数字电路与逻辑设计（第3版·微课视频版）

入选吉林省首批普通本科高校省级重点教材，系统介绍了数字电路与逻辑设计的基本理论和方法，各章末尾设置了相关 Multisim 仿真分析和 VHDL 设计,每章均安排有小结和习题；提供微课视频、教学课件、教学大纲和习题解答等教学资源。

 

本书是吉林省首批普通本科高校省级重点教材。书中系统介绍了数字电路与逻辑设计的基本理论和方法,包括数字逻辑基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形电路、数/模与模/数转换电路。各章末尾设置了相关 Multisim 仿真分析和 VHDL 设计,以便巩固和理解相关理论知识。每章均安排有小结和习题。同时,书中为读者提供了重点难点微课视频、教学课件、教学大纲和习题解答等教学资源。 本书注重基本概念、基本原理及基本分析设计方法的介绍,强调实际应用,内容叙述力求简明扼要,通俗易懂,可以作为普通高等院校电气信息类、电子信息类、自动化类、计算机类各专业及相关专业的本科生教材,也可以供相

邬春明，东北电力大学电气工程学院教授，学校教学名师，硕士生导师。长期从事电子技术、无线传感器网络技术及EDA应用技术等方面的科研与教学工作，讲授“数字电子技术”“模拟电子技术”等课程。发表学术论文60余篇，包括SCI检索、EI检索30余篇。

目
绪论

第1章数字逻辑基础

1.1概述

1.2数制和编码

1.2.1数制

1.2.2二进制数的原、反、补码表示及补码运算

1.2.3编码

1.3逻辑代数及其运算规则

1.3.1逻辑运算

1.3.2逻辑代数的公式和定理

1.4逻辑函数及其表示方法

1.4.1逻辑函数的定义

1.4.2逻辑函数的表示方法

1.4.3逻辑函数的标准形式

1.4.4逻辑函数表示方法间的转换

1.5逻辑函数的化简

1.5.1逻辑函数的代数化简法

1.5.2逻辑函数的卡诺图化简法

1.5.3含有无关项的逻辑函数及其化简

*1.6利用Multisim对逻辑函数进行化简与转换

本章小结

习题

第2章集成逻辑门电路

2.1概述

2.2门电路中开关器件的开关特性

2.2.1半导体二极管的开关特性

2.2.2半导体三极管的开关特性

2.2.3MOS管的开关特性

2.3分立元件门电路

2.3.1二极管“与”门

2.3.2二极管“或”门

2.3.3三极管“非”门

2.4TTL集成门电路

2.4.1TTL反相器

2.4.2TTL“与非”门

2.4.3TTL集电极开路门和三态门

2.5CMOS集成门电路

2.5.1CMOS反相器

2.5.2CMOS“与非”门和“或非”门

2.5.3CMOS漏极开路门、传输门和三态门

2.6集成逻辑门电路的主要性能参数

2.7正、负逻辑的概念

*2.8利用Multisim测试TTL反相器的电压传输特性

*2.9利用VHDL设计门电路

本章小结

习题

第3章组合逻辑电路

3.1概述

3.1.1组合逻辑电路的特点

3.1.2组合逻辑电路的功能描述方法

3.2组合逻辑电路的分析

3.2.1组合逻辑电路的分析方法

3.2.2组合逻辑电路分析举例

3.3组合逻辑电路的设计

3.3.1组合逻辑电路的设计方法

3.3.2组合逻辑电路设计举例

3.3.3含有无关项的组合逻辑电路设计

*3.4组合逻辑电路的竞争冒险

3.4.1竞争冒险现象

3.4.2竞争冒险的判断

3.4.3竞争冒险的消除

3.5常用组合逻辑电路及其应用

3.5.1编码器

3.5.2译码器

3.5.3加法器

3.5.4数据选择器

3.5.5数据分配器

3.5.6数值比较器

*3.6利用Multisim分析组合逻辑电路

3.6.1小规模门电路构成的组合逻辑电路的仿真分析

3.6.2中规模组合逻辑电路的仿真分析

*3.7利用VHDL设计组合逻辑电路

本章小结

习题

第4章触发器

4.1概述

4.2基本触发器

4.2.1基本触发器电路组成和工作原理

4.2.2基本触发器的功能描述

4.3同步触发器

4.3.1同步RS触发器

4.3.2同步D触发器

4.3.3同步JK触发器

4.3.4同步T触发器

4.4脉冲触发器

4.4.1主从RS触发器

4.4.2主从JK触发器　

4.5边沿触发器

4.5.1维持阻塞式D触发器

4.5.2利用传输时延的JK触发器

4.6不同类型触发器之间的转换

4.6.1JK触发器转换成RS、D触发器

4.6.2D触发器转换成RS、JK触发器

4.7触发器的电气特性

*4.8利用Multisim分析触发器

4.8.1同步RS触发器的仿真分析

4.8.2边沿JK触发器的仿真分析

*4.9利用VHDL设计触发器

本章小结

习题

第5章时序逻辑电路

5.1概述

5.1.1时序逻辑电路的基本概念

5.1.2时序逻辑电路的功能描述方法

5.2同步时序电路的分析

5.2.1同步时序电路的分析方法

5.2.2同步时序电路分析举例

5.3同步时序电路的设计

5.3.1同步时序电路的设计方法

5.3.2同步时序电路设计举例

*5.4异步时序电路

5.4.1异步时序电路的分析

5.4.2异步时序电路的设计

5.5常用时序逻辑电路

5.5.1寄存器

5.5.2计数器

*5.6利用Multisim分析时序逻辑电路

5.6.1两位同步二进制计数器的仿真分析

5.6.2用74LS161N构成六十进制计数器

*5.7利用VHDL设计时序逻辑电路

本章小结

习题

第6章半导体存储器与可编程逻辑器件

6.1存储器概述

6.1.1半导体存储器的分类

6.1.2存储器的性能指标

6.2只读存储器

6.2.1ROM的电路结构和工作原理

6.2.2掩膜只读存储器

6.2.3可编程只读存储器

6.2.4ROM的应用

6.3随机存取存储器

6.3.1RAM的电路结构

6.3.2RAM的存储单元

6.3.3RAM的扩展

6.4可编程逻辑器件

6.4.1可编程逻辑阵列

6.4.2可编程阵列逻辑

6.4.3通用阵列逻辑

6.4.4CPLD、FPGA和在系统编程技术简介

*6.5利用Multisim分析半导体存储器

本章小结

习题

第7章脉冲波形的产生和整形电路

7.1概述

7.1.1矩形脉冲的基本特性

7.1.2脉冲电路

7.2555定时器

7.2.1555定时器的电路结构

7.2.2555定时器的工作原理

7.3施密特触发器

7.3.1门电路构成的施密特触发器

7.3.2555定时器构成的施密特触发器

7.3.3施密特触发器的应用

7.4单稳态触发器

7.4.1门电路构成的单稳态触发器

7.4.2555定时器构成的单稳态触发器

7.4.3单稳态触发器的应用

7.5多谐振荡器

7.5.1门电路构成的多谐振荡器

7.5.2施密特触发器构成的多谐振荡器

7.5.3石英晶体多谐振荡器

7.5.4555定时器构成的多谐振荡器

*7.6用Multisim分析555定时器的应用电路

7.6.1555定时器构成的施密特触发器的仿真分析

7.6.2555定时器构成的多谐振荡器的仿真分析

本章小结

习题

第8章数/模转换电路与模/数转换电路

8.1概述

8.2D／A转换器

8.2.1权电阻网络D/A转换器

8.2.2倒T形电阻网络D/A转换器

8.2.3D／A转换器的主要技术指标

8.3A／D转换器

8.3.1A／D转换的一般过程

8.3.2并联比较型A／D转换器

8.3.3逐次逼近型A／D转换器

8.3.4双积分型A／D转换器

8.3.5A/D转换器的主要技术指标

*8.4利用Multisim分析D/A转换电路和A／D转换电路

8.4.1D/A转换器的仿真分析

8.4.2A/D转换器的仿真分析

本章小结

习题

参考文献

 

 

 

第三版前言
本书为 高等学校电子信息类专业教学指导委员会规划教材，是吉林省首批普通本科高校省级重点教材。

本书以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，采用新形态教材的编写理念，在第2版的基础上，参照 高等学校电子电气基础课程教学指导委员会的《电子电气基础课程教学基本要求》，结合作者多年来的教学实践，本着结构完整、内容精炼、知识实用的原则，以社会需求导向为编写目标修订而成。

本次修订基本保持了第2版的理论体系，为了全方位、立体化展示教材内容，本书配备了微课视频，同时提供教学大纲、教学课件、习题解答等内容； 为提高讲授效率，删除了个别知识点重复性的例题，调整了部分知识点的顺序，使之更符合读者的认知规律； 对习题中的题目进行了优化，删除了部分覆盖面较窄的题目，增加了一些综合性较强的题目。

教材共8章，内容包括数字逻辑基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形电路、数/模与模/数转换电路。

学习本书需要50~70学时，书中标注“*”的内容可供教师根据专业特点取舍。

本次修订由邬春明完成，雷宇凌和李蕾完善了习题参考答案和教学大纲，并协助编者做了微课视频的录制、剪辑和优化等工作。

在本书的修订过程中，得到了清华大学出版社的热情帮助和支持，在此表示衷心的感谢。

限于编者的水平，书中难免有错误和疏漏之处，敬请广大读者批评指正。

编者2023年9月

 

 

 

 

 

第二版前言
本书是在第1版的基础上，参照 高等学校电子信息类专业教学指导委员会最新的《电子电气基础课程教学基本要求》重新修订而成的。

本次修订基本保持了第1版的理论体系，主要的修改有： 为提高讲授效率，删除了个别知识点重复的例题； 在主要章节增加了利用VHDL设计基本逻辑电路的内容，以加强学生对理论知识的理解，也在习题中增加了相应的练习题目； 对部分章节的习题也进行了调整。

本书共8章，内容包括数字逻辑基础、集成门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形电路、数/模和模/数转换电路。书后提供了部分习题的参考答案。

本书教学需要50~70学时，书中标注“*”的内容可供教师根据专业特点取舍。

本次修订由邬春明完成，雷宇凌和李蕾对本书主要章节给出的VHDL设计内容进行了验证。

本书可以作为普通高等院校电气信息类、电子信息类、自动化类、计算机类等专业及相关专业的本科生教材，也可以供相关工程技术人员参考。

在本书的修订过程中，得到了清华大学出版社的热情帮助和支持，在此表示衷心的感谢。

限于编者的水平，书中难免有疏漏之处，敬请广大读者批评指正。

编者2019年5月

 

 

 

 

 

前言
伴随着晶体管、集成电路等半导体器件工艺的发展，数字集成器件已经从小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路，发展到超大规模集成电路。数字电路及数字系统的设计方法及手段也在不断演变和发展，这对“数字电路与逻辑设计”课程的教学内容、教学方法及教材编写都提出了更高的要求。

本书参照 相关教学指导委员会制定的《电子电气基础课程教学基本要求》(2011 年)、《电子信息科学与工程类本科指导性专业规范》(2010 年)、《电子科学与技术本科指导性专业规范》(2009 年)、《光电信息科学与工程类专业指导性专业规范》(2010 年)及相关课程的教学大纲编写而成。为适应当前电子技术的发展及教学改革的要求，压缩了一些过于高深的内容，精简了一些繁杂的内部电路，在强调基本概念、基本原理的基础上，重点突出分析和设计方法，力求叙述简明扼要、通俗易懂。书中设置了提示、小结和习题等内容，便于学生学习。每章章首设置了“兴趣阅读”材料，通过数字领域的趣闻轶事，激发学生的学习兴趣，拓展学生的知识内容。

另外，本书在讲解理论分析与设计之后，充分利用计算机仿真这一现代技术手段，各章均给出了Multisim仿真分析实例，将理论知识与实际系统有机地融为一体，培养学生的实验能力、实践能力和创新意识。经过多年的教学实践，证明这种教学方法、手段和模式是可行的、有效的。

全书共8章，包括数字逻辑基础、集成逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器与可编程逻辑器件、脉冲波形的产生和整形电路、数/模与模/数转换电路等内容。书后提供了部分习题的参考答案。

讲授本书内容需要50~70学时，书中标注“*”的内容可供教师根据专业特点取舍。

本书由邬春明、雷宇凌、李蕾编写，其中绪论、第1、2、3、8章由邬春明编写； 第4、5、6、7章由雷宇凌编写； 李蕾对教材中的仿真内容进行了验证。全书由邬春明统稿。

本书可以作为普通高等院校电气信息类、电子信息类、自动化类、计算机类各专业及相关专业的本科生教材，也可以供相关工程技术人员参考。

在本书的编写过程中，得到了清华大学出版社的热情帮助和支持，在此表示衷心的感谢。

限于编者的水平，书中难免有疏漏之处，敬请广大读者批评指正。

编者2015年2月