碼顯示及消隱電路183
7.1.7計算器仿真結果184
7.2八路智力競賽搶答器185
7.2.1脈衝發生器186
7.2.2秒脈衝發生器187
7.2.330秒倒計時器187
7.2.4八路搶答器188
7.3簡易頻率計189
7.3.1頻率測量原理及總體設計189
7.3.21秒鐘倒計時器190
7.3.3計數器190
7.3.4仿真結果190
7.4十字路口交通燈控制器195
7.4.1交通燈控制器總體設計195
7.4.2定時控制器196
7.4.35秒/35秒定時器196
7.4.4交通燈顯示控制197
7.4.5仿真結果199
7.5數字時鐘199
7.5.1數字時鐘的總體設計200
7.5.2秒計數器200
7.5.3分計數器200
7.5.4時計數器201
7.5.5仿真結果202
參考文獻203
序言
前言
1947年肖克利等人發明的電晶體，1958年基爾比發明的積體電路，成為20世紀最重要的發明之一。半個多世紀以來，以電晶體、積體電路為代表的半導體器件的飛速發展及廣泛套用，使得計算機、網路、手機等數字產品已深入到人們生活的諸多領域，改變了並將繼續改變人們的生活方式，數位化已深入人心。
“數字邏輯”是數字電子技術的理論、套用和實踐的課程，是高等院校計算機科學與技術、電子信息工程等信息類專業的核心課程，同時又是後續專業課的先導課。雖然電腦、手機、網路等數位化設備廣泛使用，然而許多信息類專業的學生，對數位化信息的獲取、處理等一些基本概念的認識和思維模式依然十分淺顯。作者在多年的教學實踐中發現許多問題。例如，在信息類專業的一些專業基礎課中，一般都會講授諸如“二進制數、碼”等知識，學生往往感到十分茫然。因為歷史已經證明：“十進制”是最好的數制，所以學生們不禁會問：我們受了這么多年的教育，今天終於坐在了大學的課堂上，居然還要學習“二進制數”，這豈不成了歷史的“大倒退”？殊不知在數字電路中，因為構成電路的最基本單元——電晶體，它只有“開”、“關”兩種工作狀態，只能表示“0”、“1”兩個數，所以才不得已把好端端的“十進制數”轉變為“二進制數”，實在是無奈之舉。因此，為了適應新時期能力型、素質型人才培養的要求，對“數字邏輯”課程的教學改革勢在必行。
本書是北京高等教育精品教材建設重點支持項目，編寫的目的就是要改變傳統的教學方法和教學方式，在強調基本概念、原理的基礎上，重點突出方法的套用。一方面，本書採用“目標驅動型”教學方法，如在第4章組合邏輯電路的分析與設計中，先用一個實用的數字系統——計算器，建立一個具體的教學目標，然後根據“計算器”的具體設計要求對數字系統進行分解，再把涉及的相關知識點按教學要求排序，並順序講授。當把相關內容講授完畢後，“計算器”這一實際數字系統也就設計完成了。從而建立了“電子器件—積體電路—數字系統”的思維模式，使學生對知識的理解不再是片面的、孤立的，而是完整的、系統的。更重要的是使學生不僅掌握了知識本身，而且學會了知識的實際套用。另一方面，充分利用計算機仿真這一現代技術手段，本書在講解數字電路、數字系統的理論分析與設計之後，都做了仿真實驗，並給出了仿真結果。將理論知識與實際系統有機地融為一體，從而培養學生的實驗、實踐能力，培養學生的創新意識和創新能力。經過幾年的教學實踐，證明這種教學方法、手段和模式是可行的、有效的。
從教材結構上看，按照知識點的性質及教學順序，單獨編寫成章。第1、2章是基礎知識，第3、4章是組合邏輯電路，第5、6章是時序邏輯電路，第7章是數字系統的綜合設計。除了第1、2章的基礎知識外，其餘各章內容既具有相對的獨立性，又可以組成一個完整的數字系統。使教學目標更加明確，教學過程更加具有可操作性，充分調動教師和學生的積極性。
為了培養高等師範院校中信息類師範生的相關技術能力，結合教育部制定的《普通高中通用技術課程標準（實驗）》，本書第7章試圖利用數字邏輯的基本理論知識、數字邏輯電路的基本分析與設計的方法，綜合設計了一些典型的實用數字系統，符合通用技術教育的“基礎性、實用性、實踐性、前瞻性、創新性”特點，可作為普通高中通用技術課程的教學及實踐案例，同時也可作為本課程綜合設計的題目。
本書是作者在查閱了大量的參考文獻，並結合多年教學實踐的基礎上編著而成的。雖然盡了最大的努力，然而畢竟水平有限，難免還有缺點與不足，懇請廣大讀者批評指正。
編者
2014年6月
1947年肖克利等人發明的電晶體，1958年基爾比發明的積體電路，成為20世紀最重要的發明之一。半個多世紀以來，以電晶體、積體電路為代表的半導體器件的飛速發展及廣泛套用，使得計算機、網路、手機等數字產品已深入到人們生活的諸多領域，改變了並將繼續改變人們的生活方式，數位化已深入人心。
“數字邏輯”是數字電子技術的理論、套用和實踐的課程，是高等院校計算機科學與技術、電子信息工程等信息類專業的核心課程，同時又是後續專業課的先導課。雖然電腦、手機、網路等數位化設備廣泛使用，然而許多信息類專業的學生，對數位化信息的獲取、處理等一些基本概念的認識和思維模式依然十分淺顯。作者在多年的教學實踐中發現許多問題。例如，在信息類專業的一些專業基礎課中，一般都會講授諸如“二進制數、碼”等知識，學生往往感到十分茫然。因為歷史已經證明：“十進制”是最好的數制，所以學生們不禁會問：我們受了這么多年的教育，今天終於坐在了大學的課堂上，居然還要學習“二進制數”，這豈不成了歷史的“大倒退”？殊不知在數字電路中，因為構成電路的最基本單元——電晶體，它只有“開”、“關”兩種工作狀態，只能表示“0”、“1”兩個數，所以才不得已把好端端的“十進制數”轉變為“二進制數”，實在是無奈之舉。因此，為了適應新時期能力型、素質型人才培養的要求，對“數字邏輯”課程的教學改革勢在必行。
本書是北京高等教育精品教材建設重點支持項目，編寫的目的就是要改變傳統的教學方法和教學方式，在強調基本概念、原理的基礎上，重點突出方法的套用。一方面，本書採用“目標驅動型”教學方法，如在第4章組合邏輯電路的分析與設計中，先用一個實用的數字系統——計算器，建立一個具體的教學目標，然後根據“計算器”的具體設計要求對數字系統進行分解，再把涉及的相關知識點按教學要求排序，並順序講授。當把相關內容講授完畢後，“計算器”這一實際數字系統也就設計完成了。從而建立了“電子器件—積體電路—數字系統”的思維模式，使學生對知識的理解不再是片面的、孤立的，而是完整的、系統的。更重要的是使學生不僅掌握了知識本身，而且學會了知識的實際套用。另一方面，充分利用計算機仿真這一現代技術手段，本書在講解數字電路、數字系統的理論分析與設計之後，都做了仿真實驗，並給出了仿真結果。將理論知識與實際系統有機地融為一體，從而培養學生的實驗、實踐能力，培養學生的創新意識和創新能力。經過幾年的教學實踐，證明這種教學方法、手段和模式是可行的、有效的。
從教材結構上看，按照知識點的性質及教學順序，單獨編寫成章。第1、2章是基礎知識，第3、4章是組合邏輯電路，第5、6章是時序邏輯電路，第7章是數字系統的綜合設計。除了第1、2章的基礎知識外，其餘各章內容既具有相對的獨立性，又可以組成一個完整的數字系統。使教學目標更加明確，教學過程更加具有可操作性，充分調動教師和學生的積極性。
為了培養高等師範院校中信息類師範生的相關技術能力，結合教育部制定的《普通高中通用技術課程標準（實驗）》，本書第7章試圖利用數字邏輯的基本理論知識、數字邏輯電路的基本分析與設計的方法，綜合設計了一些典型的實用數字系統，符合通用技術教育的“基礎性、實用性、實踐性、前瞻性、創新性”特點，可作為普通高中通用技術課程的教學及實踐案例，同時也可作為本課程綜合設計的題目。
本書是作者在查閱了大量的參考文獻，並結合多年教學實踐的基礎上編著而成的。雖然盡了最大的努力，然而畢竟水平有限，難免還有缺點與不足，懇請廣大讀者批評指正。
編者
2014年6月
