作者：田锋涛
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
数字电子技术试读：
前言
随着职业教育的改革与发展，尤其是高等职业教育的深入发展，根据“以服务为宗旨、以就业为导向、以能力为本位”的指导思想，我们在深入开展专业课程改革过程中，不断总结和探索，编写了本教材。
本教材是一门高职电类专业的基础核心课程，通过本课程的学习，使学生具备相关职业高等应用型人才所必需的数字电子方面的知识，为后续的专业课程打下良好的基础，本教材是电类专业面向职业岗位所设专门化方向的前修课程。
在内容叙述上力争做到深入浅出，将知识点和应用能力有机结合，注重培养学生的工程应用和解决现场实际问题的能力，并将平时的小经验和小知识点融入其中，书中没有过多涉及所用芯片的内部结构，而是通过一些实例让大家了解所有芯片在电子系统中的应用。达到理论和实际应用的结合，使学生能够学以致用，满足高职人才培养的要求。
本书分为9章，内容包括绪论、逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路、555定时器及其应用、半导体存储器、数模和模数转换器。每章涵盖数字电子技术的精髓，加强先导课程的复习和后续课程的延展，将知识点融入其中，每章都配有实践技能训练。
本书参考学时为60～70个，使用者可以根据教学情况增减学时。
本书由田锋涛、孙爱芬任主编，赤娜、程佳佳、霍海波、李超任副主编。全书由田锋涛统稿，郭志善、王全亮担任主审。
本书在编写的过程中，得到了郑州电力职业技术学院电力工程系任课教师的大力支持，并对编写大纲进行审定；在修订过程中，郭志善提出了许多宝贵意见，参编人员进行了认真的校对，在此表示感谢。由于对任务驱动法教学理念的掌握尚不够充分，加上时间紧和编者水平有限，书中难免存在不足和错误，恳请广大读者批评指正。
编者
2012年8月
第1章 绪论
1.1 概述
随着电子技术的发展，在日常生活中新型电子产品的出现和不断的更新，我们已经进入了数字时代。数字电路在数字通信、电子计算机、自动控制、智能化电子测量仪器等方面已得到广泛的应用。1.1.1 数字信号和数字电路
在日常生活中，按照电信号的连续性，可以把电信号分为模拟信号和数字信号。用于传递、加工和处理模拟信号的电子电路，称为模拟电路。例如，我们在模拟电子技术中学习的放大电路。用于传递、加工和处理数字信号的电子电路，称为数字电路。数字电路被广泛应用，如计算机、MP5、单片机等。
模拟信号的特点是在时间上和幅值上都是连续变化的，如正弦信号、三角波和语音信号，如图1.1.1（a）所示。数字信号的特点是在时间和幅值上都是断续或离散变化的，如脉搏的跳动，如图1.1.1（b）所示。图1.1.1 模拟信号和数字信号
模拟电路和数字电路研究的都是对电信号的输入和输出处理，不同点在于模拟电路主要是研究输出信号和输入信号的大小关系；电路中的三极管主要工作在放大状态；分析的方法主要采用图解法和微变等效电路法。而在数字电路中重点研究输出信号和输入信号之间对应的逻辑关系；电路中的三极管主要工作在开与关状态，即截止与饱和状态；分析的方法主要采用逻辑代数、卡诺图、真值表、波形图等。1.1.2 数字电路的分类
1.按电路结构分类
数字电路按照电路结构的不同，可分为分立元件电路和集成电路（IC）两大类。
分立元件电路一般有半导体器件、电阻、电容等元器件直接构成的电路；集成电路是将元器件通过集成技术做到一块硅片上构成一个整体电路。
2.按半导体类型分类
数字电路按照半导体类型的不同，可分为双极型（TTL）和单极型（MOS）电路。
3.按集成密度分类
数字电路按照集成密度的不同，可分为小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（ⅤLSI），如表 1.1.1 所示。例如，计算机的CPU就是一个超大规模集成电路。表1.1.1 数字电路按集成密度的不同分类
4.按响应规则分类
数字电路按照输入信号的响应规则不同，可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路无记忆功能，时序逻辑电路具有记忆功能。1.1.3 数字电路的特点
数字电路中只有两种状态，如开与关、高与低、对与错等，这两种状态可分别用0和1来表示。数字电路具有以下特点。（1）易集成化。现在数字电路一般为集成电路，具有体积小、质量轻、功耗低。由于数字电路采用二进制，基本单元电路的结构简单，易于集成。（2）可靠性高，抗干扰能力强。相对模拟信号，数字信号不易受到噪声干扰。（3）成本比较低，通用性强。（4）保密性好，可以长期保存。
小知识：
我们身边存在着很多可以用数字信号来描述的生活现象，比如说常见的开关和电灯，开关具有闭合和断开，电灯具有亮与不亮两种状态，我们可以把闭合和亮用1来表示，断开和不亮用0来表示。这里的0和1只是用来区分两个不同的状态。
1.2 数制与码制
1.2.1 数制数制是人们对数量计数的一种统计规则。我们生活中常用的是十进制，在数字电路中还会用到二进制、八进制和十六进制。
一种进位计数包含着两个基本因素：基数和位权。（1）基数：是计数制中所用到的数码（字符）个数，常用R表示。（2）位权：处在不同数位的数码，代表着不同的数值，每个数位的数值是由该位数码的值乘以处在这位的一个固定常数。不同数位上的固定常数称为位权值，简称位权。
如十进制数1111，同样都是1，它们所处的数位不一样，那么它们所代表的数值就不一样。十进制数个位的位权值是1，十位的位权值是10，百位是100，也就是10的幂，依次类推。比如：同样都是人，他们所处的地位不一样，那么他们的权力大小不一样。
1.十进制
十进制有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，共10个字符，所以十进制的基数为10，每位的权为10的幂，其进位规则是“逢十进一”，即9+1=10、99+1=100、…。同一个字符所处的位置不同时，其代表的数值大小也不同。3210
从上式可以看出，10、10、10、10为整数部分千位、百位、十位、个位的权，该十进制数按位权展开求和就是十进制的数值。
2.二进制
二进制有0、1，共2个字符，所以二进制的基数为2，每位的权为2的幂，其进位规则是“逢二进一”，即0+1=1、1+1=10、…。3210
从上式可以看出，2、2、2、2为整数部分的权，即8、4、2、1，二进制数按位权展开求和就是其对应的十进制数。
3.八进制和十六进制
八进制有0、1、2、3、4、5、6、7，共8个字符，基数为8，每位的权为8的幂，其进位规则是“逢八进一”。
十六进制有0～9、A、B、C、D、E、F，共16个字符，基数为16，每位的权为16的幂，其进位规则是“逢十六进一”。
八、十六进制按位权展开求和就是其对应的十进制数。表1.2.1中列出了各进制的特点。表1.2.1 各进制的特点对比
小提示：
不同数制的数除了可以用下标法表示N进制之外，还可以在数码后面加对应的英文表示，如（11100101） 也可写成（11100101）B。21.2.2 不同数制间的转换
1.二、八、十六进制转换为十进制
方法：按位权展开即可。【例1.1】把二进制数11101.01转换为十进制数。
2.十进制转换为二进制
方法：整数部分除以2取余，自下而上读。小数部分乘以2取整，自上而下读。【例1.2】把十进制数10转换为二进制数。
解：（10）=（1010）102
3.二进制与八（十六）进制转换（1）二进制转换为八（十六）进制
方法：3（4）位二进制数码构成1位八（十六）进制数，缺位补0。（2）八（十六）进制转换为二进制
方法：1位八（十六）进制数转换为3（4）位二进制
各进制关系对照表如表1.2.2所示。表1.2.2 各进制对照表
小知识：
十六进制是二进制数的简短表示形式，16位二进制可以用4位十六进制来表示，彼此间转换容易，如1111111111111111B=FFFFH，大大缩短了数据书写长度，在单片机等相关课程中经常采用。1.2.3 二进制代码
在数字系统中，二进制不仅可以表示数值的大小，而且还可以用来表示某些特定信息。将若干个二进制数码0和1按照一定的规则排列起来表示某种特定的含义的代码，称为二进制代码，或称为二进制码。注意：这些代码不表示数值的大小而只代表某些特定的信息，如刘翔身上背的号码1356，表示的是13亿中国人 56个民族，而不是第1356位运动员。下面介绍几种数字电路中常用的二进制代码。
1.BCD码
将十进制数的 0～9 十个字符用 4 位二进制数表示的代码，称为二-十进制代码，又称为BCD码。BCD码分为有权码和无权码两大类，有权码的每一位都有固定的权值，常见的有权码有8421BCD码，由高到低的权值分别为8、4、2、1；无权码的每一位没有固定的权值，常见的有余3 码和格雷码。余3 码是由8421BCD码加上3（0011）形成的。格雷码的特点是相邻两组代码之间只有一位代码不同。以上三种BCD码如表1.2.3所示。
表1.2.3 常用的BCD码
2.ASCII码
ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）是美国标准信息交换代码，采用7位二进制编码，可以用来表示72（即128）个字符。现在计算机键盘就是采用ASCⅡ码对各个按键进行编码的。
3.8421BCD码与十进制数之间的转换（1）8421BCD码转换为十进制数
方法：将4位8421BCD码构成1位十进制数。（2）十进制数转换为8421BCD码
方法：1位十进制数转换为4位8421BCD码
本章小结
（1）数字信号和模拟信号的区别：数字信号是在时间和幅度上不连续、间断变化的，而模拟信号是连续变化的。两种电路中，元器件的工作状态、分析方法、信号研究都有所不同。（2）在数字电路中，变量的取值只有两种状态，通常是用0和1表示。而数字信号的高、低电平分别用1和0表示，与二进制中的1和0正好对应，所以在数字电路中主要采用二进制。（3）进制就是人们计数的方法，除常用的十进制外，还有二进制、八进制、十六进制等。不同进制之间的基数、字符个数、权值不同。（4）二进制、八进制、十六进制转换成十进制的方法是按位权展开求和即可，十进制转换成二进制的方法是整数部分除2取余法，小数部分乘2取整法。二进制、八进制、十六进制之间的转换满足数位对照的关系进行转换，二进制和八进制是3位对1位的关系，二进制和十六进制是4位对1位的关系。（5）常用的BCD码有8421BCD码、余3码、格雷码等，其中8421BCD码使用最为广泛。除BCD码之外，还有ASCⅡ码。习题 1
一、填空题
1.二进制、八进制、十进制、十六进制的基数分别是_________、_________、_________、_________。
2.二进制数有_________个字符，分别是_________和_________。
3.十进制数转换为二进制数的方法是：整数部分用_________法，小数部分用_________法。
二、数制转换
1.将下列十进制数转换为二进制数。（1）（178）（2）（29.625）（3）（81.39）101010
2.将下列二进制数转换为十进制数。（1）（110001.011）（2）（1111100101）（3）（100.0101）222
3.将下列不同进制数转换为十进制数。（1）（765.2）（2）（A8C.F）（3）（984D.A）81616
4.将下列二进制数转换为八进制、十六进制数。（1）（11001101.011）（2）（1011100101）（3）22（110100.0101）2
5.将下列八进制、十六进制数转换为二进制数。（1）（553.6）（2）（78C.F）（3）（A39F.C）81616
6.将下列8421BCD码转换为对应十进制数。（1）（1001 0101 0011.0110）（2）（1001 0101 8421BCD0011.0110）8421BCD
7.将下列十进制数转换为对应的8421BCD码（1）（169.53）（2）（429.6）（3）（8139）101010
第2章 逻辑代数基础
2.1 逻辑函数及其表示方法
在客观世界中，事物的发展变化通常都是有一定的因果关系的。例如，电灯的亮、灭取决于电源是否接通，如果接通了，电灯就会亮，否则就会灭。电源接通与否是因，电灯亮不亮是果。这种因果关系，一般称为逻辑关系，反映和处理这种逻辑关系的数学工具，就是逻辑代数。2.1.1 基本逻辑函数及运算
在逻辑代数中，基本逻辑运算有与、或、非3种，常用的逻辑运算包括与非、或非、与或非和异或等。
1.三种基本的逻辑运算（1）基本逻辑关系举例
反映与、或、非基本逻辑关系的电路图，如图2.1.1所示。图2.1.1 基本逻辑关系电路举例
根据电路的有关原理，可以列出表2.1.1所示的功能表。表2.1.1 基本逻辑关系电路的功能表（2）真值表
用数学表达形式对开关的状态和灯的灭和亮之间的关系设定变量，并进行状态赋值的方法就是真值表。这样便由文字描述的功能表转化为了数学表达形式的真值表。真值表对问题的描述更具有一般意义。
① 设定变量，即用英文字母表示开关和电灯的过程，如用A、B表示开关，用Y、Y、Y表示灯。123
② 状态赋值，也即分别用0、1表示开关和灯的状态的过程，也叫状态取值。例如，用0表示开关的断开，1表示开关的闭合；用0表示灯的灭，1表示灯的亮。
③ 列真值表，根据设定的变量和状态情况由表2.1.1所示的功能可以很容易的列出表2.1.2所示的真值表。表2.1.2 基本逻辑关系的真值表（3）三种基本逻辑关系定义
① 与逻辑关系：当决定一件事情的各个条件全部具备时，该事件才会发生。
② 或逻辑关系：当决定一件事情的各个条件中只要有一个条件具备，这件事情就会发生。
③ 非逻辑关系：非就是反，就是否定。
2.基本逻辑运算（1）与运算
与运算：所有条件都具备事件才发生，如图2.1.2所示。图2.1.2 与逻辑示例
开关：“1”闭合，“0”断开；灯：“1”亮，“0”灭。
真值表：把输入所有可能的组合与输出取值对应列成表，如表2.1.3所示。表2.1.3 与运算真值表
逻辑表达式：Y=A.B（逻辑乘）
逻辑符号：原有符号：
与逻辑运算的逻辑功能口诀：有“0”出“0”，全“1”出“1”。（2）或运算
或运算真值表如表2.1.4所示。或运算：至少有一个条件具备，事件就会发生，如图2.1.3所示。图2.1.3 或逻辑示例表2.1.4 或运算真值表
逻辑表达式Y=A+B（逻辑加）
逻辑符号：
或逻辑运算的逻辑功能口诀：有“1”出“1”，全“0”出“0”。（3）非运算
非运算：结果与条件相反事件才发生，如图2.1.4所示；其相应的真值表如表2.1.5所示。图2.1.4 非逻辑示例表2.1.5 非运算真值表
逻辑符号：
逻辑功能口诀：有“1”出“0”，有“0”出“1”。2.1.2 复合逻辑函数
在逻辑代数中，除了与、或、非3种基本的逻辑运算外，经常用到的还有由3种基本运算构成的一些复合运算。常见的基本逻辑运算的复合运算有与非运算、或非运算、与或非运算、异或运算、同或运算等。
1.与非运算
逻辑符号：
与非运算真值表如表2.1.6所示。表2.1.6 与非运算真值表
逻辑功能口诀：有“0”出“1”，全“1”出“0”。
2.或非运算
逻辑符号：
或非运算真值表如表2.1.7所示。表2.1.7 或非运算真值表
逻辑功能口诀：有“1”出“0”，全“0”出“1”。
3.与或非运算
逻辑符号：
4.异或运算（如在计算机中用于判断）
逻辑符号：
异或运算真值表如表2.1.8所示。表2.1.8 异或运算真值表
逻辑功能口诀：相同为“0”，不同为“1”。
5.同或运算
逻辑符号：
同或运算真值表如表2.1.9所示。表2.1.9 同或运算真值表
逻辑功能口诀：相同为“1”，不同为“0”。2.1.3 逻辑函数表示法及变换
1.真值表n
逻辑函数的真值表具有唯一性。逻辑函数有n个变量时，共有2个不同的变量取值组合。在列真值表时，变量取值的组合一般按n位二进制数递增的方式列出。用真值表表示逻辑函数的优点是直观、明了，可直接看出逻辑函数值和变量取值之间的关系。
分析逻辑式与逻辑图之间的相互转换以及如何由逻辑式或逻辑图列真值表。
2.逻辑函数式
写标准与或逻辑式的方法如下。（l）把任意一组变量取值中的1代入原变量，0代入反变量，由此得到一组变量的与组合，如A、B、C 3个变量的取值为110时，则代换后得到的变量与组合为 A B。（2）把逻辑函数值为1所对应的各变量的与组合相加，便得到标准的与或逻辑式。
3.逻辑图
逻辑图是用基本逻辑门和复合逻辑门的逻辑符号组成的对应于某一逻辑功能的电路图。
2.2 逻辑代数的基本定律和规则
2.2.1 逻辑代数的基本定律研究逻辑关系的数学称为逻辑代数，又称为布尔代数。逻辑代数与普通代数相似，也是用大写字母（A，B，C，…）表示逻辑变量，但是逻辑变量的取值只有0和1，没有中间值。0和1仅表示两种对立的逻辑状态，而不表示数量的大小。
逻辑代数中有与、或、非3种基本的逻辑关系，因此就有3种基本的逻辑运算：逻辑乘、逻辑加和逻辑非。这3种基本运算可分别由与其对应的与门、或门和非门3种电路来实现。逻辑代数中的其他运算是由这3种基本逻辑运算推导出来的。
1.基本定律
2.交换律
3.结合律
4.分配律
5.吸收律
6.包含律
7.反演律（摩根定律）表2.2.1 反演律的证明
注意：本节所列出的公式反映的是逻辑关系而非数量关系，在运算中不能简单套用初等代数的运算法则，如初等代数中的移项规则就不能用。【例2.1】证明。【例2.2】证明。2.2.2 逻辑代数的基本规则
逻辑代数中有3个基本规则：代入规则、反演规则和对偶规则。
1.代入规则
在任何逻辑代数等式中，如果等式两边所有出现某一变量（如A）的位置都代以一个逻辑函数（如F），则等式仍成立。
利用代入规则可以扩大定理的应用范围。
例如，已知，若用AC代替A，可得
2.反演规则
已知函数F，欲求其反函数时，只要将F式中所有的“·”换成“+”，“+”换成“·”；“0”换成“1”，“1”换成“0”；将原变量变成反变量，反变量变成原变量，便得到。
注意：运用反演规则时，要注意运算符号的优先次序及括号的正确使用。
例如，；则有
3.对偶规则
任意函数 F，若将式中的“·”换成“+”，“+”换成“·”；“1”换成“0”，“0”换成“1”，而变量保持不变，原式中的运算优先顺序不变，得到的式子称F的对偶式F′。
注意：若F=G，则F′=G′。
例如，F=（A+0）·（B·1）；则有F′=（A·1）+（B+0）
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]