模擬電路與數字電路（微課版）

哈尔滨理工大学计算机科学与技术学科教师，硕士研究生导师，计算机学院“数字电路及逻辑”、“计算机组成原理”课程负责人

第 1章 1

緒論　1

1.1　模擬電子技術概念　2

1.1.1　模擬信號　2

1.1.2　模擬電子技術　2

1.2　數字電子技術概念　3

1.2.1　數字信號　3

1.2.2　數字電子技術　3

1.3　模擬電子技術和數字電子技術的應用及發展趨勢　3

第　2章　5

電路基礎　5

2.1.1　電路元件及模型　6

2.1.2　電流、電壓及功率　6

2.2　電路基本元件　8

2.2.1　電阻　9

2.2.2　電感　9

2.2.3　電容　10

2.3　獨立電源元件　11

2.3.1　理想電壓源和電流源　11

2.3.2　實際電源的模型　11

2.4　基爾霍夫定律　13

2.4.1　基爾霍夫電流定律　13

2.4.2　基爾霍夫電壓定律　13

2.4.3　支路電流法　14

2.5　疊加定理與等效電源定理　15

2.5.1　疊加定理　15

2.5.2　等效電源定理　16

本章小結　18

習　題　18

第3章　20

模擬電子元件　20

3.1　二極管　21

3.1.1　PN結　21

3.1.2　二極管的基本知識　22

3.1.3　特殊二極管　25

3.2　三極管　27

3.2.1　基本結構　28

3.2.2　電流分配與放大作用　28

3.2.3　特性曲線和主要參數　29

3.2.4　三極管的開關特性　33

3.3　場效應管　34

3.3.1　場效應管的分類、結構　34

3.3.2　場效應管的工作原理　36

3.3.3　場效應管的特性曲線和主要參數　37

3.3.4　場效應管與三極管的比較　39

本章小結　40

習　題　40

第4章　43

分立元件基本電路　43

4.1　共發射極放大電路　44

4.1.1　電路組成　44

4.1.2　靜態分析　45

4.1.3　動態分析　47

4.2　共集電極放大電路　49

4.2.1　電路結構　49

4.2.2　靜態分析　50

4.2.3　動態分析　51

4.3　分立元件組成的基本門電路　51

4.3.1　與門電路　52

4.3.2　或門電路　53

4.3.3　非門電路　54

本章小結　55

習　題　56

第5章　58

數字電路基礎　58

5.1　數字信號與數字電路　59

5.1.1　數字信號　59

5.1.2　數字電路及其分類　59

5.2　數制　60

5.2.1　十進制　60

5.2.2　二進制　61

5.2.3　八進制　61

5.2.4　十六進制　61

5.3　數制轉換　62

5.3.1　非十進制數轉換為十進制數　62

5.3.2　將十進制數轉換成二進制數　62

5.3.3　二進制、八進制及十六進制間的互相轉換　63

5.4　帶符號二進制數的代碼表示及算術運算　64

5.4.1　二進制數的表示方法　64

5.4.2　二進制數算數運算　66

5.5　碼制　69

5.5.1　十進制數的二進制編碼　69

5.5.2　可靠性代碼　70

5.5.3　字符代碼　71

本章小結　71

習　題　72

第6章　74

邏輯代數基礎　74

6.1　邏輯代數基本概念　75

6.1.1　邏輯變量與邏輯函數　75

6.1.2　邏輯運算　75

6.2　邏輯代數的基本定律和運算規則　77

6.2.1　邏輯代數的基本定律和常用公式　77

6.2.2　邏輯代數運算規則　78

6.3　邏輯函數的表示方法及轉換　79

6.3.1　邏輯函數表示方法　79

6.3.2　邏輯函數表達式的基本形式　80

6.3.3　邏輯函數表達式的標準形式　80

6.3.4　邏輯函數表達式的轉換　82

6.4　邏輯函數化簡　84

6.4.1　公式化簡法　84

6.4.2　卡諾圖化簡法　85

6.4.3　具有無關項的邏輯函數及其化簡　89

本章小結　90

習　題　90

第7章　92

組合邏輯電路　92

7.1.1　組合邏輯電路分析步驟　93

7.1.2　組合邏輯電路的分析舉例　93

7.2　組合邏輯電路設計　95

7.2.1　組合邏輯電路設計步驟　95

7.2.2　組合邏輯電路的設計舉例　96

7.3　加法器　99

7.3.1　半加器　99

7.3.2　一位全加器　99

7.3.3　逐位進位加法器（串行進位加法器）　99

7.3.4　超前進位加法器（並行進位加法器）　100

7.4　編碼器　100

7.4.1　二進制編碼器　101

7.4.2　二-十進制編碼器　103

7.5　解碼器　105

7.5.1　二進制解碼器　105

7.5.2　二-十進制解碼器　109

7.5.3　顯示解碼器　110

7.6　數據選擇器和數據分配器　113

7.6.1　數據選擇器　113

7.6.2　數據分配器　116

7.7　組合邏輯電路的競爭與冒險　117

7.7.1　競爭冒險及產生原因　117

7.7.2　競爭冒險現象判斷方法　117

7.7.3　消除競爭冒險的方法　118

本章小結　119

習　題　120

第8章　123

觸發器　123

8.1　基本RS觸發器　124

8.1.1　基本RS觸發器的結構　124

8.1.2　基本RS觸發器工作原理　124

8.1.3　基本RS觸發器功能的描述方法　125

8.2　同步RS觸發器　127

8.2.1　同步RS觸發器的結構　128

8.2.2　同步RS觸發器工作原理　128

8.2.3　同步RS觸發器功能的描述方法　129

8.3　JK觸發器　130

8.3.1　JK觸發器的結構　131

8.3.2　JK觸發器工作原理　131

8.3.3　JK觸發器功能的描述方法　132

8.4　D觸發器　133

8.4.1　D觸發器的結構　133

8.4.2　D觸發器工作原理　133

8.4.3　D觸發器功能的描述方法　134

8.5　T觸發器和T′觸發器　135

8.5.1　T觸發器和T′觸發器的結構　135

8.5.2　T觸發器工作原理　135

8.5.3　T觸發器功能的描述方法　136

8.6　觸發器的功能轉換　137

8.6.1　JK觸發器構成D、T和T′觸發器　137

8.6.2　D觸發器轉換成JK、T觸發器和T′觸發器　138

8.7　集成觸發器　138

8.7.1　常用集成觸發器　139

8.7.2　集成觸發器應用　140

本章小結　142

習　題　143

第9章　145

時序邏輯電路　145

9.1　時序邏輯電路概述　146

9.1.1　時序邏輯電路結構及特點　146

9.1.2　時序邏輯電路的分類　147

9.1.3　時序邏輯電路的描述　147

9.2　時序邏輯電路的分析　148

9.2.1　同步時序邏輯電路分析　149

9.2.2　異步時序邏輯電路分析　152

9.3　時序邏輯電路的設計　154

9.3.1　同步時序邏輯電路的設計　154

9.3.2　同步時序邏輯電路設計舉例　160

7.3.3　異步時序邏輯電路的設計　167

9.4　計數器　170

9.4.1　二進制計數器　170

9.4.2　十進制計數器　179

9.4.3　任意進制計數器　181

9.5　寄存器　183

9.5.1　數碼寄存器　184

9.5.2　移位寄存器　184

本章小結　187

習　題　188

第　10章　190

邏輯電路的自動化設計　190

10.1　邏輯電路自動化設計流程　191

10.1.1　Quartus Ⅱ 簡介　191

10.1.2　自動化設計流程　191

10.2　原理圖輸入法組合邏輯電路設計　193

10.2.1　編輯輸入圖形文件　193

10.2.2　編譯設計文件　197

10.2.3　時序模擬測試電路　201

10.2.4　引腳鎖定　204

10.2.5　編程下載設計文件　205

10.3　Verilog HDL語言　206

10.3.1　Verilog HDL語言基本要素　206

10.3.2　Verilog HDL 基本語句　212

10.3.3　Verilog HDL語言其他結構　217

10.4　Verilog HDL語言輸入法邏輯電路設計　220

10.4.1　Verilog HDL語言實現組合邏輯電路設計　221

10.4.2　Verilog HDL語言實現時序邏輯電路設計　223

10.4.3　有限狀態機設計　224

本章小結　225

習　題　226

第　11章　227

集成運算放大器　227

11.1　集成運算放大器的基本組成　228

11.1.1　基本組成　228

11.1.2　集成運放的圖形符號和信號輸入方式　229

11.1.3　集成運放的分類　230

11.2　差分放大電路　231

11.2.1　基本差分放大電路　231

11.2.2　輸入信號類型及電壓放大倍數　232

11.2.3　差分放大電路的輸入、輸出　234

11.2.4　差分放大器的改進　236

11.3　集成運算放大器的基本特徵　237

11.3.1　集成運放的主要參數　237

11.3.2　集成運放的理想化條件　238

11.3.3　理想集成運放的電壓傳輸特性　238

11.4　負反饋放大電路　239

11.4.1　反饋的基本概念　240

11.4.2　反饋的類型判斷　241

11.4.3　負反饋對放大電路性能的影響　243

11.5　集成運放線性運算方面的應用　245

11.5.1　比例運算電路　245

11.5.2　加、減運算電路　247

11.6　集成運放非線性運算方面的應用　249

11.6.1　單門限電壓比較器　249

11.6.2　過零電壓比較器　250

11.6.3　採取限幅的電壓比較器　251

11.6.4　應用舉例　251

本章小結　252

習　題　252

第　12章　255

信號發生電路　255

12.1　正弦波振盪電路　256

12.1.1　自激振盪電路的基本組成　256

12.1.2　自激振盪的條件　256

12.1.3　自激振盪的建立與穩幅　257

12.2　RC正弦波振盪電路　258

12.2.1　RC橋式正弦波振盪電路的組　258

12.2.2　RC串並聯選頻網絡　259

12.2.3　振盪頻率和穩幅措施　259

12.3　LC振盪電路　260

12.3.1　LC橋式正弦波振盪電路　260

12.3.2　三點式LC正弦波振盪電路　262

12.4　石英晶體振盪電路　264

12.4.1　石英晶體振盪電路　265

12.4.2　石英晶體振盪電路分析　265

本章小結　267

習　題　267

第　13章　269

脈沖波形產生和變換　269

13.1　555定時器　270

13.2　多諧振盪器、單穩態觸發器和施密特觸發器　272

13.2.1　多諧振盪器　272

13.2.2　單穩態觸發器　274

13.2.3　施密特觸發器　276

本章小結　277

習　題　278

第　14章　280

模-數（A/D）與數-模（D/A）轉換器　280

14.1　數-模（D/A）轉換器　281

14.1.1　T形電阻D/A轉換器　281

14.1.2　CC7520D/A轉換器　282

14.2　模-數（A/D）轉換器　283

14.2.1　逐次逼近型A/D轉換器　283

14.2.2　雙積分型A/D轉換器　286

本章小結　288

習　題　288

第　15章　289

模擬實驗　289

15.1　Multisim模擬軟件練習　290

15.1.1　實驗目的　290

15.1.2　Multisim工作界面　290

15.1.3　實驗內容　290

15.1.4　實驗報告　291

15.2　單管共發射極放大電路模擬實驗　291

15.2.1　實驗目的　291

15.2.2　實驗內容　291

15.2.3　實驗報告　292

15.3　解碼器功能模擬實驗　292

15.3.1　實驗目的　292

15.3.2　實驗內容　292

15.3.3　實驗報告　292

15.4　計數器功能模擬實驗　293

15.4.1　實驗目的　293

15.4.2　實驗內容　293

15.4.3　實驗報告　293

15.5　555定時器模擬實驗　294

15.5.1　實驗目的　294

15.5.2　實驗內容　294

15.5.3　實驗報告　294

15.6　脈沖發生器模擬實驗　295

15.6.1　實驗目的　295

15.6.2　實驗內容　295

15.6.3　實驗報告　295

15.7　8位移位寄存器模擬實驗　296

15.7.1　實驗目的　296

15.7.2　實驗內容　296

15.7.3　實驗報告　297