本書分為三篇,共12章。第一篇分為2章,講述數(shù)字電路的數(shù)制、補碼和編碼以及數(shù)字系統(tǒng)分析與設(shè)計的工具邏輯代數(shù)。第二篇分為7章,以原理為主線,以器件為基礎(chǔ),以應(yīng)用為目標(biāo),講述數(shù)字以及數(shù)模混合系統(tǒng)設(shè)計中常用的集成電路門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路以及存儲器、脈沖電路和A/D、D/A轉(zhuǎn)換器,并通過章內(nèi)的思考與練習(xí)拓展讀者思維深度和高度,通過章末典型的設(shè)計項目使讀者能夠及時地掌握應(yīng)用要點。第三篇分為3章,講述數(shù)字設(shè)計新技術(shù)EDA技術(shù)的概念和應(yīng)用要素、硬件描述語言Verilog HDL、常用數(shù)字器件的描述以及有限狀態(tài)機設(shè)計方法,并配合設(shè)計項目,進(jìn)一步培養(yǎng)讀者數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計能力。本書可作為電子信息類、計算機類等專業(yè)本科教材或教學(xué)參考書,也可作為數(shù)字電路自學(xué)或電子技術(shù)課程設(shè)計的參考書。
1.注重應(yīng)用 以應(yīng)用為導(dǎo)向，注重邏輯設(shè)計，淡化器件內(nèi)部電路分析，突出器件的功能和應(yīng)用。
2.內(nèi)容全面 本書第一篇與第二篇講述以中小規(guī)模邏輯器件為基礎(chǔ)的經(jīng)典 數(shù)字電路課程內(nèi)容，第三篇講述基于硬件描述語言的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計新技術(shù)及應(yīng)用。通過對同一案例應(yīng)用不同類型器件的不同設(shè)計方法，以及典型應(yīng)用項目在不同資源背景下的不同實現(xiàn)方法，將傳統(tǒng)的數(shù)字電路課程內(nèi)容與新技術(shù)應(yīng)用相融合，拓展讀者視野。
3.培養(yǎng)能力 通過思考與練習(xí)深化課程內(nèi)容，提升讀者的思維高度。通過例題、設(shè)計項目和應(yīng)用性習(xí)題，由淺入深，循序漸進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計能力。
數(shù)字系統(tǒng)在通信、信號處理、集成電路設(shè)計以及大數(shù)據(jù)和人工智能等電子信息產(chǎn)業(yè)有著舉足輕重的作用。黨的二十大報告中有教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐和必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力等論述，強調(diào)了科技、人才和創(chuàng)新的重要性。數(shù)字電路與邏輯設(shè)計是學(xué)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的入門課程，是電子信息類和計算機類相關(guān)專業(yè)的重要工程基礎(chǔ)課，理論性和實踐性都很強。在多年的電子技術(shù)教學(xué)實踐中,編者深切地體會到高等教育必須適應(yīng)社會發(fā)展的需求,將學(xué)以致用作為培養(yǎng)目標(biāo)，以此組織教材內(nèi)容和編寫模式,及設(shè)計項目和習(xí)題，使學(xué)生能夠從應(yīng)用的角度學(xué)習(xí)數(shù)字電路,進(jìn)而提高電子系統(tǒng)設(shè)計的能力。
本書編者具有近三十年的電子技術(shù)教學(xué)經(jīng)驗，主講EDA技術(shù)課程二十多年，并具有組織和指導(dǎo)大學(xué)生電子設(shè)計競賽、EDA/SOPC電子設(shè)計專題、模擬及模數(shù)混合應(yīng)用電路設(shè)計競賽的實踐經(jīng)驗，為了達(dá)到學(xué)以致用的培養(yǎng)目標(biāo)，編者在教材的架構(gòu)、內(nèi)容的側(cè)重點、設(shè)計項目的構(gòu)思、思考與練習(xí)和習(xí)題的精選等方面深入思考、精心安排。為了體現(xiàn)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計課程的基礎(chǔ)性，并兼顧沒有時序邏輯電路難以有效構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用特點，本書采用理論與實踐相結(jié)合的編排方式，在講清數(shù)字電路理論的同時，注重器件的原理、功能及應(yīng)用。為了突出教材的高階性和創(chuàng)新性，多數(shù)章節(jié)配有用于課堂啟發(fā)式教學(xué)的思考與練習(xí)，并在章末附有設(shè)計項目和習(xí)題，由淺入深，舉一反三，注重系統(tǒng)觀念的培養(yǎng)和應(yīng)用能力的提高。
全書分為三篇共12章。第一篇（第1、2章）講述數(shù)字電路的數(shù)制、補碼和編碼以及數(shù)字系統(tǒng)分析與設(shè)計的理論工具邏輯代數(shù)。第二篇（第3~9章）以原理為主線，以器件為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為目標(biāo)，講述數(shù)字系統(tǒng)以及數(shù)�；旌舷到y(tǒng)設(shè)計中常用的集成電路門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路以及存儲器、脈沖電路和A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，并通過章內(nèi)的思考與練習(xí)拓展課程深度，提升思維高度，通過章末典型的設(shè)計項目使讀者能夠及時地掌握應(yīng)用要點，培養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計能力。第三篇(第10~12章)講述數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計新技術(shù)EDA技術(shù)的概念和應(yīng)用要素、硬件描述語言Verilog HDL、常用數(shù)字器件的描述以及有限狀態(tài)機設(shè)計方法，并配合設(shè)計項目，進(jìn)一步提升讀者的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計能力。
本書的編寫力求突出三個特點：
(1) 注重應(yīng)用以應(yīng)用為導(dǎo)向，注重邏輯設(shè)計，淡化器件內(nèi)部電路分析，突出器件的功能和應(yīng)用。
(2) 內(nèi)容全面本書第一篇、第二篇講述以中小規(guī)模器件應(yīng)用為基礎(chǔ)的經(jīng)典數(shù)字電路課程內(nèi)容，第三篇講述基于硬件描述語言的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計新技術(shù)，通過對常用器件的功能描述和典型項目的設(shè)計，舉一反三，將傳統(tǒng)的數(shù)字電路課程內(nèi)容與新技術(shù)的應(yīng)用融合在一起，進(jìn)一步拓展讀者的視野。
(3) 培養(yǎng)能力通過思考與練習(xí)深化課程內(nèi)容，提升讀者的思維高度。通過例題、設(shè)計項目和應(yīng)用性習(xí)題，由淺入深，循序漸進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計能力。
本書主要由張俊濤編寫，陳曉莉參與編寫了部分內(nèi)容，幫助繪制了書中的插圖，并承擔(dān)了微課視頻的錄制、剪輯和優(yōu)化工作。
在本書的編寫過程中，編者參考了國內(nèi)外許多經(jīng)典的數(shù)字電路教材和著作，在此向相關(guān)作者表示深深的謝意。
本書可作為電子信息類、計算機類專業(yè)本科教材或教學(xué)參考書，也可作為數(shù)字電路自學(xué)和電子技術(shù)課程設(shè)計的參考書。將本書作為教材時可采用少學(xué)時和多學(xué)時兩種教學(xué)模式，少學(xué)時可只講述第一篇和第二篇，因為前兩篇已經(jīng)涵蓋了傳統(tǒng)的數(shù)字電路經(jīng)典內(nèi)容；多學(xué)時可選講第三篇，以拓展視野，進(jìn)一步提升數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計能力。
需要說明的是，為方便學(xué)生應(yīng)用電路仿真軟件和EDA開發(fā)環(huán)境進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)分析與設(shè)計，同時為方便閱讀原始器件資料和進(jìn)行國際交流，本書采用國際通用的門電路符號。敬請讀者注意。
本書配套提供教學(xué)大綱、教學(xué)課件和習(xí)題解答，僅面向選用本書作為教材的高校教師。書中帶有*標(biāo)記的習(xí)題表示該習(xí)題的復(fù)雜度超出了基本教學(xué)要求，具有一定的挑戰(zhàn)性，與課程設(shè)計和電子設(shè)計競賽相關(guān)。
鑒于編者的水平，書中難免存在疏漏之處，懇請讀者提出批評意見和改進(jìn)建議。
編者2023年9月
張俊濤 陜西科技大學(xué)教授、碩士研究生導(dǎo)師，西北地區(qū)電子技術(shù)與線路教學(xué)改革研究會理事，中國電子學(xué)會電子線路教學(xué)與產(chǎn)業(yè)專家委員會委員。長期從事電類專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)和實踐、電子信息類專業(yè)課程教學(xué)以及軟件無線電、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用等領(lǐng)域的科研工作，先后講授模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)信號與系統(tǒng)EDA技術(shù)及應(yīng)用數(shù)字信號處理高頻電路和單片機原理及應(yīng)用等多門本科生課程以及電子系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究生課程，同時組織和指導(dǎo)全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、EDA/SOPC電子設(shè)計專題競賽和模數(shù)混合電路應(yīng)用設(shè)計競賽和藍(lán)橋杯競賽共20多屆，獲國家級獎30多項，省級獎300余項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。主持省部級及企業(yè)合作科研項目8項。授權(quán)國家發(fā)明專利2項，主編教材4部。
第一篇數(shù)字電路基礎(chǔ)
第1章數(shù)制與編碼
1.1數(shù)制
1.1.1十進(jìn)制
1.1.2二進(jìn)制
1.1.3十六進(jìn)制
1.1.4不同進(jìn)制的轉(zhuǎn)換
1.2補碼的應(yīng)用
1.3編碼
1.3.1十進(jìn)制編碼
1.3.2循環(huán)碼
1.3.3ASCII碼
本章小結(jié)
習(xí)題
第2章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)
2.1邏輯運算
2.1.1與邏輯
2.1.2或邏輯
2.1.3非邏輯
2.1.4兩種復(fù)合邏輯
2.1.5兩種特殊邏輯
2.2邏輯代數(shù)中的公式
2.2.1基本公式
2.2.2常用公式
2.2.3異或邏輯的應(yīng)用
2.3三種規(guī)則
2.3.1代入規(guī)則
2.3.2反演規(guī)則
2.3.3對偶規(guī)則
2.4邏輯函數(shù)的表示方法
2.4.1真值表
2.4.2函數(shù)表達(dá)式
2.4.3邏輯圖
2.4.4表示方法的相互轉(zhuǎn)換
2.5邏輯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式
2.5.1最小項表達(dá)式
2.5.2最大項表達(dá)式
2.6邏輯函數(shù)的化簡
2.6.1公式法
2.6.2卡諾圖法
*2.6.3QM化簡法
2.7無關(guān)項及其應(yīng)用
本章小結(jié)
習(xí)題
第二篇常用集成電路
第3章基本門電路
3.1分立器件門電路
3.1.1二極管與門
3.1.2二極管或門
3.1.3三極管反相器
3.2集成門電路
3.2.1CMOS反相器
3.2.2其他CMOS邏輯門
3.3兩種特殊門電路
3.4CMOS傳輸門
3.5設(shè)計實踐
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章組合邏輯器件
4.1組合邏輯電路概述
4.2組合邏輯電路的分析與設(shè)計
4.2.1組合邏輯電路設(shè)計
4.2.2組合邏輯電路分析
4.3常用組合邏輯器件
4.3.1編碼器
4.3.2譯碼器
4.3.3數(shù)據(jù)選擇器與數(shù)據(jù)分配器
4.3.4加法器
4.3.5數(shù)值比較器
4.3.6奇偶校驗器
4.4組合邏輯電路中的競爭冒險
4.4.1競爭冒險的概念
4.4.2競爭冒險現(xiàn)象的檢查方法
4.4.3競爭冒險現(xiàn)象的消除方法
4.5設(shè)計實踐
本章小結(jié)
習(xí)題
第5章鎖存器與觸發(fā)器
5.1基本鎖存器及其描述方法
5.2門控鎖存器
5.3脈沖觸發(fā)器
5.4邊沿觸發(fā)器
5.5鎖存器與觸發(fā)器的邏輯功能和動作特點
5.6鎖存器與觸發(fā)器的動態(tài)特性
5.6.1門控鎖存器的動態(tài)特性
5.6.2邊沿觸發(fā)器的動態(tài)特性
5.7設(shè)計實踐
本章小結(jié)
習(xí)題
第6章時序邏輯器件
6.1時序邏輯電路概述
6.2時序邏輯電路的功能描述
6.2.1狀態(tài)轉(zhuǎn)換表
6.2.2狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
6.2.3時序圖
6.3時序邏輯電路的分析與設(shè)計
6.3.1時序邏輯電路分析
6.3.2時序邏輯電路設(shè)計
6.4寄存器與移位寄存器
6.4.1寄存器
6.4.2移位寄存器
6.5計數(shù)器
6.5.1同步計數(shù)器設(shè)計
6.5.2異步計數(shù)器分析
6.5.3任意進(jìn)制計數(shù)器
6.5.4兩種特殊計數(shù)器
6.6兩種時序單元電路
6.6.1順序脈沖發(fā)生器
6.6.2序列信號產(chǎn)生器
6.7時序邏輯電路中的競爭冒險
6.7.1時鐘脈沖的特性
6.7.2時序邏輯電路可靠工作的條件
6.8設(shè)計實踐
6.8.1交通燈控制器設(shè)計1
6.8.2數(shù)字頻率計設(shè)計1
6.8.3數(shù)碼序列控制電路設(shè)計
本章小結(jié)
習(xí)題
第7章半導(dǎo)體存儲器
7.1ROM
7.2RAM
7.2.1靜態(tài)RAM
7.2.2動態(tài)RAM
7.3存儲容量的擴展
7.4ROM的應(yīng)用
7.4.1實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)
7.4.2實現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換
7.4.3構(gòu)成函數(shù)發(fā)生器
7.5設(shè)計實踐
7.5.1DDS信號源設(shè)計1
7.5.2LED點陣驅(qū)動電路設(shè)計
本章小結(jié)
習(xí)題
第8章脈沖電路
8.1描述脈沖的主要參數(shù)
8.2555定時器及應(yīng)用
8.2.1施密特電路
8.2.2單穩(wěn)態(tài)電路
8.2.3多諧振蕩器
8.3設(shè)計實踐
8.3.1音頻脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計
8.3.2簡易電子琴設(shè)計
本章小結(jié)
習(xí)題
第9章數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
9.1數(shù)/模轉(zhuǎn)換器
9.1.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器
9.1.2梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器
9.1.3D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)
9.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器
9.2.1采樣保持電路
9.2.2量化與編碼電路
9.2.3A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)
9.3設(shè)計實踐
9.3.1可控增益放大電路設(shè)計
9.3.2數(shù)控穩(wěn)壓電源設(shè)計
9.3.3溫度測量系統(tǒng)設(shè)計
本章小結(jié)
習(xí)題
第三篇數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計新技術(shù)
第10章EDA技術(shù)基礎(chǔ)
10.1EDA技術(shù)應(yīng)用要素
10.1.1可編程邏輯器件
10.1.2硬件描述語言
10.1.3EDA軟件
10.2Verilog HDL基礎(chǔ)
10.2.1模塊的基本結(jié)構(gòu)
10.2.2基本語法元素
10.2.3數(shù)據(jù)類型
10.3基元、運算符與操作符
10.3.1基元
10.3.2運算符與操作符
10.4三種功能描述方法
10.4.1結(jié)構(gòu)描述
10.4.2數(shù)據(jù)流描述
10.4.3行為描述
10.5設(shè)計實踐
本章小結(jié)
習(xí)題
第11章常用數(shù)字器件的描述
11.1組合邏輯器件的描述
11.1.1基本邏輯門
11.1.2編碼器
11.1.3譯碼器
11.1.4數(shù)據(jù)選擇器
11.1.5數(shù)值比較器
11.1.6三態(tài)緩沖器
11.1.7奇偶校驗器
11.2時序邏輯器件的描述
11.2.1觸發(fā)器
11.2.2寄存器
11.2.3計數(shù)器
11.3分頻器的描述
11.4存儲器的描述
11.5設(shè)計實踐
11.5.1數(shù)字頻率計設(shè)計2
11.5.2DDS信號源設(shè)計2
11.5.3鍵盤電子琴設(shè)計
本章小結(jié)
習(xí)題
第12章有限狀態(tài)機設(shè)計
12.1狀態(tài)機設(shè)計方法
12.2A/D轉(zhuǎn)換控制器設(shè)計
12.3周期法頻率計設(shè)計
12.4設(shè)計實踐
12.4.1交通燈控制器設(shè)計2
12.4.2等精度頻率計設(shè)計
12.4.3VGA時序控制器設(shè)計
本章小結(jié)
習(xí)題
附錄A常用門電路邏輯符號對照表
附錄B常用數(shù)字器件引腳速查
參考文獻(xiàn)
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