內容簡介
本書共包含7章基礎理論和4個實訓項目。其中基礎理論包括:數字電路基礎、邏輯門電路、組閤邏輯電路、觸發器和寄存器的功能測試、計數器和脈衝電路,主要讓學生掌握數字電路實驗箱的使用方法、數字集成電路的使用常識和注意事項、邏輯門電路的功能和測試方法、組閤邏輯電路的分析和設計、觸發器、移位寄存器、計數器等的功能和測試方法,為完成後麵的綜閤實訓項目打下堅實的基礎,另外還在每章設有“趣味製作”環節,以激發學生的學習興趣,提高學生的學習積極性以及靈活運用數字電路基本知識解決實際問題的能力;4個綜閤實訓項目包括:數碼搶答器、數字時鍾、彩燈控製器、A/D與D/A轉換。《數字電子技術與技能訓練》建議學時為108學時。
為瞭配閤教學,《數字電子技術與技能訓練》配有免費的電子教案,選用《數字電子技術與技能訓練》作為教材的單位均可來電索取,谘詢電話:010-88379934。
《數字電子技術與技能訓練》可作為高職、中職院校及技工學校電子類專業教學用書或企事業單位培訓用書,也可供相關專業技術人員參考。
內頁插圖
目錄
前言
上篇 基礎篇
第1章 數字電路基礎
1.1 數字信號及數字電路
1.2 常用數製
1.3 常用數製之間的轉換
1.4 編碼
實訓指導:數字集成電路的基本使用常識
1.5 數字電路實驗箱
實訓內容:初識數字集成塊和數字電路實驗箱
閱讀資料:LCN-1型數字電路實驗箱結構及使用
趣味製作:簡易邏輯筆
本章習題
第2章 邏輯門電路
2.1 基本邏輯關係和基本邏輯門
2.2 復閤邏輯運算和復閤邏輯門
2.3 TTL邏輯門電路的組成和工作原理分析
2.4 特殊邏輯門電路
2.5 TTL門電路的電壓傳輸特性麯綫和主要參數
實訓指導1:常用集成門電路介紹
實訓指導2:集成門電路的分類和特點
實訓指導3:集成門電路的使用注意事項
實訓內容:集成門電路功能測試
閱讀資料:晶體管的開關特性
趣味製作:模擬警笛聲光發生器
本章習題
第3章 組閤邏輯電路
3.1 組閤邏輯電路的基本概念
3.2 邏輯代數化簡和轉換
3.3 組閤邏輯電路的分析
3.4 組閤邏輯電路的設計
3.5 組閤邏輯電路中的競爭冒險現象
實訓指導:邏輯門電路識圖
實訓內容:組閤邏輯電路的設計和分析
閱讀資料:常用數字電路的選用
趣味製作:循環閃爍彩燈
本章習題
第4章 常用組閤邏輯電路
4.1 編碼器
4.2 譯碼器
4.3 數據選擇器和分配器
實訓指導:常用數字集成電路的封裝
4.4 常用數字集成電路技術參數的獲得途徑
實訓內容:常用組閤邏輯電路功能測試
閱讀資料1:數據選擇器實現組閤邏輯函數發生器
閱讀資料2:多路模擬開關
趣味製作:編碼顯示電路
本章習題
第5章 觸發器
5.1 觸發器概述
5.2 基本RS觸發器
5.3 同步觸發器
5.4 邊沿觸發器
5.5 寄存器
實訓指導:較大功率負載的驅動
實訓內容:觸發器和數據寄存器功能測試
閱讀資料:主從觸發器
趣味製作:紅外發射和接收電路
本章習題
第6章 計數器
6.1 計數器及基本知識點
6.2 集成計數器
實訓指導:數字電路中常見故障的來源
實訓內容:集成計數器功能測試和應用
閱讀資料:計數器構成分頻器
趣味製作:一位數碼十進製計數顯示電路
本章習題
第7章 脈衝波形産生和變換
7.1 脈衝波形概述
7.2 單穩態觸發器
7.3 施密特觸發器
7.4 555定時器
7.5 多諧振蕩器
實訓指導:數字電路故障的檢測方法
實訓內容:單穩態觸發器、施密特觸發器、555定時器功能測試
閱讀資料:其他脈衝波形産生電路
趣味製作:555聲光控開關
本章習題
下篇 綜閤篇
第8章 數碼搶答器
8.1 數碼搶答器總體工作原理
8.2 編碼器的設計方案
8.3 顯示譯碼電路
8.4 鎖存脈衝形成電路
8.5 鎖存器
8.6 報警器
實訓指導:特殊元件的結構和識彆
實訓內容1:整體電路工作原理、安裝、調試
實訓內容2:其他方案的搶答器整體電路
本章習題
第9章 數字時鍾
9.1 數字時鍾的總體工作原理
9.2 計數器
9.3 脈衝振蕩電路
實訓指導1:數字集成電路的測量
實訓指導2:數字電路的故障分析方法
實訓內容:整體電路工作原理、安裝、調試
本章習題
第10章 半導體存儲器——彩燈控製電路
10.1 彩燈控製電路的總體工作原理
10.2 半導體存儲器
10.3 數據緩衝器
實訓內容:項目整體工作原理、焊接、調試
實訓指導:RF-810編程器介紹
閱讀資料:可編程邏輯器件
本章習題
第11章 A/D和D/A轉換器
11.1 A/D和D/A轉換器的工作原理
11.2 A/D和D/A轉換的基本概念
11.3 A/D(模/數)轉換器
11.4 D/A(數/模)轉換器
實訓內容:整體電路工作原理、安裝、調試
本章習題
附錄
附錄A ASCII編碼錶
附錄B 74係列數字集成電路型號索引
附錄C 4000係列數字集成電路型號索引
參考文獻
前言/序言
本書為中等職業教育示範專業教材(電子信息類)。根據職業學校以職業技能培訓和綜閤素質培養為目標的要求以及職業學校學生文化基礎薄弱、起點普遍偏低的特點,本書以培養在企業生産第一綫的電子技術工作人員為目標,在教學內容上確保精簡實用、通俗易懂,突齣技能訓練和能力培養。
一、本書特色
1.內容精簡實用,語言通俗易懂
本教材正視中職生源的特點,本著“理論淺、應用多、內容新”的原則精簡教學內容,刪減瞭大量在實際工作崗位根本不用或很少使用的內部結構分析和理論計算,或將其安排在“閱讀資料”模塊。為適應職業學校“重實踐、強技能,培養應用型技能人纔”的培養要求,增加瞭焊接、裝配等工藝方麵的教學內容以及故障檢測、分析和維修等實用技能訓練。書中盡量采用淺顯易懂的語言和現實生活中喜聞樂見的實例,幫助學生剋服抽象思維能力的障礙,使其感到本書有用、不難、通俗,能夠快速入門,樹立學生的自信心和成就感。
2.模塊化編寫,理實一體化教學
本書在教學內容的組織上采用模塊化編寫模式,在講解基本知識點的基礎上,設計瞭“實訓指導”、“實訓內容”、“閱讀資料”、“趣味製作”等模塊,強調實踐技能的培養。在綜閤項目部分采用項目驅動式教學模式,將理論知識點融閤於實訓任務中,以實用、生動有趣的實訓項目激發和調動學生的學習興趣,並通過親手製作與體驗,幫助學生更好地理解、掌握理論知識和技能,突齣職業教育實踐教學的特點,達到技能培養的目標,在很大程度上剋服和彌補瞭中等職業學校學生文化基礎薄弱、學習積極性不高的劣勢,以實用為根本、以學生為中心、以就業為導嚮,使學生學有所值、學有所用、學有所成。
3.使學生勇於動手,敢於實踐,快速入門,增強自信
數字電子技術是一門重要的專業基礎課程,一般在第二學期開設。學生對於電子技術而言還是初學者,對所學專業瞭解較少,常會産生膽怯自卑心理,認為自己文化基礎知識較差,專業課肯定也學不好。本書通過“實訓指導”以及“趣味製作”,使實訓效果看得見、聽得到、摸得著,吸引學生勇於動手、敢於實踐、快速入門,為後續專業課的學習打下良好的基礎。
4.縮短學生畢業後的上崗磨閤期
學生在實訓中親自識彆、測量、應用瞭大量的常用數字電路,對於元器件參數、元器件市場等有瞭較詳細和深刻的認識,並接觸到較多的實際産品,增強瞭上崗和就業意識,縮短瞭畢業後上崗的磨閤期。
二、課時安排(參考課時108)
基礎篇可在前12周左右完成。第13周可進行一周的數碼搶答器或數字時鍾實訓,並要求學生復習和應用前麵的基本知識和技能。這個實訓中,可采用萬用闆或印製電路闆(需要PCB文件的讀者可與作者聯係)分模塊、分步驟焊接,使學生在實訓中認識和測量實際的元器件,親自發現和解決安裝、調試過程中的問題,進一步鞏固和運用理論知識。其中焊接可要求學生在課餘時間完成。如果課時較少,數字時鍾部分可作為選做實訓或學生課餘實踐。彩燈控製和A/D與D/A轉換實訓因元器件價格較高,可采用學校製闆和提供元器件,學生焊接、調試的方法,或在數字電路實驗箱上連綫完成。
本書第1、2章由陳偉強編寫,第3、4章由孟尚編寫,其餘部分由任富民編寫,任富民任主編並統稿。在編寫過程中得到瞭廣東省電子技術學校伍湘彬、匡忠輝、楊文龍、李菊芳等領導的指導和幫助,在此錶示衷心的感謝。
數字電子技術與技能訓練(中等職業教育示範專業規劃教材·電子信息類) 內容概述: 本書是一本麵嚮中等職業教育電子信息類專業的教材,旨在係統地介紹數字電子技術的基本概念、原理、元器件特性以及相關的實踐技能。全書圍繞“理論與實踐相結閤”的指導思想,力求使讀者在掌握紮實的理論知識的同時,也能熟練運用相關的實驗和實訓技能,為未來從事電子信息領域的實際工作打下堅實基礎。 第一部分:數字電子技術基礎 本部分將為讀者建立起數字電子技術堅實的理論基石,從最基本的概念入手,循序漸進地深入。 緒論: 數字電子技術的概念與發展: 闡述數字電子技術在現代科技中的重要地位,簡述其發展曆程,以及在通信、計算機、控製、消費電子等領域的廣泛應用。強調數字技術相對於模擬技術的優勢,如抗乾擾能力強、精度高、易於集成和處理等。 數字電子技術的基本特點: 解釋數字信號的離散性、量化性以及數字電路的開關特性。 學習數字電子技術的重要意義: 論述掌握數字電子技術對於電子信息類專業學生職業發展的重要性,以及其在未來技術變革中的關鍵作用。 數製與編碼: 二進製數製: 詳細介紹二進製數製的概念、錶示方法(0和1),以及二進製與十進製數之間的轉換原理和常用方法。 常用數製: 介紹八進製、十六進製數製,解釋其在計算機係統中的應用,並提供與其他數製之間的轉換方法。 二進製編碼: 無符號數與帶符號數: 講解二進製數的錶示形式,包括原碼、反碼、補碼等,以及它們在計算機內部如何錶示和處理帶符號的二進製數。 BCD碼: 介紹二進製編碼的十進製碼(BCD碼)的概念、格式及其在數字係統中用於錶示十進製數的特點。 ASCII碼: 講解美國標準信息交換代碼(ASCII碼),說明其在計算機中用於錶示字符、數字和符號的規則。 其他編碼: 簡要介紹其他常用編碼,如格雷碼等,並說明其應用場景。 邏輯代數基礎: 邏輯代數基本定理與定律: 詳細介紹邏輯代數中的基本邏輯運算(與、或、非)及其對應的邏輯門符號。深入講解基本定理,如交換律、結閤律、分配律、德摩根定理等,並通過實例說明其應用。 邏輯函數的錶示方法: 介紹邏輯函數的不同錶示方法,包括邏輯錶達式、邏輯圖(門電路圖)和真值錶。 邏輯函數的化簡: 代數化簡法: 演示如何利用邏輯代數定理和定律對復雜的邏輯函數進行化簡,以達到簡化電路設計的目的。 卡諾圖化簡法: 詳細講解卡諾圖(Karnaugh Map)的原理和使用方法,包括卡諾圖的繪製、相鄰項的閤並原則,以及如何通過卡諾圖快速化簡邏輯函數。 Quine-McCluskey算法(可選): (根據教材深度,可能包含或不包含)簡要介紹或深入講解Quine-McCluskey算法,作為一種係統性的邏輯函數化簡方法。 組閤邏輯電路: 組閤邏輯電路的基本概念: 定義組閤邏輯電路的特點,即任意時刻的輸齣信號僅取決於當前時刻的輸入信號,與過去的狀態無關。 基本邏輯門電路: 詳細介紹與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門、同或門等基本邏輯門電路的邏輯功能、符號、真值錶和基本結構。 常用組閤邏輯電路: 編碼器與譯碼器: 講解編碼器(如優先編碼器)和譯碼器(如N-to-2^N譯碼器,BCD-to-7段譯碼器)的功能、應用原理和典型電路。 數據選擇器(Multiplexer, MUX): 介紹數據選擇器的功能、工作原理、選擇控製綫的作用,以及如何用數據選擇器實現復雜的邏輯函數。 數據分配器(Demultiplexer, DEMUX): 介紹數據分配器的功能、工作原理,以及如何將其用於信號的分路傳輸。 加法器與減法器: 講解半加器、全加器、半減器、全減器的原理和電路實現,以及多位加法器(行波進位加法器、超前進位加法器)的結構和特點。 比較器: 介紹比較器的功能,以及如何實現兩位、多位二進製數的比較。 掎(Parity)電路: 講解掎電路(奇校驗、偶校驗)的功能和實現,用於數據傳輸的校驗。 第二部分:時序邏輯電路 本部分將介紹包含“記憶”功能的時序邏輯電路,它們的狀態會隨時間變化,是構建更復雜數字係統的關鍵。 觸發器: 觸發器的基本概念: 定義觸發器的基本功能,即能夠存儲一位二進製信息,具有兩種穩定狀態,並且可以通過輸入信號來控製其狀態的翻轉。 基本觸發器: 講解RS觸發器(鎖存器)的構成、工作原理、狀態轉移圖和時序圖,以及其存在約束激發和主從結構解決約束激發的問題。 同步觸發器: 時鍾信號: 介紹時鍾信號的作用,以及同步電路的特點。 D觸發器: 講解D觸發器(數據觸發器)的功能、特點、工作原理和應用,以及其在數據存儲中的重要性。 JK觸發器: 講解JK觸發器(通用觸發器)的功能、特點、各種工作模式(J=K=0, J=0 K=1, J=1 K=0, J=K=1)下的狀態轉移,以及其通用性。 T觸發器: 講解T觸發器(翻轉觸發器)的功能、特點,以及其如何通過JK觸發器或D觸發器構成。 觸發器的集成應用: 介紹如何將多個觸發器組閤起來實現復雜的功能。 寄存器: 寄存器的概念與類型: 定義寄存器,即由若乾個觸發器組成的,用於存放多位二進製信息的邏輯電路。介紹不同類型的寄存器,如並行輸入並行輸齣(PIPO)、串行輸入並行輸齣(SIPO)、並行輸入串行輸齣(PISO)、串行輸入串行輸齣(SISO)。 移位寄存器: 詳細講解移位寄存器的結構和工作原理,包括左移、右移、循環移位等,並給齣其在數據傳輸、運算等方麵的應用實例。 計數器: 計數器的概念與分類: 定義計數器,即能夠對輸入脈衝的個數進行計數的電路。介紹同步計數器和異步計數器的區彆,以及它們的各自特點。 異步計數器(行波計數器): 講解異步計數器(如2分頻、3分頻、4分頻等)的構成原理,分析其在時鍾信號傳遞上的延遲問題。 同步計數器: 講解同步計數器(如二-五譯碼計數器、二-十進製計數器)的構成原理,以及如何通過觸發器和組閤邏輯電路實現特定功能的計數。 可預置計數器: 介紹具有預置功能的計數器,以及如何設置初始計數值。 加/減計數器: 講解可以進行加法計數和減法計數功能的計數器。 應用: 介紹計數器在分頻、定時、頻率測量、數字顯示等方麵的應用。 數碼顯示與驅動: 數碼管: 介紹七段數碼管(LED數碼管)的結構(共陰極、共陽極),以及如何通過LED驅動電路控製其顯示0-9的數字。 數碼管驅動電路: 講解如何利用組閤邏輯電路(如BCD-to-7段譯碼器)或微控製器來驅動數碼管顯示。 時鍾電路與振蕩器: 時鍾信號的重要性: 強調時鍾信號在同步數字電路中的作用,以及其頻率和穩定性的要求。 常用振蕩電路: 介紹RC振蕩器、LC振蕩器、晶體振蕩器等基本振蕩電路的工作原理,以及它們的優缺點和應用場景。 第三部分:半導體器件及其應用 本部分將介紹構成數字電路的基本半導體元器件,理解其工作原理是深入理解數字電路的基礎。 二極管: PN結的形成與特性: 講解PN結的構成、單嚮導電性、正嚮導通和反嚮擊穿特性。 二極管的主要類型與參數: 介紹普通二極管、穩壓二極管(齊納二極管)、發光二極管(LED)、光敏二極管等,並解釋其關鍵參數。 二極管在電路中的應用: 介紹二極管在整流、限幅、穩壓、隔離等方麵的應用。 三極管(BJT): PNP和NPN型三極管: 介紹三極管的基本結構(發射極、基極、集電極),以及NPN和PNP型三極管的符號、工作原理(電流放大作用)。 三極管的幾種工作狀態: 講解放大狀態、飽和狀態、截止狀態,以及三極管作為開關在數字電路中的應用。 三極管構成的基本電路: 介紹三極管構成的共發射極放大電路、共發射極開關電路等。 三極管在數字電路中的應用: 介紹三極管在構成TTL(晶體管-晶體管邏輯)門電路中的作用。 場效應管(FET): MOSFET(金屬-氧化物-半導體場效應管): 介紹MOSFET的基本結構(源極、柵極、漏極),以及增強型和耗盡型MOSFET的工作原理。 MOSFET的特點: 強調MOSFET的高輸入阻抗、低功耗等特點。 MOSFET在數字電路中的應用: 介紹MOSFET在構成CMOS(互補金屬氧化物半導體)門電路中的作用,以及CMOS技術的優勢。 集成電路(IC)基礎: 集成電路的概念與分類: 介紹集成電路的基本概念、優點(小型化、集成度高、功耗低、可靠性高、成本低等),以及按功能劃分的模擬集成電路和數字集成電路。 常用數字集成電路係列: 簡要介紹TTL係列、CMOS係列等常用數字集成電路係列,並解釋它們的供電電壓、邏輯電平等特點。 集成電路的封裝與引腳: 介紹常見的集成電路封裝形式(如DIP、SOP等),以及集成電路的引腳功能說明。 第四部分:典型數字電路與係統(實例分析) 本部分將通過具體的實例,將前三部分所學的理論知識融會貫通,展示數字電路在實際係統中的應用。 基礎邏輯門電路的集成應用: TTL和CMOS邏輯門電路的實際應用: 講解如何根據實際需求選擇閤適的TTL或CMOS邏輯門集成芯片,並進行電路設計。 集成芯片的選型與使用: 介紹常用集成芯片的型號、功能、電氣特性,以及如何在電路圖中正確使用它們。 組閤邏輯電路實例: 數字電子鍾的秒、分、時計數與顯示: 講解如何利用移位寄存器、計數器、譯碼器和數碼管驅動電路設計數字電子鍾的各個模塊,並進行集成。 簡易計算器(加法、減法): 演示如何利用全加器、減法器、數據選擇器和數碼管顯示電路構建一個簡單的四則運算計算器。 時序邏輯電路實例: 交通信號燈控製器: 設計一個簡單的交通信號燈控製器,分析其狀態轉換,並利用觸發器和計數器實現。 流水燈控製器: 演示如何利用移位寄存器或計數器實現不同模式的流水燈效果。 微控製器(MCU)基礎(簡介): 微控製器的概念與組成: 簡要介紹微控製器的基本概念,包括CPU、存儲器(RAM、ROM/Flash)、I/O端口等核心組成部分。 微控製器在數字係統中的作用: 強調微控製器作為數字係統的“大腦”,能夠通過編程實現復雜的控製邏輯和數據處理。 簡單程序設計入門(可選): (根據教材定位,可能包含或不包含)提供簡單的微控製器編程示例,展示如何控製IO口、讀取傳感器等。 第五部分:電子測量與實驗技能訓練 本部分將側重於培養讀者的實踐操作能力,使其能夠獨立完成數字電子實驗,並掌握基本的電子測量方法。 電子實驗常用工具與儀器: 萬用錶: 詳細介紹萬用錶的使用方法,包括測量電壓、電流、電阻、通斷等,以及注意事項。 示波器: 介紹示波器的基本原理、操作界麵、主要參數(時基、垂直靈敏度等),以及如何觀察和測量數字信號的波形、幅值、周期等。 信號發生器: 介紹信號發生器的功能,如何産生不同頻率、幅度的方波、正弦波等信號。 直流穩壓電源: 介紹直流穩壓電源的使用,以及如何設置輸齣電壓和電流。 基本電子實驗操作技能: 元器件的識彆與檢查: 學習識彆電阻、電容、二極管、三極管、集成電路等常用電子元器件的型號、參數和方嚮。 麵包闆(Protoboard)實驗: 講解麵包闆的結構和使用方法,如何安全、快速地搭建電路原型。 焊接技能: 介紹基本的焊接技巧,包括烙鐵的使用、焊锡絲的選擇、焊接點的處理等,以及安全操作規範。 綜閤性實驗項目: 邏輯門電路的實現與驗證: 利用麵包闆或焊接方式,搭建與門、或門、非門等基本邏輯門電路,並通過輸入不同的信號,利用萬用錶或示波器驗證其邏輯功能。 組閤邏輯電路的設計與調試: 設計並搭建一個簡單的數據選擇器或譯碼器電路,並驗證其工作是否符閤設計要求。 觸發器功能測試: 搭建RS觸發器、D觸發器等,觀察其狀態轉換過程,並驗證其存儲功能。 移位寄存器與計數器實驗: 搭建移位寄存器或計數器電路,觀察其移位或計數過程,並與理論計算進行對比。 簡易數字時鍾或交通燈控製器的搭建: (難度較大的綜閤實驗)引導學生將前麵學習的知識綜閤運用,完成一個小型數字係統項目。 教材特色: 理論與實踐緊密結閤: 每章在講解理論知識的同時,都配有相應的實驗和實訓環節,幫助學生鞏固所學。 圖文並茂,易於理解: 大量使用插圖、邏輯圖、電路圖、波形圖等,直觀地展示抽象的數字電路概念。 語言通俗易懂: 避免使用過於晦澀的專業術語,力求以簡明易懂的語言進行講解。 注重實際應用: 結閤大量的實際電路實例和應用場景,幫助學生理解數字電子技術在現實世界中的價值。 符閤中職教育特點: 內容由淺入深,循序漸進,符閤中等職業教育學生的認知規律和學習特點。 操作性強: 實驗和實訓環節設計閤理,易於操作,能夠有效提升學生的動手能力。 本書適閤讀者: 中等職業教育電子信息類相關專業的學生。 對數字電子技術感興趣的初學者。 希望係統學習和鞏固數字電子技術基礎知識的在職人員。 通過學習本書,讀者將能夠掌握數字電子技術的核心理論知識,熟悉常用的數字電子元器件和集成電路,並具備設計、搭建和調試簡單數字電路的能力,為進一步深入學習和從事相關工作奠定堅實的基礎。