数字电路与逻辑设计(慕课版 支持AR交互)

战略性新兴领域“十四五”高等教育教材,重塑课程知识体系,理论实践紧密结合,巧妙融入新形态元素,支持开展混合式教学。
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孙文生 (作者) 978-7-115-63237-1

关于本书的内容有任何问题,请联系 人邮社 王宣

1. 重塑课程知识体系,统筹协调内容布局。
2. 理论实践紧密结合,扎实提高实践能力。
3. 引入“启迪式”与“沉浸式”素质教育新模态,实现价值引领与使命担当教育。
4. 巧妙融入新形态元素(如AR交互动画),助力读者高效自学。
5. 配套立体化教辅资源,支持开展混合式教学。

特别说明

本书系战略性新兴领域“十四五”高等教育教材。

内容摘要

本书是在“新工科”背景下将纸质图书、讲解视频、AR交互动画和电子文档等多种元素紧密结合的新形态教材。
本书分为四部分。第一部分讲述数字电子技术基础,共3章,分别为数制与编码、逻辑代数基础和逻辑门电路。第二部分讲述组合与时序逻辑电路,共3章,分别为组合逻辑电路、触发器和时序逻辑电路。第三部分讲述可编程逻辑电路,共2章,分别为存储器及可编程逻辑器件、硬件描述语言Verilog HDL。第四部分讲述信号与波形,共2章,分别为数模转换和模数转换、脉冲波形的产生与变换。本书知识体系完整、内容翔实宜读、表述缜密严谨、语言通俗易懂,注重理论与实践的结合,同时强调相关领域新技术的介绍与应用。
本书可作为高等院校电气类专业、自动化类专业、电子信息类专业、计算机类专业等的数字电路相关课程的教材,也可作为相关领域科技人员的参考书。

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目录

【章名目录】
第 1 章 数制与编码
第 2 章 逻辑代数基础
第 3 章 逻辑门电路
第 4 章 组合逻辑电路
第 5 章 触发器
第 6 章 时序逻辑电路
第 7 章 存储器及可编程逻辑器件
第 8 章 硬件描述语言Verilog HDL
第 9 章 数模转换和模数转换
第 10 章 脉冲波形的产生与变换

【详细目录】
第 1 章 数制与编码
1.1 数字信号与数字电路 2
1.2 数制 4
1.2.1 数制概述 4
1.2.2 不同数制间的转换 7
1.2.3 有符号二进制数 9
1.3 编码 13
1.3.1 二进制编码 13
1.3.2 二-十进制编码 13
1.3.3 可靠性编码 15
1.3.4 ASCII 17
1.4 拓展阅读与应用实践 18
1.5 本章小结 20
习题1 21

第 2 章 逻辑代数基础
2.1 逻辑变量与逻辑运算 23
2.1.1 3种基本逻辑运算 23
2.1.2 复合逻辑运算 24
2.1.3 逻辑代数中的基本公式和常用公式 26
2.1.4 逻辑代数的基本规则 28
2.1.5 正逻辑与负逻辑 29
2.2 逻辑函数及其表示方法 30
2.2.1 逻辑函数 30
2.2.2 逻辑函数的表示方法 31
2.2.3 逻辑函数的两种标准表达式 33
2.3 逻辑函数的化简 36
2.3.1 代数化简法 36
2.3.2 卡诺图化简法 38
2.4 含有无关项的逻辑函数及其化简 43
2.5 拓展阅读与应用实践 45
2.6 本章小结 47
习题2 47

第 3 章 逻辑门电路
3.1 半导体二极管门电路 51
3.1.1 二极管的开关特性 51
3.1.2 二极管与门电路 52
3.1.3 二极管或门电路 52
3.2 CMOS逻辑门 53
3.2.1 MOS管的开关特性 53
3.2.2 CMOS反相器 55
3.2.3 其他CMOS逻辑门电路 59
3.3 TTL集成逻辑门 65
3.3.1 双极型晶体管的开关特性 65
3.3.2 标准TTL与非门的电路结构和工作原理 66
3.3.3 集电极开路门电路 74
3.3.4 三态门 77
3.4 ECL逻辑门 79
3.4.1 ECL或/或非门的工作原理 79
3.4.2 ECL门的特点 80
3.5 拓展阅读与应用实践 81
3.5.1 TTL改进系列门电路简介 81
3.5.2 门电路驱动LED 84
3.5.3 逻辑电平及逻辑电平转换 86
3.5.4 功率开关器件 89
3.6 本章小结 90
习题3 91

第 4 章 组合逻辑电路
4.1 组合逻辑电路的特点 96
4.2 组合逻辑电路的分析 96
4.3 小规模组合逻辑电路的设计 98
4.3.1 由设计要求列真值表 99
4.3.2 逻辑函数的门电路实现 99
4.3.3 组合逻辑电路设计中的实际问题 101
4.3.4 组合逻辑电路设计实例 105
4.4 组合逻辑电路的冒险 107
4.4.1 逻辑冒险与消除方法 107
4.4.2 功能冒险与消除方法 111
4.4.3 动态冒险 113   
4.5 常用中规模组合逻辑器件 113
4.5.1 数码比较器 114
4.5.2 编码器与优先编码器 117
4.5.3 译 码器 120
4.5.4 数据选择器 128
4.5.5 数据分配器 133
4.6 拓展阅读与应用实践 136
4.7 本章小结 137
习题4 137

第 5 章 触发器
5.1 触发器的基本特性 142
5.2 基本RS触发器 142
5.2.1 电路结构及工作原理 142
5.2.2 描述触发器的方法 143
5.2.3 基本RS触发器的特点 145
5.3 钟控触发器 146
5.3.1 钟控RS触发器 146
5.3.2 钟控D触发器 147
5.3.3 钟控JK触发器 148
5.3.4 各种触发器的转换 149
5.3.5 钟控触发器的缺点 150
5.4 TTL主从触发器 150
5.4.1 基本工作原理 150
5.4.2 主从JK触发器的一次翻转 151
5.4.3 异步置0、置1输入 152
5.4.4 TTL主从触发器的特点 153
5.5 边沿触发器 153
5.5.1 负边沿JK触发器 154
5.5.2 维持-阻塞D触发器 155
5.5.3 触发器的逻辑符号 156
5.6 CMOS触发器 156
5.6.1 CMOS钟控D触发器 157
5.6.2 CMOS主从D触发器 157
5.6.3 CMOS主从JK触发器 159
5.7 拓展阅读与应用实践 159
5.8 本章小结 161
习题5 161

第 6 章 时序逻辑电路
6.1 时序逻辑电路概述 166
6.1.1 时序逻辑电路模型 166
6.1.2 基本时序逻辑电路 167
6.2 时序逻辑电路分析 168
6.2.1 时序逻辑电路分析方法 168
6.2.2 常用同步时序逻辑电路分析 170
6.2.3 异步时序逻辑电路分析 177
6.3 时序逻辑电路设计 179
6.3.1 常用时序逻辑电路设计方法 179
6.3.2 计数器设计 180
6.3.3 自启动设计 187
6.4 一般时序逻辑电路设计 190
6.4.1 时序逻辑电路设计步骤 190
6.4.2 时序逻辑电路设计举例 191
6.5 中规模时序集成电路及其应用 198
6.5.1 若干典型中规模集成电路 198
6.5.2 中规模集成电路应用 205
6.6 拓展阅读与应用实践 215
6.7 本章小结 218
习题6 219

第 7 章 存储器及可编程逻辑器件
7.1 存 储器 229
7.1.1 只读存储器 229
7.1.2 只读存储器的种类 230
7.1.3 随机存储器 233
7.1.4 扩展存储器容量 235
7.2 基于存储器实现逻辑处理 236
7.2.1 基于存储器实现组合逻辑 237
7.2.2 基于存储器实现时序逻辑 238
7.3 FPGA 241
7.3.1 FPGA的基本概念 242
7.3.2 FPGA的基本结构和原理 242
7.3.3 FPGA的开发流程 247
7.4 拓展阅读与应用实践 248
7.4.1 SPLD与EPLD 248
7.4.2 FPGA的发展历程 249
7.5 本章小结 250
习题7 250

第 8 章 硬件描述语言Verilog HDL
8.1 Verilog HDL简介 253
8.2 Verilog HDL程序的基本结构 254
8.3 Verilog HDL的数据类型、运算符和关键字 255
8.3.1 数据类型 255
8.3.2 运 算符 259
8.3.3 关 键字 263
8.4 Verilog HDL的语句与描述方式 263
8.4.1 Verilog HDL的语句 264
8.4.2 Verilog HDL的描述方式 276
8.5 Verilog HDL常用程序示例 280
8.5.1 组合逻辑 280
8.5.2 时序逻辑 282
8.6 拓展阅读与应用实践 284
8.6.1 通用计算机组成概述 284
8.6.2 基于Verilog HDL编写简单ALU 285
8.7 本章小结 287
习题8 287

第 9 章 数模转换和模数转换
9.1 数模转换器 290
9.1.1 数模转换的基本原理 290
9.1.2 权电阻解码网络DAC 291
9.1.3 T形电阻解码网络DAC 293
9.1.4 倒T形电阻解码网络DAC 294
*9.1.5 树状开关网络DAC 296
9.1.6 DAC的主要技术指标 297
9.2 模数转换器 299
9.2.1 模数转换器的基本原理 299
9.2.2 并行比较型ADC 302
9.2.3 逐次渐近型ADC 304
9.2.4 双积分型ADC 306
9.2.5 电压-频率变换型ADC 308
9.2.6 ADC的主要技术指标 309
9.3 拓展阅读与应用实践 310
9.4 本章小结 313
习题9 313

第 10 章 脉冲波形的产生与变换
10.1 波形的基础知识 320
10.2 施密特触发器 321
10.2.1 用门电路组成施密特触发器 321
10.2.2 施密特触发器的应用 322
10.3 单稳态触发器 323
10.3.1 用施密特触发器构成单稳态触发器 323
10.3.2 单稳态触发器的主要应用 324
10.4 多谐振荡器 325
10.4.1 由施密特触发器组成的多谐振荡器 325
*10.4.2 压控振荡器 326
10.4.3 石英晶体振荡器 327
10.5 555定时器及其应用 327
10.5.1 555定时器的结构及工作原理 328
10.5.2 由555定时器组成的施密特触发器 329
10.5.3 由555定时器组成的单稳态触发器 329
10.5.4 由555定时器组成的多谐振荡器 330
10.6 拓展阅读与应用实践 331
10.7 本章小结 334
习题10 334

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作者介绍

刘培植:
北京邮电大学教授,北京市教学名师,首批全国高校黄大年式教师团队成员,主要从事信息与通信系统研究,两项成果获部级科学技术进步奖三等奖;讲授“数字电路与逻辑设计”和“电子电路基础”等课程超35年,获国家级教改项目二等奖和北京市教改项目一等奖、二等奖等奖项;主编和参编教材共计4部,其中主编的《数字电路与逻辑设计》获评普通高等教育精品教材和“十一五”国家级规划教材。
孙文生:
北京邮电大学副教授,信息与通信工程学院“数字系统设计”课程负责人,长期从事本科生数字电路课程教学工作,2019年获评全国大学生电子设计竞赛优秀辅导教师荣誉称号,2021年获北京市高校教师教学创新大赛二等奖,2022年获北京市高等教育教学成果二等奖,2023年获全国电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛华北地区一等奖、全国二等奖。

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