數字電子技術項目教程（第2版）

項目 1 三人表決器電路的設計 ………………………………………………………………… 1
項目介紹 ………………………………………………………………………………… 1
學習目標 ………………………………………………………………………………… 1
任務 1. 1 認識數字電路 …………………………………………………………………… 2
1. 1. 1 模擬信號和數字信號 ……………………………………………………………… 2
1. 1. 2 數字電路的分類…………………………………………………………………… 2
1. 1. 3 數字電路的特點…………………………………………………………………… 3
1. 1. 4 數字電路的應用…………………………………………………………………… 4
任務 1. 2 認識數制與編碼 ………………………………………………………………… 4
1. 2. 1 數制 ……………………………………………………………………………… 4
1. 2. 2 不同數制間的轉換 ………………………………………………………………… 6
1. 2. 3 編碼 ……………………………………………………………………………… 8
任務 1. 3 學習邏輯代數 ………………………………………………………………… 10
1. 3. 1 邏輯代數中的常用運算 ………………………………………………………… 10
1. 3. 2 邏輯代數的基本公式、 定律及規則 ……………………………………………… 14
1. 3. 3 邏輯函數的表示方法及相互轉換 ………………………………………………… 17
1. 3. 4 邏輯函數的化簡 ………………………………………………………………… 19
1. 3. 5 利用 Multisim 模擬進行邏輯函數的化簡與轉換 …………………………………… 26
任務 1. 4 學習邏輯門電路 ……………………………………………………………… 29
1. 4. 1 分立元件門電路 ………………………………………………………………… 29
1. 4. 2 TTL 集成門電路 ………………………………………………………………… 31
1. 4. 3 CMOS 集成門電路 ……………………………………………………………… 36
1. 4. 4 TTL 集成電路與 CMOS 集成電路的使用常識 ……………………………………… 40
任務 1. 5 技能訓練: 74 系列邏輯門電路的功能測試 ………………………………… 42
任務 1. 6 技能訓練: 三人表決器電路的設計 ………………………………………… 46
項目小結 …………………………………………………………………………………… 48
習題 ………………………………………………………………………………………… 50
項目 2 數碼顯示電路的設計 ………………………………………………………………… 56
項目介紹………………………………………………………………………………… 56
學習目標………………………………………………………………………………… 56
任務 2. 1 組合邏輯電路的分析與設計 ………………………………………………… 56
2. 1. 1 組合邏輯電路的概念與特點 ……………………………………………………… 56
2. 1. 2 組合邏輯電路的分析方法………………………………………………………… 57
2. 1. 3 組合邏輯電路的設計方法………………………………………………………… 58
任務 2. 2 加法器和數值比較器 ………………………………………………………… 59
2. 2. 1 加法器 ………………………………………………………………………… 59
2. 2. 2 數值比較器 ……………………………………………………………………… 61
任務 2. 3 編碼器及其應用 ……………………………………………………………… 63
2. 3. 1 二進制編碼器 …………………………………………………………………… 64
2. 3. 2 優先編碼器 ……………………………………………………………………… 64
2. 3. 3 二 十進制編碼器 ………………………………………………………………… 66
任務 2. 4 解碼器及其應用 ……………………………………………………………… 67
2. 4. 1 二進制解碼器 …………………………………………………………………… 67
2. 4. 2 二 十進制解碼器 ………………………………………………………………… 71
2. 4. 3 顯示解碼器 ……………………………………………………………………… 72
任務 2. 5 數據選擇器、 數據分配器及其應用 ………………………………………… 76
2. 5. 1 數據選擇器和數據分配器………………………………………………………… 76
2. 5. 2 數據選擇器的邏輯功能 ………………………………………………………… 76
2. 5. 3 用數據選擇器實現組合邏輯函數 ………………………………………………… 79
任務 2. 6 技能訓練: 解碼器的邏輯功能測試及應用 ………………………………… 81
任務 2. 7 技能訓練: 數據選擇器的邏輯功能測試及應用 …………………………… 83
任務 2. 8 技能訓練: 用 Multisim 模擬實現組合邏輯電路 …………………………… 85
任務 2. 9 技能訓練: 用 Multisim 模擬設計數碼顯示電路 …………………………… 88
項目小結 …………………………………………………………………………………… 92
習題 ………………………………………………………………………………………… 93
項目 3 搶答器電路的設計 …………………………………………………………………… 98
項目介紹………………………………………………………………………………… 98
學習目標………………………………………………………………………………… 98
任務 3. 1 認識 RS 觸發器………………………………………………………………… 98
3. 1. 1 觸發器概述 ……………………………………………………………………… 99
3. 1. 2 基本 RS 觸發器 ………………………………………………………………… 99
3. 1. 3 同步 RS 觸發器 ………………………………………………………………… 102
3. 1. 4 集成鎖存器 …………………………………………………………………… 104
任務 3. 2 學習 D 觸發器………………………………………………………………… 105
3. 2. 1 同步 D 觸發器 ………………………………………………………………… 105
3. 2. 2 邊沿 D 觸發器 ………………………………………………………………… 107
3. 2. 3 集成邊沿 D 觸發器……………………………………………………………… 108
任務 3. 3 學習 JK 觸發器 ……………………………………………………………… 109
3. 3. 1 同步 JK 觸發器 ………………………………………………………………… 109
3. 3. 2 邊沿 JK 觸發器 ………………………………………………………………… 111
3. 3. 3 集成邊沿 JK 觸發器 …………………………………………………………… 112
任務 3. 4 觸發器的相互轉換 …………………………………………………………… 113
3. 4. 1 T 觸發器和 T′觸發器 …………………………………………………………… 113
3. 4. 2 用 JK 觸發器或 D 觸發器構成 T 觸發器和 T′觸發器 ……………………………… 114
3. 4. 3 用 JK 觸發器構成 D 觸發器……………………………………………………… 115
3. 4. 4 用 D 觸發器構成 JK 觸發器……………………………………………………… 116
任務 3. 5 技能訓練: 觸發器的邏輯功能測試及應用 ………………………………… 116
任務 3. 6 技能訓練: 4 路搶答器電路的設計 ………………………………………… 118
項目小結…………………………………………………………………………………… 123
習題………………………………………………………………………………………… 124
項目 4 簡易數字鐘電路的設計 ……………………………………………………………… 130
項目介紹 ……………………………………………………………………………… 130
學習目標 ……………………………………………………………………………… 130
任務 4. 1 時序邏輯電路的分析 ………………………………………………………… 130
4. 1. 1 時序邏輯電路的概述 …………………………………………………………… 130
4. 1. 2 同步時序邏輯電路的分析 ……………………………………………………… 131
4. 1. 3 異步時序邏輯電路的分析 ……………………………………………………… 134
任務 4. 2 學習計數器 …………………………………………………………………… 135
4. 2. 1 計數器的概述 ………………………………………………………………… 135
4. 2. 2 常用集成計數器的介紹 ………………………………………………………… 136
4. 2. 3 任意進制計數器的實現 ………………………………………………………… 141
4. 2. 4 集成計數器的應用 ……………………………………………………………… 149
任務 4. 3 學習寄存器和移位寄存器 …………………………………………………… 151
4. 3. 1 寄存器 ………………………………………………………………………… 151
4. 3. 2 移位寄存器 …………………………………………………………………… 152
4. 3. 3 移位寄存器的應用 ……………………………………………………………… 153
任務 4. 4 技能訓練: 集成計數器的功能測試及應用 ………………………………… 154
任務 4. 5 技能訓練: 移位寄存器的功能測試及應用 ………………………………… 158
任務 4. 6 技能訓練: 簡易數字鐘電路的模擬設計 …………………………………… 159
項目小結…………………………………………………………………………………… 166
習題………………………………………………………………………………………… 166
項目 5 雙音門鈴電路的設計 ………………………………………………………………… 171
項目介紹 ……………………………………………………………………………… 171
學習目標 ……………………………………………………………………………… 171
任務 5. 1 學習 555 定時器 ……………………………………………………………… 171
5. 1. 1 555 定時器的電路結構 ………………………………………………………… 172
5. 1. 2 555 定時器的工作原理和功能 …………………………………………………… 173
任務 5. 2 學習單穩態觸發器 …………………………………………………………… 174
5. 2. 1 由 555 定時器組成的單穩態觸發器 ……………………………………………… 174
5. 2. 2 集成單穩態觸發器 ……………………………………………………………… 175
5. 2. 3 單穩態觸發器的應用 …………………………………………………………… 177
任務 5. 3 學習施密特觸發器 …………………………………………………………… 178
5. 3. 1 由 555 定時器組成的施密特觸發器 ……………………………………………… 179
5. 3. 2 施密特觸發器的應用 …………………………………………………………… 179
任務 5. 4 學習多諧振盪器 ……………………………………………………………… 181
5. 4. 1 由 555 定時器構成的多諧振盪器………………………………………………… 181
5. 4. 2 其他多諧振盪器………………………………………………………………… 182
任務 5. 5 555 定時器應用實例與模擬 ………………………………………………… 183
5. 5. 1 簡易門鈴電路 ………………………………………………………………… 183
5. 5. 2 高溫報警電路 ………………………………………………………………… 184
5. 5. 3 模擬聲響電路 ………………………………………………………………… 184
5. 5. 4 秒脈沖發生器 ………………………………………………………………… 185
任務 5. 6 技能訓練: 雙音門鈴電路的設計 …………………………………………… 187
項目小結…………………………………………………………………………………… 189
習題………………………………………………………………………………………… 190
項目 6 數字電壓表電路的設計 ……………………………………………………………… 195
項目介紹 ……………………………………………………………………………… 195
學習目標 ……………………………………………………………………………… 195
任務 6. 1 認識 DAC …………………………………………………………………… 196
6. 1. 1 R-2R 倒 T 形電阻網絡 DAC …………………………………………………… 196
6. 1. 2 DAC 的主要技術指標 …………………………………………………………… 197
6. 1. 3 常用集成 DAC 及其應用 ………………………………………………………… 198
任務 6. 2 認識 ADC …………………………………………………………………… 201
6. 2. 1 A/ D 轉換的一般步驟 …………………………………………………………… 201
6. 2. 2 並聯比較型 ADC ……………………………………………………………… 203
6. 2. 3 ADC 的主要技術指標 …………………………………………………………… 205
6. 2. 4 常用集成 ADC 及其應用 ………………………………………………………… 205
任務 6. 3 技能訓練: 集成 DAC 和集成 ADC 的應用 ………………………………… 208
任務 6. 4 技能訓練: 直流數字電壓表的設計 ………………………………………… 211
項目小結…………………………………………………………………………………… 216
習題………………………………………………………………………………………… 217
附錄 A 習題參考答案………………………………………………………………………… 221
附錄 B 常用集成芯片的引腳排列…………………………………………………………… 225
參考文獻………………………………………………………………………………………… 228