前言 对于高等院校相关专业的学生来说，“数字电子技术”是一门重要的专业基础课。本课程涉及的内容对学生后续课程的学习，以及从事相关专业工作，都是不可或缺的。 从内容上看，数字电子技术作为电子技术的重要组成部分，主要讨论的对象是数字逻辑电路与脉冲电路，采用的主要分析设计工具是逻辑代数。从思维过程来看，数字电子技术主要介绍电路中逻辑层面的思维。因此，本教材在数字电子电路的分析与设计中，主要篇幅放在逻辑层面知识的介绍上，使学生学会运用逻辑代数这一有效工具，对逻辑电路进行分析与设计。之所以这样处理，也是因为当前理工科学生(除微电子专业外)主要应用的是逻辑层面的知识，这样处理符合当前数字逻辑电路主要应用情形。 本次修订主要由李承、徐安静完成。主要修订之处有以下几部分： (1) 将第1版的8章内容扩展成10章内容。 (2) 将第1版的第1章分成第1章和第2章两章内容。第1章主要介绍数制与码制，第2章主要介绍逻辑代数基础。 (3) 第2、3、6、8章分别增加了部分习题和例题。第6章部分例题增加了时序波形分析。 (4) 增加了第10章VHDL硬件描述语言。考虑到当前软件与硬件结合得越来越密切，采用软件设计硬件已经成为 必要手段，因此，本书修订时增加了一章，讨论VHDL基本结构、语法基础、数据类型与运算、数字逻辑电路的VHDL实现方法，并详细介绍硬件描述电路的仿真方法。 (5) 修改了书中的部分错误与不当之处。 编者 2022年4月 前言 电子技术的发展经历了一百多年的历史。电子技术的整个发展过程都伴随着新型电子材料的发现及新型电子器件 的诞生。可以说，新型电子器件的诞生不断促进电子技术学科发生深刻变革。1904年Fleming发明了真空二极管，1906年 Lee De Forest发明了真空三极管，这是电子学发展史上重要的里程碑事件。也有人认为，晶体管是20世纪 电子技术最伟大的发明，它推动了信息技术革命，带动了产业革命，开辟了亿万个就业岗位，改变了人类社会工作方式和生活方式，奠定了现代文明社会的基础。从1947年世界上第一个晶体管诞生开始，相关领域技术与成果发展非常迅速。其标志性事件主要有： 1947年12月16日，贝尔实验室工作的William Shockley、John Bardeen、Walter Brattain三人成功地制造出第一个晶体管； 1950年William Shockley开发出双极晶体管(Bipolar Junction Transistor)，这是现在通行的标准晶体管； 1953年第一个采用晶体管的商业化设备助听器投入市场； 1954年第一台晶体管收音机投入市场； 1961年第一个集成电路专利授予Robert Noyce，这为电子设备小型化、微型化奠定了基础； 1965年摩尔定律诞生，Gordon Moore当时预测，未来，在一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍(10年后修正为每两年翻一倍)； 1968年罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童(Fairchild)半导体公司辞职，创立了一个新的企业，这就是英特尔(Intel)公司，Intel是“集成电子设备”(integrated electronics)的缩写。1969年，Intel公司成功开发出第一个PMOS硅栅晶体管，这些晶体管继续使用传统的二氧化硅栅介质，但是引入了新的多晶硅栅电极。1971年，Intel公司发布了第一个微处理器Intel 4004。Intel 4004规格为1/8英寸×1/16英寸，包含 2000多个晶体管，采用Intel 10μm PMOS技术生产。1978年，Intel公司标志性地把Intel 8088微处理器出售给IBM公司，使得IBM公司的个人计算机得到快速发展。Intel 8088处理器集成了2.9万个晶体管，运行频率分为5MHz、8MHz和10MHz。1982年 ，Intel 286微处理器(又称80286)推出，成为Intel公司的第一个16位处理器，Intel 286处理器集成了13400个晶体管，运行频率分为6MHz、8MHz、10MHz和12.5MHz。 1985年，Intel 386微处理器问世，其中集成了27.5万个晶体管，是最初Intel 4004晶体管数量的100多倍。Intel 386是32位芯片，具备多任务处理能力。1993年，Intel公司的奔腾处理器问世，含有300万个晶体管，采用Intel 0.8μm技术生产。1999年2月，Intel发布了Pentium Ⅲ处理器，集成度达到950万个晶体管，采用0.25μm技术生产。2002年1月，Intel Pentium 4处理器推出，高性能桌面台式计算机由此可实现每秒钟22亿个周期的运算。Pentium 4采用0.13μm技术生产，内含5500万个晶体管。2003年3月，针对笔记本的Intel迅驰移动技术平台诞生，包含了Intel最新的移动处理器，该处理器基于全新的移动优化微体系架构，采用0.13μm工艺生产，包含7700万个晶体管。2005年5月，Intel第一个主流双核处理器诞生，含有2.3亿个晶体管，采用90nm技术生产。2006年7月，Intel酷睿2双核处理器诞生，该处理器含有2.9亿多个晶体管，采用65nm技术生产。2007年1月，为扩大四核PC向主流买家的销售，Intel发布了针对桌面计算机的65nm制程的Intel酷睿2四核处理器，该处理器含有5.8亿多个晶体管。同年，Intel已经生产出了45nm微处理器。 历史上每次器件的创新与发明，都大大促进了相关电路与应用的发展，尤其是集成电路的发展，大大促进了电子技术的发展，使电子技术两大领域——“模拟电子技术”和“数字电子技术”都得到飞跃式进步。 本书介绍电子技术的一个分支，即数字电子技术。数字电子技术的特点是，电路中晶体管工作在开关状态，电路工作有一个统一的时钟信号控制，有一套完整的分析设计工具，即逻辑代数。因此，数字电路的分析与设计似乎更严格，更有理论依据。在当前的各种电子装置中，数字电路已占有很大比重。因此，学习数字电路与系统分析、设计，具有重要实际意义。 本书主要介绍数字电子技术的基本内容，包括数制与逻辑基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲的产生与整形、存储器和可编程逻辑器件、模拟量和数字量的转换等。 本教材是为我校机电类专业学生学习数字电子技术课程编写的，内容的取舍、安排主要考虑了要适合高等学校相关专业对数字电子技术课程的教学需要，特别是要适合学科交叉与融合的需要，同时也体现本学科的成果与技术发展现状。 根据机电类学生的教学要求，在教材编写中，对传统的教材内容作了必要的取舍，将学生最需要的基础知识和本课程的核心部分内容都做了一定的加深或扩充，便于学生学习。本书的特点有： (1) 在强调了基础知识的同时，注重了知识的应用。主要体现在对于电路的定性分析和定量计算时，都是从基本概念出发，避免了繁杂的公式推导。 (2) 加强了集成电路的内容，对集成电路的讨论强化“外部”淡化“内部”，使教材内容更符合电子技术发展的趋势。 (3) 体现了数字电子基础的工程性特点，既注重原理、分析方法等，也注重应用问题。 在本书编写中，我们力求内容丰富、重点突出、适应性强、体现发展等特点，既处理好重要内容、较重要内容与一般内容的关系； 也处理好打好基础、面向应用与新技术介绍的关系。本书的编写立足于有利于学生建立坚实基础、增强创新意识、培养实践能力； 立足于有利于学生学以致用，为解决实际工程问题打下基础。 本书由华中科技大学电工学课程组编写，其中，李承编写了第1~2章，张鄂亮编写了第3章，林红编写了第4~5章，徐安静编写了第6章，杨红权编写了第7~8章。李承、徐安静担任主编，并负责全书统稿。 由于工作繁忙，加上编者水平所限，错误与疏漏之处在所难免，恳请广大读者提出宝贵意见。 编者 2014年10月于华中科技大学

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