数字电子技术基础 夏路易 9787030352750 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：数字电子技术基础

定价：46.00元

作者：夏路易

出版社：科学出版社

出版日期：2012-08-01

ISBN：9787030352750

字数：62600

页码：

版次：5

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.558kg

编辑推荐

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可作为电子信息类、电气信息类、仪器仪表类各专业的教材，也可供其他相关工科专业使用，电子工程师、电子技术爱好者

内容提要

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《数字电子技术基础》内容包括数制与编码、逻辑代数、逻辑门电路、组合电路、触发器、时序电路、存储器、可编程逻辑器件、Verilog语言、脉冲整形与产生、数模与模数转换器、数字外围电路与QUARTUSⅡ软件的使用，并给出数十个数字电路大型作业题。《数字电子技术基础》还介绍多种数字元器件的技术参数、数字电路逻辑设计与直接设计方法，给出大量丰富的例题与习题，目的是使读者具有分析、设计与实现数字电路的能力。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《数字电子技术基础》图书简介（夏路易 9787030352750） 引言： 在信息爆炸、科技日新月异的时代，数字电子技术已成为现代社会不可或缺的基石。从我们日常使用的智能手机、电脑，到复杂的工业控制系统、通信网络，再到前沿的人工智能和物联网，无不建立在数字电子技术坚实的基础之上。掌握数字电子技术的核心原理与应用，不仅是电子信息类专业学生必备的知识体系，也为各行各业的工程师提供了强大的技术支撑和创新的驱动力。 本书《数字电子技术基础》，由夏路易教授主编，集多年教学与科研经验之大成，系统、深入地阐述了数字电子技术的基础理论、基本概念、基本单元电路以及典型组合逻辑和时序逻辑电路的设计与应用。本书旨在为读者构建一个全面而扎实的数字电子技术知识框架，培养严谨的逻辑思维能力和解决实际工程问题的能力，为进一步学习和研究更高级的数字系统和集成电路打下坚实的基础。 第一部分：绪论与数制、编码 数字电子技术的核心在于对离散信号的处理，而这一切的基石是对数字信息的表示和运算。本书开篇即从数字电子技术的发展历程、基本概念入手，引导读者理解数字技术与模拟技术的本质区别，以及数字电子技术在现代科技中的重要地位。 随后，本书深入探讨了数制与编码这一基础而至关重要的概念。我们学习二进制（Binary）、八进制（Octal）、十进制（Decimal）和十六进制（Hexadecimal）等常见数制，并掌握它们之间的相互转换方法。理解不同数制在计算机和数字系统中的应用场景，例如二进制作为计算机内部最基本的表示方式，十六进制常用于代码表示和存储器地址的简化表示，对于深入理解底层工作原理至关重要。 在此基础上，本书详细介绍了各种编码方式。我们不仅学习了BCD码（Binary-Coded Decimal），它将十进制的每一位用四位二进制表示，方便人机交互；还深入探讨了格雷码（Gray Code），它相邻的两个数只有一位二进制码不同，在某些应用中能有效减少开关抖动和提高可靠性。此外，对于数值运算至关重要的带符号数的表示方法，如原码（Sign-Magnitude）、反码（One's Complement）和补码（Two's Complement），都进行了详尽的阐述和对比分析。特别是补码，作为现代计算机中最常用的表示方法，其运算特性与硬件实现的高效性，本书将给予充分的介绍。掌握这些基础的数制和编码知识，是理解后续逻辑运算和电路设计的前提。 第二部分：逻辑门电路与基本逻辑运算 数字电路的核心在于逻辑运算，而逻辑门电路是实现这些运算的基本单元。本书在数制和编码的基础上，引入了逻辑代数（Boolean Algebra）这一强大的数学工具。我们学习布尔代数的基本公理、定理，如代换定理、德摩根定理等，并掌握如何运用这些定理对逻辑表达式进行化简，从而简化电路设计，降低硬件成本和功耗。 本书详细介绍了最基本的逻辑门电路：与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）。这些门电路的逻辑功能、真值表、逻辑符号以及电路实现都将一一呈现。在此基础上，进一步介绍了更复杂的逻辑门电路，如与非门（NAND）、或非门（NOR）、异或门（XOR）和同或门（XNOR）。这些基本门电路的组合，构成了所有数字电路的基础。 本书还强调了逻辑函数的表示方法，包括逻辑框图、逻辑表达式和真值表，并教授读者如何根据需求从一种表示法转换到另一种表示法。通过大量实例，读者将学会如何将实际问题抽象成逻辑函数，并通过逻辑代数化简得到最简的逻辑表达式，为后续的电路设计打下基础。 第三部分：组合逻辑电路 组合逻辑电路是数字电路设计中的重要组成部分，其特点是任意时刻的输出仅仅取决于当前输入的逻辑组合，而与过去的状态无关。本书系统地讲解了组合逻辑电路的设计方法和典型应用。 我们将从逻辑函数的化简入手，介绍卡诺图（Karnaugh Map）化简法，这是一种直观、有效的方法，能够帮助我们找到逻辑函数的最小项之和或最大项之积形式。卡诺图化简法对于理解和设计小型逻辑电路尤为重要。 随后，本书将介绍复杂组合逻辑电路的设计。我们将学习如何设计和实现编码器（Encoder）和译码器（Decoder）。编码器能够将一组输入信号转换成一种二进制代码，例如键盘输入转换；译码器则能将二进制代码转换成一组输出信号，例如控制显示器的段码显示。 接着，本书将深入讲解数据选择器（Multiplexer，简称MUX）和数据分配器（Demultiplexer，简称DEMUX）。数据选择器相当于一个多路开关，能够根据选择信号从多个输入中选择一个送到输出；数据分配器则相反，将一个输入信号分配到多个输出中的一个。这些器件在数据传输、信号路由等方面有着广泛的应用。 此外，本书还将介绍加法器（Adder）和减法器（Subtractor）等算术逻辑单元（ALU）的基本组成部分。我们将学习半加器、全加器以及它们如何构成并行加法器，实现二进制数的加法运算。减法器的实现通常基于加法器和补码运算。 最后，本书还将触及并行比较器（Comparator）等逻辑电路，它们能够比较两个二进制数的大小。通过对这些典型组合逻辑电路的学习，读者将掌握组合逻辑电路的设计流程和基本构建模块。 第四部分：时序逻辑电路 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有关，因此具有“记忆”功能。时序逻辑电路是构成各种存储器、计数器、控制器等数字系统的核心。 本书将从最基本的触发器（Flip-Flop）讲起。我们将详细介绍各种类型的触发器，包括SR触发器、JK触发器、D触发器和T触发器。对于每种触发器，都会阐述其工作原理、状态转移图、时序图以及电路实现。理解触发器的工作原理，是掌握所有时序逻辑电路的基础。 在此基础上，本书将介绍触发器的集成应用，包括寄存器（Register）和移位寄存器（Shift Register）。寄存器用于存储一个字的信息，而移位寄存器则能够实现数据的串行输入/输出或并行输入/输出，是实现串行通信、序列发生器等的重要器件。 接着，本书将重点介绍计数器（Counter）。我们将学习异步计数器（Ripple Counter）和同步计数器（Synchronous Counter）的设计与实现。计数器能够按照预定的顺序对输入脉冲进行计数，其应用范围极广，例如频率分频、定时器、数字显示控制等。本书将涵盖各种类型的计数器，如二进制计数器、十进制计数器（BCD计数器）、可逆计数器等。 此外，本书还将引入状态机（State Machine）的概念，并介绍有限状态机（Finite State Machine，FSM）的两种基本模型：摩尔（Moore）模型和米利（Mealy）模型。状态机是描述和设计复杂时序逻辑系统的强大工具，广泛应用于控制器设计、序列检测器等。 第五部分：存储器 存储器是数字系统的重要组成部分，用于长期或短期地保存数据和程序。本书将介绍各种类型的数字存储器。 我们将从随机存取存储器（RAM）开始，讲解其工作原理，并区分静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的结构和特点。SRAM读写速度快，但功耗大，成本高；DRAM读写速度相对较慢，但功耗低，存储密度高，成本低，是当前计算机内存的主流。 随后，本书将介绍只读存储器（ROM），包括掩膜ROM（MROM）、可编程ROM（PROM）、可擦写可编程ROM（EPROM）和电可擦可编程ROM（EEPROM）。ROM中的数据在生产后不可更改，或可编程但不可轻易擦写，主要用于存储固定程序或查找表。 本书还将介绍闪存（Flash Memory）这一现代存储技术，它结合了ROM和RAM的优点，具有高速读写、非易失性、高密度和低功耗等特点，广泛应用于固态硬盘、U盘、SD卡等设备。 第六部分：半导体存储器与集成电路基础 为了更深入地理解数字电路的实现，本书将对半导体存储器的器件结构进行初步介绍，包括MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）作为基本开关元件，以及它们如何构成存储单元（如SRAM的交叉耦合触发器结构，DRAM的电容存储结构）。 同时，本书还将介绍集成电路（Integrated Circuit，IC）的基本概念，包括单片集成电路（Monolithic IC）和混合集成电路（Hybrid IC）的定义。我们将了解集成电路的制造工艺流程（如光刻、外延、扩散、离子注入、金属化等）的简要概述，以及常见的集成电路封装形式。 此外，本书还会介绍标准逻辑系列（如TTL和CMOS）的基本特性和工作原理，对比它们的优缺点，以及在不同应用场景下的选择考量。了解这些基础的集成电路知识，有助于读者理解数字电路是如何被集成到芯片中，以及如何选择和使用不同的集成电路器件。 第七部分：半导体存储器内部结构与工作原理 在本部分，本书将更详细地剖析几种核心的半导体存储器，例如： SRAM（静态随机存取存储器）：深入讲解SRAM单元的存储原理，通常采用交叉耦合的锁存器结构，如六管CMOS SRAM单元。分析其读写操作的时序和电路实现。 DRAM（动态随机存取存储器）：详细介绍DRAM单元的基本结构——一个MOSFET和一个电容。解释电容存储电荷的原理，以及为什么DRAM需要周期性的刷新操作来维持数据。介绍DRAM的读出和写入过程，以及其关键性能指标。 ROM（只读存储器）：介绍不同类型ROM的存储原理。例如，掩膜ROM的熔断线结构，PROM的熔断二极管阵列，EPROM的浮栅结构以及EEPROM的隧道氧化层结构。分析它们各自的编程和读取方式。 FLASH存储器：深入探讨FLASH存储器的核心——浮栅晶体管（Floating-Gate Transistor）的工作原理。详细介绍其擦除、写入和读取操作的过程，以及为什么它被广泛应用于固态存储。 通过对这些存储器内部结构的深入剖析，读者将能更深刻地理解数字信息是如何被可靠地存储和读取的，以及不同存储器技术之间的权衡和选择。 第八部分：数字集成电路基础 本部分将聚焦于数字集成电路（Digital IC）的更底层原理和设计基础。 MOSFET的工作原理：深入讲解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）作为数字电路中最基本的开关器件。分析其导通、截止等工作状态，理解其阈值电压、漏极电流与栅极电压、漏极电压之间的关系。介绍n沟道MOSFET（NMOS）和p沟道MOSFET（PMOS）的特性。 CMOS逻辑门电路：详细阐述CMOS（互补金属氧化物半导体）技术如何实现与门、或门、非门等基本逻辑门电路。分析CMOS电路的结构、功耗特性（如静态功耗极低）以及噪声容限。 CMOS传输门和多路选择器：介绍CMOS传输门（Transmission Gate）这一重要的高效开关元件，以及如何利用它构建更复杂的逻辑功能，如CMOS多路选择器。 集成电路设计流程概览：简要介绍现代数字集成电路的设计流程，包括逻辑设计、电路设计、版图设计、物理验证、制造和测试等主要环节。让读者对大规模数字集成电路的生产过程有一个宏观的认识。 数字集成电路的封装与互连：介绍常见的数字集成电路封装类型（如DIP、SOP、QFP、BGA等），以及它们在PCB（Printed Circuit Board）上的安装方式。简要讨论集成电路芯片之间的互连和信号传输问题。 通过学习本部分内容，读者将对数字电路在微观层面的实现机制有更清晰的认识，为理解更高层次的数字系统设计和微处理器工作原理打下坚实的基础。 第九部分：数字系统的应用与发展趋势 本书在系统讲授了数字电子技术的基础知识后，将视野拓展至数字系统的实际应用与未来发展。 典型数字系统实例分析：本书将通过若干实际的数字系统案例，巩固所学知识。例如，一个简单的数字钟、一个小型数据采集系统、或者一个基础的数字控制器。通过这些案例，读者可以学习如何将前面章节的知识融会贯通，进行实际的系统设计。 可编程逻辑器件（PLD）：介绍可编程逻辑器件（PLD）的概念，包括PLA（可编程逻辑阵列）、PAL（可编程阵列逻辑）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）。重点讲解FPGA（现场可编程门阵列）的结构、工作原理和设计流程。PLD的出现极大地简化了数字系统的开发和原型验证过程。 数字信号处理（DSP）简介：对数字信号处理（DSP）技术进行初步介绍，说明其在音频、视频、通信等领域的广泛应用，并简要提及DSP芯片的功能和特点。 未来发展趋势：展望数字电子技术的未来发展方向，如超大规模集成电路（VLSI）的进一步发展、低功耗设计技术、新兴存储技术、量子计算与数字电子技术的结合、以及人工智能硬件等前沿领域。 结论： 《数字电子技术基础》以其严谨的逻辑、清晰的结构、丰富的实例和深入浅出的讲解，为读者提供了一个全面而扎实的数字电子技术学习平台。本书不仅注重理论知识的传授，更强调实践能力的培养，力求让读者在掌握基本原理的同时，也能初步具备分析和解决实际工程问题的能力。无论是电子信息类专业的学生，还是对数字技术感兴趣的工程师，本书都将是您开启数字世界探索之旅的理想伴侣。通过本书的学习，您将能够深刻理解数字电子技术的核心魅力，并为在数字时代的大潮中勇立潮头奠定坚实的基础。