数字逻辑与数字电子技术/21世纪高等学校规划教材·电子信息 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王晓华，徐健 著

图书标签:

• 数字逻辑
• 数字电子技术
• 电子信息
• 大学教材
• 规划教材
• 21世纪
• 电路
• 计算机基础
• 电子技术
• 高等教育

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302321514

版次：1

商品编码：11280506

品牌：清华大学

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-07-01

用纸：胶版纸

页数：257

字数：423000

正文语种：中文

编辑推荐

　　教学目标明确，注重理论与实践的结合
　　教学方法灵活，培养学生自主学习的能力
　　教学内容先进，反映了电子信息学科的最新发展
　　教学模式完善，提供了配套的教学资源解决方案

内容简介

　　《21世纪高等学校规划教材·电子信息：数字逻辑与数字电子技术》共分8章，内容包括数字逻辑基础、数字集成门电路、组合逻辑电路及应用、触发器、时序逻辑电路及应用、脉冲波形的产生和整形、半导体存储器与可编程逻辑器件、模／数和数／模转换。
　　《21世纪高等学校规划教材·电子信息：数字逻辑与数字电子技术》可作为高等学校通信工程、电子信息工程、自动化、测控工程及仪器、电气工程、电子信息科学与技术、信息与计算科学、微电子、过程控制、机械工程及其自动化等有关专业本、专科生的教材和教学参考书，也可作为广大工程技术人员的参考书。

内页插图

目录

第1章 数字逻辑基础
1.1 数字信号与数字电路
1.1.1 连续量和离散量
1.1.2 开关量
1.1.3 数字波形
1.1.4 数字电路
1.2 数制和码制
1.2.1 进位记数制
1.2.2 数值之间的转换
1.2.3 二进制编码
1.3 逻辑代数基础
1.3.1 逻辑的相关概念
1.3.2 逻辑代数中的基本运算
1.3.3 逻辑代数的基本公式和常用公式
1.3.4 逻辑代数的3个基本定理
1.4 逻辑函数及其表示方法
1.4.1 逻辑函数
1.4.2 逻辑函数的表示方法
1.4.3 逻辑函数的两种标准形式
1.4.4 逻辑函数标准形式的变换
1.5 逻辑函数的化简
1.5.1 公式化简法
1.5.2 卡诺图化简法
1.6 具有无关项的逻辑函数及其化简
1.6.1 逻辑函数中的无关项
1.6.2 含无关项的逻辑函数的化简方法
习题

第2章 数字集成门电路
2.1 数字集成电路
2.1.1 集成电路的制造技术类型
2.1.2 集成电路的分装类型
2.1.3 集成电路的规模类型
2.2 二极管门电路
2.2.1 二极管的开关特性
2.2.2 二极管构成的门电路
2.3 TTL门电路
2.3.1 双极型三极管的开关特性
2.3.2 三极管构成的门电路
2.3.3 TTL反相器
2.3.4 其他逻辑功能的TTL门电路
2.4 CMOS门电路
2.4.1 MOS管的开关特性
2.4.2 CMOS反相器
2.4.3 其他逻辑功能的CMOS门电路
2.4.4 其他类型的CMOS门电路
2.4.5 CMOS集成电路使用注意事项
2.5 TTL电路与COMS电路的连接
习题

第3章 组合逻辑电路及应用
3.1 组合逻辑电路的概述
3.2 组合逻辑电路的分析
3.2.1 分析方法
3.2.2 分析举例
3.3 常用组合逻辑功能器件
3.3.1 编码器
3.3.2 译码器
3.3.3 数据选择器
3.3.4 数据分配器
3.3.5 加法器
3.3.6 数值比较器
3.3.7 奇偶校验器
3.4 组合逻辑电路的设计
3.4.1 设计方法
3.4.2 设计举例
3.5 组合逻辑电路中的竞争和冒险
3.5.1 产生竞争冒险现象的原因
3.5.2 险象的识别和消除方法
习题

第4章 触发器
4.1 基本RS锁存器
4.2 触发器
4.2.1 电平触发的触发器
4.2.2 脉冲触发的触发器
4.2.3 边沿触发的触发器
4.3 触发器的逻辑功能和描述方法
4.3.1 触发器的逻辑功能
4.3.2 触发器的逻辑功能转换
习题

第5章 时序逻辑电路及应用
5.1 概述
5.1.1 时序逻辑电路的特点
5.1.2 时序逻辑电路的分类
5.1.3 时序逻辑电路的描述方法
5.2 时序逻辑电路的分析方法
5.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法
5.2.2 异步时序逻辑电路的分析方法
5.3 常用的时序逻辑电路
5.3.1 寄存器和移位寄存器
5.3.2 计数器
5.4 同步时序逻辑电路的设计方法
5.4.1 同步时序逻辑电路设计的一般步骤
5.4.2 同步时序逻辑电路设计举例
5.5 时序逻辑电路的应用
习题

第6章 脉冲波形的产生和整形
6.1 概述
6.2 施密特触发器
6.2.1 施密特结构的特点
6.2.2 门电路组成的施密特触发器
6.2.3 集成施密特触发器
6.2.4 施密特触发器的应用
6.3 单稳态触发器
6.3.1 用门电路组成的单稳态触发器
6.3.2 集成单稳态触发器
6.3.3 单稳态触发器的应用
6.4 多谐振荡器
6.4.1 门电路构成的多谐振荡器
6.4.2 环形振荡器
6.4.3 施密特触发器构成的多谐振荡器
6.4.4 石英晶体多谐振荡器
6.5 集成555定时器及其应用
6.5.1 集成555定时器的电路结构与功能
6.5.2 555定时器构成施密特触发器
6.5.3 555定时器构成单稳态触发器
6.5.4 555定时器构成多谐振荡器
习题

第7章 半导体存储器与可编程逻辑器件
7.1 概述
7.2 只读存储器
7.2.1 只读存储器概述
7.2.2 用只读存储器实现组合逻辑函数
7.3 随机存储器
7.3.1 RAM概述
7.3.2 典型的RAM集成芯片介绍
7.3.3 用RAM存储器容量的扩展
7.4 PLD的基本电路结构和电路表示方法
7.5 现场可编程逻辑阵列
7.6 可编程阵列逻辑
7.7 通用阵列逻辑
7.8 现场可编程门阵列
习题

第8章 模/数和数/模转换
8.1 概述
8.2 D/A转换器
8.2.1 权电阻网络D/A转换器
8.2.2 权电流网络D/A转换器
8.2.3 倒T形电阻网络D/A转换器
8.2.4 具有双极性输出的D/A转换器
8.2.5 D/A转换器的主要技术指标
8.3 A/D转换器
8.3.1 A/D转换的工作过程
8.3.2 直接A/D转换器
8.3.3 间接A/D转换器
8.3.4 A/D转换器的主要技术参数
8.4 常见A/D转换器与D/A转换器的应用
习题
参考文献

前言/序言

开启智能时代：探索数字世界的基石与未来 在这个信息爆炸、智能设备无处不在的时代，我们与数字世界的关系早已密不可分。从手机的每一次触碰，到智能家居的悄然响应，再到人工智能的飞速发展，这一切的背后，都离不开数字逻辑与数字电子技术这一 foundational discipline（基础学科）。它不仅仅是电路板上闪烁的灯光，更是构建现代科技文明的坚实基石，是理解和创造未来智能设备的钥匙。 本书旨在为读者提供一个系统、深入的视角，去探索数字世界赖以生存的根本原理。我们不只是停留在概念的介绍，而是力求通过详实的阐述和严谨的推演，让读者真正理解数字信号的本质、逻辑门的工作机制、组合逻辑电路的设计方法，以及时序逻辑电路如何实现存储和运算。我们将一步步揭示那些隐藏在精密计算和高效运行背后的精妙设计。 第一章：数字世界的语言——二进制与逻辑代数 万事万物皆有其语言。数字世界最基础、最核心的语言便是二进制。与我们日常使用的十进制不同，二进制只包含0和1两个状态，这与电子电路中“低电平”和“高电平”的物理特性完美契合，为电子器件处理信息提供了最简洁、最可靠的载体。本章将深入浅出地介绍二进制数的表示方法、运算规则，以及如何进行不同进制之间的转换。我们会探讨为什么二进制如此适合电子计算，并介绍负数的二进制表示法，为后续的运算打下基础。 紧接着，我们将进入数字逻辑的核心——逻辑代数，也称为布尔代数。这种数学工具为我们分析和设计数字逻辑电路提供了强大的理论支撑。我们将学习布尔代数的基本定律和定理，如交换律、结合律、分配律、德摩根定律等，并掌握如何利用这些定律对逻辑表达式进行化简。我们会介绍各种基本逻辑门电路，如与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT），以及它们的真值表和逻辑符号。在此基础上，我们将进一步介绍复合逻辑门，如与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR），并探讨它们在电路设计中的重要作用和应用。通过对逻辑代数的深入理解，读者将能够精确地描述和分析任何数字逻辑功能。 第二章：构建逻辑的砖石——组合逻辑电路 掌握了二进制和逻辑代数，我们便拥有了构建数字逻辑电路的基本“砖石”。本章将聚焦于组合逻辑电路的设计与分析。组合逻辑电路的特点是，任何时刻的输出仅取决于当前时刻的输入，不存在记忆功能。我们将从最基本的逻辑门单元出发，学习如何将它们组合起来，实现特定的逻辑功能。 我们将详细介绍组合逻辑电路的设计流程，包括需求分析、逻辑功能描述（真值表、逻辑图）、逻辑表达式的推导、逻辑表达式的化简（如卡诺图法、奎因-麦克拉斯基法），以及最终的电路实现。我们将深入分析各种重要的组合逻辑电路模块，例如： 译码器（Decoder）： 将二进制码转换为特定的输出信号，广泛应用于地址译码、数据选择等。我们会介绍N-to-2^N译码器的原理和应用，并举例说明其在存储器选址中的作用。 编码器（Encoder）： 将一组输入信号转换为二进制码，是译码器的逆过程。我们将学习优先编码器，它能够处理多个输入信号同时有效的情况。 数据选择器（Multiplexer，MUX）： 根据选择信号从多个输入数据中选择一个作为输出。我们将分析其结构和工作原理，并探讨其在信号路由、数据处理中的应用。 加法器（Adder）： 实现二进制数的加法运算，包括半加器、全加器、行波进位加法器、超前进位加法器等。我们将详细讲解不同加法器的结构和性能差异，为理解CPU的算术逻辑单元（ALU）打下基础。 比较器（Comparator）： 比较两个二进制数的大小，输出相应的比较结果。 通过对这些经典组合逻辑电路的学习，读者将能够理解如何将抽象的逻辑需求转化为具体的电路设计，并掌握解决实际问题的基本方法。 第三章：时间的魔法——时序逻辑电路 如果说组合逻辑电路是数字世界的“思考者”，那么时序逻辑电路则是数字世界的“记忆者”和“控制器”。与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还与电路过去的状态（即历史信息）有关。这种“记忆”能力是实现复杂计算、数据存储和顺序控制的关键。 本章将深入探讨时序逻辑电路的设计与分析。我们将从最基本的时序器件——触发器（Flip-Flop）开始。我们将详细介绍各种类型的触发器，如SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器，以及它们的结构、工作原理、状态转移图和时序图。我们会讲解触发器如何通过时钟信号（Clock）来同步其状态变化，这是实现同步时序逻辑电路的核心。 在此基础上，我们将学习构建各种重要的时序逻辑电路模块： 寄存器（Register）： 用于存储一组二进制数据。我们将介绍移位寄存器（用于数据的串行/并行转换）、并行输入并行输出（PIPO）寄存器、串行输入并行输出（SIPO）寄存器等。 计数器（Counter）： 用于对时钟脉冲进行计数。我们将区分同步计数器和异步计数器，并学习如何设计各种功能的计数器，如加计数器、减计数器、可预置计数器、环形计数器、扭环计数器等。计数器在分频、定时、控制等领域有着广泛的应用。 有限状态机（Finite State Machine，FSM）： 这是描述和设计顺序控制逻辑的强大模型。我们将介绍摩尔（Moore）型和米利（Mealy）型有限状态机的区别，学习如何根据状态转移图和输出逻辑设计有限状态机，并将其转化为具体的时序逻辑电路。有限状态机是理解微处理器控制单元、通信协议等复杂系统运行机制的基础。 通过本章的学习，读者将掌握如何构建能够存储信息、执行指令序列、并对事件进行顺序响应的数字电路，为理解更复杂的数字系统打下坚实的基础。 第四章：从逻辑到实现——集成电路与系统设计 掌握了数字逻辑的基本原理和电路设计方法后，我们自然会想到这些逻辑是如何在现实世界中实现的。本章将带领读者从理论走向实践，了解集成电路（Integrated Circuit，IC）的基本概念和制造过程，以及如何进行更高级的系统级设计。 我们将介绍半导体技术的基本原理，以及晶体管（Transistor）作为最基本电子开关的构成和工作方式。我们将了解集成电路是如何将海量的晶体管和其他电子元件集成在小小的芯片上的。我们将介绍常见的集成电路类型，如TTL（晶体管-晶体管逻辑）和CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺，并分析它们的优缺点和适用范围。 本章还将引入可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）的概念，如可编程只读存储器（PROM）、通用阵列逻辑（GAL）、现场可编程门阵列（FPGA）等。我们将了解这些器件如何允许用户根据自己的需求配置电路功能，极大地提高了设计灵活性和开发效率，是现代数字系统设计的重要工具。 此外，我们还将讨论硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL），如Verilog和VHDL。这些语言允许工程师使用文本的方式来描述数字电路的功能和结构，然后通过EDA（Electronic Design Automation）工具进行综合、仿真和实现，从而实现高效的系统设计。我们将简要介绍HDL的基本语法和使用流程。 最后，本章将强调数字系统设计的整体流程和方法论，包括需求规格定义、架构设计、模块划分、接口定义、仿真验证、逻辑综合、布局布线和物理实现等关键环节。我们将探讨如何权衡电路的性能、功耗和面积，以及如何进行调试和优化。 第五章：数字世界的脉搏——时钟、同步与异步 时钟是数字电路的“心脏”，它为整个系统提供了统一的节拍，确保所有逻辑操作能够有序、可靠地进行。本章将深入探讨时钟信号的作用、时钟信号的生成与分配，以及时钟在同步和异步时序逻辑电路中的关键作用。 我们将详细分析同步时序逻辑电路的工作原理，强调时钟信号如何触发触发器的状态变化，以及如何避免亚稳态（metastability）的产生。我们将讨论时钟周期的概念、时钟频率的限制，以及如何通过时钟分频和倍频来满足不同模块的需求。 同时，我们也需要了解异步时序逻辑电路。与同步电路不同，异步电路不依赖全局时钟信号，而是通过信号的到达和传播来触发操作。我们将介绍异步电路的设计思路和挑战，以及在某些特定场合下异步电路的优势，例如潜在的更高速度和更低的功耗。 本章还将讨论时钟域交叉（Clock Domain Crossing，CDC）的问题。当来自不同时钟域的信号在系统中传输时，如果不加处理，很容易导致数据错误或系统不稳定。我们将介绍常用的CDC技术，如握手信号、FIFO（先进先出）队列等，以确保数据在不同时钟域之间的可靠传输。 第六章：数据的流动与处理——存储器与接口 数字世界的核心在于信息的存储和传输。本章将聚焦于各种类型的存储器以及数字系统与外部世界的接口。 我们将深入介绍半导体存储器的结构和工作原理，包括： 随机存取存储器（RAM）： 包括静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。我们将分析它们的存储单元结构、读写操作以及在系统中的作用。 只读存储器（ROM）： 包括掩膜ROM（MROM）、可编程ROM（PROM）、可擦写可编程ROM（EPROM）、电可擦可编程ROM（EEPROM）等。我们将了解它们的特点和应用场景。 此外，我们还将探讨外围接口电路。现代数字系统需要与各种外部设备进行交互，如传感器、显示器、通信芯片等。我们将介绍常见的接口标准和协议，例如： 串行接口： 如UART（通用异步收发传输器）、SPI（串行外设接口）、I2C（集成电路互联）等，它们在片内通信和外设连接中扮演重要角色。 并行接口： 如USB（通用串行总线）的早期版本，虽然逐渐被串行接口取代，但其原理仍有参考价值。 我们将分析这些接口的工作原理，以及如何在数字系统中实现数据的发送和接收。 第七章：数字信号的变换——模数转换与数模转换 现实世界中的许多信息是以模拟信号的形式存在的，例如声音、温度、光线等。然而，数字电子技术处理的是离散的数字信号。因此，模数转换（Analog-to-Digital Conversion，ADC）和数模转换（Digital-to-Analog Conversion，DAC）在连接模拟世界和数字世界之间起着至关重要的作用。 本章将详细介绍ADC和DAC的原理、类型和性能指标。我们将探讨不同的ADC转换技术，如逐次逼近型ADC、双积分型ADC、Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC、流水线型ADC等，并分析它们的优缺点和适用场景。同样，我们也会介绍不同类型的DAC，如电阻网络型DAC、电流输出型DAC等。 我们将讲解分辨率（Resolution）、采样率（Sampling Rate）、量化误差（Quantization Error）等关键概念，并分析它们对转换精度的影响。这些转换器在音频、视频处理、数据采集、通信系统等领域具有广泛的应用。 第八章：智能时代的基石——微处理器与微控制器 进入21世纪，以微处理器（Microprocessor）和微控制器（Microcontroller）为核心的数字系统已经渗透到我们生活的方方面面。本章将为读者揭示这些强大计算单元的内部构成和工作原理。 我们将简要介绍微处理器的基本架构，包括其核心部件：算术逻辑单元（ALU）、控制单元、寄存器组以及存储器接口。我们将探讨指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA）的概念，以及CPU如何根据指令执行各种运算和控制流程。 微控制器是在微处理器基础上集成了更多的外围设备，如存储器、定时器、输入/输出端口、通信接口等，使其成为一个独立的计算系统。我们将介绍微控制器的典型结构，以及它们在嵌入式系统中的广泛应用，从家电控制到汽车电子，再到工业自动化。 本章将为读者提供理解现代计算机系统和嵌入式设备工作原理的宏观视角，为进一步深入学习计算机体系结构和嵌入式系统设计奠定基础。 结语 从最基本的二进制数和逻辑门，到复杂的微处理器和存储系统，数字逻辑与数字电子技术构建了一个层层递进、相互关联的知识体系。它不仅是理解现有电子设备的关键，更是我们创造未来智能技术、探索未知领域的强大工具。本书的编写，正是希望能够点燃您对数字世界的好奇心，为您提供一把开启智能时代大门的钥匙。通过系统性的学习和深入的实践，您将能够更深刻地理解我们身处的数字环境，并有能力去设计、创造和革新，为科技的进步贡献自己的力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就像是一位经验丰富的工程师在耐心指导我学习。它不仅仅是罗列公式和定理，更重要的是传达了一种工程思维。例如，在讲到逻辑门电路的优化时，作者不仅仅是给出卡诺图等简化方法，还分析了在实际电路中，不同简化方案可能带来的功耗、速度等方面的权衡。这让我明白，工程设计从来不是一成不变的，而是需要根据实际需求做出最优选择。我尤其欣赏书中关于故障诊断和排除的部分。它列举了很多实际应用中可能出现的故障现象，并分析了可能的原因和相应的检测方法。这对我将来进行电路维护和故障排除非常有帮助。书中的案例也很多样，从简单的数码管显示到复杂的信号处理系统，让我能够感受到数字逻辑和数字电子技术在各个领域的广泛应用。虽然有些部分的技术深度对我来说还有些挑战，但我感觉这本书为我打下了坚实的基础，让我有信心去深入研究更高级的主题。

评分☆☆☆☆☆

我一直对电子技术很感兴趣，尤其是那些能够构成复杂系统的基础原理。这本书在数字电子技术的部分，从最基本的二极管、三极管等元器件出发，循序渐进地讲解了各种集成电路的构成和工作方式。我特别喜欢它对放大电路和振荡电路的讲解，虽然之前看过一些资料，但这本书的阐述更加系统和深入。它不仅解释了这些电路的原理，还分析了它们在实际应用中的各种参数和性能指标，比如增益、带宽、失真等等。让我印象深刻的是，书中还讨论了不同类型元器件的选型和电路的调试技巧，这些都是在理论学习中很难体会到的实用知识。而且，作者在讲解一些复杂电路时，会结合大量的示波器波形图和实际电路板的图片，这对于初学者来说是非常宝贵的，能够帮助我们更好地理解抽象的电路图。书中的实验部分也设计得很好，指导我们一步步搭建电路并进行测试，这极大地增强了我的实践能力。这本书让我体会到了理论与实践相结合的重要性，也让我对电子设计有了更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

我之前对数字电路的理解一直停留在“会画逻辑图，但不知道为什么”的阶段。这本书彻底改变了我的看法。它从最基础的布尔代数出发，一步步推导出各种逻辑门的功能，然后又将这些逻辑门组合起来，构建出更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。我特别喜欢它在讲解触发器和寄存器时，用了大量的时序图，让我能够清晰地看到数据在电路中的流动和状态的变化。这对于理解计算机中的内存和CPU工作原理至关重要。书中的练习题设计得也很有挑战性，有些需要我结合多章的知识才能解答，这迫使我反复回顾和思考。而且，这本书的章节安排也很有逻辑性，循序渐进，不会让人觉得跳跃。即使是初次接触数字电子技术的人，也能在这本书的引导下，逐步建立起自己的知识体系。这本书就像是为我量身定制的教材，让我能够高效地掌握数字逻辑和数字电子技术的核心知识。

评分☆☆☆☆☆

说实话，一开始拿到这本书，看到“21世纪高等学校规划教材”这几个字，我以为会非常理论化、学术化，可能读起来会有些枯燥。但出乎意料的是，这本书的编排非常人性化。它在每一章的开头都会有一个引言，简要介绍本章的学习目标和内容，结尾处则有小结，帮助我们回顾和巩固。而且，书中穿插了很多“知识拓展”和“应用实例”的板块，这些内容往往更加贴近实际工程，让我看到书本知识是如何转化为解决实际问题的工具的。我最喜欢的是关于微处理器和微控制器原理的章节，作者用了非常生动形象的比喻，将CPU的内部结构和工作流程描绘出来，让我这种非计算机专业出身的人也能大致理解。它还介绍了不同类型微控制器的特点和应用场景，比如Arduino和STM32，并给出了一些简单的开发示例。这对我来说非常有启发，让我对嵌入式系统的学习有了更清晰的方向。这本书的排版也很好，图文并茂，阅读起来很舒适，不会产生视觉疲劳。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是把我从一片混沌的数字世界中拯救出来了！我一直觉得数字逻辑听起来就很抽象，但这本书却用非常直观和易懂的方式，把那些0和1的组合、逻辑门的工作原理讲得明明白白。特别是它在讲解组合逻辑和时序逻辑的部分，用了大量的图例和实际应用的例子，让我能够清晰地看到这些理论是如何在现实世界中工作的，比如在计算机的CPU设计、各种控制系统中是如何运用的。我印象最深刻的是关于状态机的讲解，一开始觉得有点绕，但作者通过一些简单的例子，比如交通灯控制，一步步地引导我理解状态转移图和状态转移表，最后甚至能自己动手设计一些简单的状态机。这本书的语言风格也很好，不会显得枯燥乏味，有时候还带点幽默感，让我学习起来一点都不觉得累。而且，书中的习题设计也非常巧妙，既有巩固基础的，也有挑战思维的，做完之后我感觉自己对数字逻辑的掌握又上了一个台阶。总的来说，这本书为我打开了数字电子技术的大门，让我对这个领域产生了浓厚的兴趣。