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贾立新著 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121307317

商品编码：29336305513

包装：平装-胶订

出版时间：2017-04-01

基本信息

书名：数字电路(第3版)

定价：45.00元

作者：贾立新著

出版社：电子工业出版社

出版日期：2017-04-01

ISBN：9787121307317

字数：

页码：

版次：3

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是浙江省精品课程重点建设教材，依据电子信息科学与电气信息类平台课程教学基本要求编写。全书共8章，主要内容包括：数字电路基础知识、数制和码制、逻辑代数基础、集成门电路，组合逻辑电路，锁存器、触发器和时序逻辑电路，半导体存储器，脉冲信号的产生与整形电路，数模与模数转换器，可编程逻辑器件，VHDL语言简介，数字系统设计基础等。每章安排了例题讲解、自我检测题、习题和实验题，并配套电子课件、习题参考答案等。

目录

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目 录

章 数字逻辑基础1
1.1 绪论1
1.1.1 模拟信号和数字信号1
1.1.2 模拟电路、数字电路和混合信号
电路2
1.1.3 数字电路的发展历史3
1.1.4 数字电路的优点4
1.2 数制和码制5
1.2.1 数制5
1.2.2 码制9
1.3 逻辑代数基础12
1.3.1 基本逻辑运算12
1.3.2 复合逻辑运算14
1.3.3 基本公式15
1.3.4 基本规则17
1.4 逻辑函数及其表示方法18
1.5 逻辑函数的两种标准形式21
1.6 逻辑函数的化简24
1.6.1 化简的意义24
1.6.2 公式化简法26
1.6.3 卡诺图化简法26
1.7 逻辑电路分析设计举例32
1.8 QuartusII软件的基本操作34
1.9 例题讲解44
本章小结47
自我检测题47
习题50
实验题52
第2章 集成门电路53
2.1 CMOS门电路53
2.1.1 MOS管的开关特性53
2.1.2 CMOS门电路的结构和工作
原理54
2.1.3 CMOS门电路的静态特性58
2.1.4 CMOS门电路的动态特性65
2.1.5 CMOS逻辑电路系列67
2.1.6 CMOS漏极开路门68
2.1.7 CMOS三态门71
2.1.8 CMOS传输门73
2.2 TTL门电路74
2.2.1 二极管和三极管的开关特性74
2.2.2 分立元件门电路76
2.2.3 LSTTL与非门78
2.2.4 LSTTL门电路的电气特性80
2.2.5 TTL集电极开路门和三态门83
2.3 BiCMOS门电路84
2.4 不同系列门电路的接口85
2.5 例题讲解88
本章小结91
自我检测题91
习题93
实验题98
第3章 组合逻辑电路100
3.1 编码器100
3.2 译码器104
3.3 数据选择器110
3.4 数值比较器114
3.5 加法器116
3.6 组合逻辑电路的竞争与冒险120
3.6.1 竞争冒险及其产生原因120
3.6.2 冒险现象的识别121
3.6.3 冒险现象的消除123
3.7 例题讲解124
本章小结127
自我检测题127
习题128
实验题131
第4章 时序逻辑电路133
4.1 锁存器133
4.1.1 基本SR锁存器133
4.1.2 钟控SR锁存器137
4.1.3 钟控D锁存器138
4.2 触发器141
4.2.1 主从D触发器141
4.2.2 维持阻塞D触发器143
4.2.3 其他功能的触发器144
4.2.4 触发器的动态参数145
4.3 计数器147
4.4 寄存器155
4.4.1 并行寄存器155
4.4.2 移位寄存器155
4.5 序列信号发生器159
4.6 时序逻辑电路的分析与设计164
4.6.1 概述164
4.6.2 同步时序逻辑电路的分析166
4.6.3 同步时序逻辑电路的设计169
4.6.4 异步时序逻辑电路的分析*177
4.7 例题讲解178
本章小结181
自我测验题182
习题185
实验题192
第5章 半导体存储器196
5.1 概述196
5.2 只读存储器197
5.3 静态存取存储器202
5.4 动态存取存储器205
本章小结207
自我检测题208
习题208
第6章 脉冲波形的产生与整形210
6.1 概述210
6.2 施密特触发器210
6.2.1 由CMOS门构成的施密特
触发器211
6.2.2 施密特触发器的应用213
6.3 多谐振荡器215
6.3.1 由CMOS门构成的多谐
振荡器215
6.3.2 CMOS石英晶体振荡器217
6.4 单稳态触发器218
6.4.1 由CMOS门构成的微分型
单稳态触发器218
6.4.2 集成单稳态触发器220
6.4.3 单稳态触发器的应用222
6.5 555定时器及应用223
6.5.1 CMOS集成定时器7555的
电路结构和工作原理223
6.5.2 555定时器构成的施密特
触发器224
6.5.3 555定时器构成的多谐
振荡器225
6.5.4 555定时器构成的单稳态
触发器227
本章小结229
自我检测题229
习题231
实验题235
第7章 数模与模数转换器236
7.1 概述236
7.2 D/A转换器236
7.2.1 D/A转换器的基本原理236
7.2.2 权电阻型D/A转换器237
7.2.3 R-2R网络型D/A转换器238
7.2.4 权电流型D/A转换器240
7.2.5 D/A转换器的主要技术
指标243
7.2.6 D/A转换器的典型应用245
7.3 A/D转换器246
7.3.1 A/D转换器的基本原理246
7.3.2 并行比较型A/D转换器249
7.3.3 逐次逼近型A/D转换器252
7.3.4 双积分型A/D转换器256
7.3.5 型A/D转换器*258
7.3.6 A/D转换器的主要技术
指标260
本章小结261
自我检测题261
习题262
实验题265
第8章 现代数字系统设计基础267
8.1 概述267
8.2 可编程逻辑器件268
8.2.1 可编程逻辑阵列PLA268
8.2.2 复杂可编程逻辑器件
CPLD271
8.2.3 现场可编程门阵列FPGA273
8.3 VHDL语言简介278
8.3.1 概述278
8.3.2 VHDL的语言要素281
8.3.3 VHDL程序的基本结构284
8.3.4 VHDL程序的句法286
8.3.5 常量、变量与信号292
8.4 数字系统设计实例294
8.4.1 4位数字频率计设计294
8.4.2 4位数字乘法器设计297
本章小结304
自我检测题305
习题306
实验题307
附录A 常用集成芯片引脚排列310
附录B EDA-3型数字数字电路学习板312
自我检测题答案314
参考文献316

作者介绍

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贾立新，男，浙江工业大学副教授，长期从事电类基础课程、电子设计专业课程教学，全国电子设计竞赛获奖团队导师，出版多部教材，教学、写作经验丰富。

文摘

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序言

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《数字电路（第3版）》 引言 数字电路作为现代电子信息技术的核心基石，其重要性不言而喻。从我们日常使用的智能手机、电脑，到通信网络、工业自动化、航空航天等高端领域，无不依赖于精巧而高效的数字电路设计与实现。本书《数字电路（第3版）》旨在为读者系统地、深入地剖析数字电路的原理、设计方法和实际应用，从而培养掌握数字电路设计与分析能力的专业人才。本版在继承前两版经典内容的基础上，结合了数字技术发展的新趋势和教学实践的经验，进行了全面更新和优化，力求内容前沿、讲解透彻、案例丰富，能够满足本科生、研究生以及相关工程技术人员的学习和研究需求。 第一章 绪论 本章将为读者搭建起数字电路学习的宏观框架，介绍数字电路的基本概念、发展历程以及在当今社会中的重要地位。我们将从模拟信号与数字信号的本质区别入手，阐述数字信号处理的优势，从而引出数字电路的研究对象——由基本逻辑门组成的复杂系统。本章还将简要回顾数字电路技术从早期晶体管逻辑（TTL）、金属氧化物半导体（MOS）到如今集成电路（IC）大规模发展的历史进程，以及其在各个领域展现出的巨大潜力。通过本章的学习，读者将对数字电路有一个初步的、清晰的认识，并激发深入学习的兴趣。 第二章 二进制数制与逻辑代数基础 数字电路的基石是二进制数制和逻辑代数。本章将详细介绍二进制、十进制、十六进制等常用数制的相互转换方法，以及它们在数字系统中的表示方式，如原码、补码、反码等。在此基础上，我们将深入探讨布尔代数（也称逻辑代数）的基本公理、定理和运算规则，如逻辑与（AND）、逻辑或（OR）、逻辑非（NOT）等基本逻辑运算。通过对逻辑函数的化简、最小项、最大项等概念的掌握，读者将学会如何用最简洁的逻辑表达式来描述和实现数字电路的功能。本章是后续章节学习的必备基础，务必理解和掌握其核心内容。 第三章 组合逻辑电路 组合逻辑电路是数字电路中最基本的一类电路，其输出仅取决于当前时刻的输入信号，不包含记忆功能。本章将从最基本的逻辑门（AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR、XNOR）开始，介绍它们的逻辑功能和电路实现。接着，我们将学习如何分析和设计各种常见的组合逻辑电路，包括译码器（Decoder）、编码器（Encoder）、数据选择器（Multiplexer/Selector）、加法器（Adder）、减法器（Subtractor）、比较器（Comparator）、奇偶校验电路（Parity Checker）等。我们将重点讲解这些电路的设计思路、卡诺图（Karnaugh Map）和Quine-McCluskey等化简方法，以及利用集成逻辑芯片实现这些功能。本章的学习将使读者能够独立设计和分析实现特定逻辑功能的组合逻辑电路。 第四章 时序逻辑电路 与组合逻辑电路不同，时序逻辑电路具有记忆功能，其输出不仅取决于当前输入，还与电路的“状态”（即过去的输入序列）有关。本章将重点介绍时序逻辑电路中的核心元件——触发器（Flip-Flop）。我们将详细讲解不同类型的触发器，如SR触发器、JK触发器、D触发器、T触发器，包括它们的逻辑功能、状态转移图、状态表以及时序特性。在此基础上，我们将进一步学习如何利用触发器构成寄存器（Register），用于存储并行数据，以及计数器（Counter），用于对脉冲信号进行计数。我们将分类介绍异步计数器和同步计数器，包括行波计数器、二进制计数器、十进制计数器、可预置计数器等。本章还将介绍时序逻辑电路的时序分析和设计方法，包括状态图、状态表、状态编码等，为设计更复杂的时序系统打下基础。 第五章 存储器 存储器是数字系统中不可或缺的组成部分，它负责存储数据和程序。本章将介绍不同类型的存储器，包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。我们将详细讲解RAM的种类，如静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM），以及它们的读写操作原理和结构特点。对于ROM，我们将介绍掩码ROM（MROM）、可编程ROM（PROM）、可擦写可编程ROM（EPROM）、电可擦写可编程ROM（EEPROM）等类型，并解释它们的工作方式和应用场景。本章还将简要介绍闪存（Flash Memory）等新型存储技术。理解存储器的结构和工作原理对于设计高效的数字系统至关重要。 第六章 可编程逻辑器件（PLD） 可编程逻辑器件（PLD）是现代数字电路设计中非常重要的一类器件，它允许用户在生产后对其逻辑功能进行配置。本章将介绍可编程逻辑器件的基本概念和发展历程，重点讲解通用阵列逻辑（GAL）、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）等主流PLD。我们将阐述它们的内部结构，如可编程逻辑阵列（PLA）、可编程阵列逻辑（PAL）、乘积项阵列（AND array）、或项阵列（OR array）、触发器等。本章还将介绍如何使用硬件描述语言（HDL），如Verilog HDL或VHDL，来描述和设计在PLD上的逻辑功能，以及相关的开发工具和流程。PLD的应用极大地提高了数字电路设计的灵活性和效率。 第七章 数模与模数转换 在许多实际应用中，数字电路需要与现实世界的模拟信号进行交互。本章将介绍数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）的工作原理和设计。我们将讲解不同类型的DAC，如权电阻型、R-2R梯形网络型等，并分析它们的精度、转换速度和线性度。对于ADC，我们将介绍其基本概念和不同工作原理，包括逐次逼近型、并行比较型、双积分型、sigma-delta型等。本章还将讨论采样定理、量化误差、混叠等与数字信号处理相关的重要概念。理解数模和模数转换器对于设计混合信号系统至关重要。 第八章 数字系统设计实例 本章将通过一系列具体的数字系统设计实例，将前面章节所学的理论知识融会贯通。我们将选择一些典型的、具有代表性的数字系统，如简易计算器、数码显示控制器、交通灯控制器、简单的微处理器模型等，详细讲解其设计步骤、逻辑框图、状态机设计、硬件描述语言实现以及仿真验证过程。这些实例将帮助读者巩固所学知识，理解不同模块之间的协同工作方式，并初步掌握解决实际数字系统设计问题的能力。 第九章 数字电路的故障诊断与测试 随着数字系统的复杂度不断提高，其可靠性和可维护性变得越来越重要。本章将介绍数字电路的故障诊断与测试技术。我们将讲解常见的数字电路故障类型，如短路、开路、逻辑错误等。然后，我们将介绍故障模型的建立，以及如何利用测试向量生成算法（如ATPG）来产生有效的测试序列。本章还将讨论故障覆盖率、故障模拟等概念，以及一些基本的故障诊断方法。掌握这些技术对于提高数字产品的质量和可靠性至关重要。 第十章 数字电路的最新发展趋势 数字电路技术仍在不断发展，本章将对数字电路领域的一些最新发展趋势进行展望。我们将介绍超大规模集成电路（VLSI）设计、低功耗数字电路设计、嵌入式系统设计、片上系统（SoC）设计等前沿技术。此外，我们还将探讨一些新兴领域，如人工智能（AI）芯片、量子计算中的数字逻辑基础等，以期为读者提供更广阔的视野和未来学习研究的方向。 总结 《数字电路（第3版）》力求成为一本内容全面、体系严谨、易于理解的数字电路教材。通过对本书的学习，读者将能够： 深刻理解二进制数制和逻辑代数的基本原理。 熟练掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计与分析方法。 了解各种存储器的原理和应用。 掌握使用可编程逻辑器件实现复杂数字系统的方法。 理解数模与模数转换器的基本工作原理。 通过实例学习数字系统的整体设计流程。 初步掌握数字电路的故障诊断与测试技术。 了解数字电路领域的最新发展动态。 本书的编写过程中，力求做到内容准确、图文并茂，并配有丰富的习题，帮助读者巩固和检验学习成果。我们相信，通过认真研读本书，读者一定能够建立起扎实的数字电路理论基础，为未来的学习和工作奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版真是让人眼前一亮，虽然是第三版，但整体感觉非常现代化，不像有些老教材那样陈旧晦涩。图文并茂这一点做得特别到位，无论是电路原理图还是波形图，都绘制得清晰明了，特别是那些复杂的组合逻辑和时序逻辑电路的解析图，通过不同的颜色和线条区分，即使是初学者也能很快抓住核心概念。作者在讲解一些基础的逻辑门和布尔代数化简时，用了很多形象的比喻，让抽象的逻辑运算变得生动起来。我记得有一章专门讲译码器和多路选择器，作者没有直接堆砌公式，而是用了一个“信息高速公路”的比喻，一下子就理解了它们在实际系统中的作用。另外，书中对一些关键概念的定义非常精确，脚注部分也提供了不少延伸阅读的线索，这对于想深入研究的读者来说简直是宝藏。整体阅读下来，感觉这本书在知识的深度和易读性之间找到了一个极佳的平衡点，不像某些大部头那样让人望而生畏，但知识点又足够扎实，足以应对一般的数字系统设计需求。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑性简直是教科书级别的流畅，从最底层的器件（比如二极管、三极管在开关电路中的应用）开始，逐步构建起复杂的集成电路模块，整个知识体系的搭建非常严谨，毫无跳跃感。特别是作者对半导体器件工作原理的阐述，没有过度深入到物理层面，而是聚焦于数字电路设计者最需要关心的“开关特性”和“阈值电压”，这一点把握得恰到好处。我过去在学习可编程逻辑器件（PLD）那部分时总是感到困惑，但这本书里对CPLD和FPGA的基本结构进行了细致的对比和分解，结合实例展示了如何进行逻辑功能的映射，让我第一次真正理解了“宏单元”和“查找表”的概念。读完这个章节，我立刻尝试用VHDL（虽然书中没有深入讲硬件描述语言，但理论基础已经打牢）去实现一个简单的状态机，感觉思路豁然开朗。对于系统架构层面的讨论也颇有洞见，它不仅仅是告诉我们“怎么做”，更重要的是解释了“为什么这样做”——比如为什么需要流水线、为什么同步电路比异步电路更可靠。

评分☆☆☆☆☆

不得不提的是，这本书的习题设计简直是“魔鬼级”的良心，它完全摒弃了那种死板的套公式计算，而是大量融入了实际工程中的故障排查和设计优化问题。我做完前面几章的例题后，感觉自己的“电路直觉”被极大地激发了。比如，有一道题要求设计一个具有特定消抖功能的按键输入电路，要求在不使用复杂时序逻辑的情况下，仅用基础门电路和RC电路实现，这种开放性的设计题迫使你必须综合运用所学的各种知识点进行权衡和取舍。再比如，书中关于时序逻辑中的竞争与冒险现象的分析，不仅给出了识别方法，还提供了多种消除策略，并且每种策略都附带了详细的真值表和波形图佐证，逻辑推演过程严密到无可挑剔。做完这些练习，我不再满足于仅仅停留在理论层面，而是开始思考如何将这些模块组合成一个可靠、高效的数字系统，这本书成功地将我从“电路学习者”推向了“系统设计者”的思维模式。

评分☆☆☆☆☆

这本书在对新技术的引入方面做得相当克制和到位，它没有盲目追求追逐时髦的最新技术，而是将重点放在了那些“永恒不变”的数字电路基础理论上，但同时，它也巧妙地将一些现代化的概念融入到经典理论的框架内。例如，在讨论存储器时，它并没有仅仅停留在SRAM和DRAM的基本单元结构上，而是通过对比不同存储器的访问速度和刷新机制，自然地引出了现代微处理器缓存层次结构的设计思想。此外，书中对时序分析的讲解，尤其是对建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的深入剖析，非常透彻，它通过跨时钟域信号传输的极端情况，形象地解释了这些参数的物理意义，这对于处理跨时钟域同步问题至关重要。这种将基础理论与前沿应用巧妙结合的方式，使得这本书的生命力得以延续，确保了读者学到的知识既能应对当前的硬件挑战，也能为未来的技术演进打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验的角度来看，作者的文字风格非常严谨又不失亲和力，没有过多的学术腔调，语言简洁有力，直击要害。最让我欣赏的是，书中对“为什么”的解释总是能找到最简洁的逻辑链条。比如在讲解触发器同步和异步置位/复位信号的区别时，作者用了一个“急救按钮”和“常规命令”的比喻，清晰地区分了它们在系统紧急状态下的优先级和作用范围。此外，该书的参考文献和术语索引做得非常详尽，如果你在阅读过程中对某个术语的来源或更专业的定义感兴趣，查阅起来非常方便。总而言之，这本书就像是一位经验丰富的老工程师在为你做一对一的辅导，他不仅告诉你公式是什么，更重要的是让你理解这个公式背后的物理意义和设计哲学，读完之后，那种对数字电路的敬畏感和掌控感会油然而生，极大地提升了解决实际问题的信心。