数字集成电路：原理、设计、测试与应用

集成电路就是通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的微型电子电路电路。集成电路是当今信息产业的粮食和动能，在各行各业中发挥着极其重要的作用。尤其是伴随人工智能、智能制造、汽车电子、物联网、5G等为代表的新兴产业的快速崛起，集成电路也成为了我国技术发展的核心。集成电路产业是国家重点鼓励、扶持的战略性新兴产业。 本书通过丰富的数字电路设计实例，介绍了基于Proteus 软件的各类型数字集成电路的原理、设计方法、测试与应用技术。全书 设计实例丰富，数字集成电路设计轻松进阶：涵盖了晶体管电路、触发器电路、振荡器电路、CMOS电路、555集成电路、集成运放电路等的电路原理、Proteus仿真设计方法与技巧、测试与应用技术。

随着信息化时代的到来，集成电路在各行各业中发挥着极其重要的作用。本书着重介绍常用数字电路的使用方法，包括由分立元件构成的数字电路和集成数字电路。本书由大量的数字电路经典实例所组成。对于大多数实用电路，既有电路原理图，也有对应的Proteus调试图，还有反映调试结果的各种图表。
本书最大特色是所有的数字电路实例都是采用Proteus仿真和调试软件做的。目前电子设计软件有很多，但适用范围广、操作方便、效果逼真的软件要数Proteus软件。使用Proteus分析方法比传统的调试方法优越得多。传统方法是拿实际的集成电路和电阻、电容等连接起来调试。新方法的调试步骤是：先在电脑上用仿真软件画好电路原理图，在电脑上用仿真软件调试，调试好后再按照调试结果，把实际的集成电路和电阻、电容等焊接起来。这种“纸上谈兵”式的实验或调试方法可大大加快开发进度，降低开发费用。
本书共分8章，第1章介绍由晶体管构成的开关电路，第2章介绍由TTL门电路构成的双稳、单稳、无稳电路，第3章介绍由CMOS门电路构成的双稳、单稳、无稳电路，第4章介绍由集成电路构成的双稳、单稳、无稳电路，第5章介绍由555定时器构成的双稳、单稳、无稳电路，第6章介绍由运算放大器构成的双稳、单稳、无稳电路，第7章介绍由单结晶体管构成的双稳、单稳、无稳电路，第8章介绍Proteus软件用法与数字集成电路测试技术。
电子资料包的内容，仍是以书中章节为单位。在每一章（指第1章到第8章）下都有1个章文件夹，每章下面有【例N-1】【例N-2】……例文件夹，例文件夹内是这个例子的名称，打开名称文件夹，又有多个文件。其中，扩展名是“pdsprj”的文件是Proteus仿真原理图文件。在Proteus 软件已安装在电脑中的前提下，双击具有“pdsprj”扩展名的文件就可进入显示电路原理图的画面，也就是Protues的调试状态。此时，就可以仿真和调试了。书中的所有例子都已在Proteus环境下调试通过，读者既可以原封不动地运行它，也可以用代替法替换其中的部分或边改边试全部元件及其参数。
本书中，Protues软件是调试电路的工具。在用Protues软件画的电路原理图中，电容的单位μF、nF、pF分别写为u、n、p。电阻的单位是kΩ、MΩ时，对应的表示法是k和M；当电阻的单位是Ω时，只用纯数字表示，如100就表示100Ω。用Protues软件画的电路原理图中，符号不能使用下标，如RF，只能写为RF。
本书所有实例都是在Proteus 8.0下调试通过的。对于初次接触Proteus软件的人，在阅读本书正文之前，可以先看一下介绍Protues软件基本用法的第8章。
本书的另一特点是图文并茂、取材新颖、资料丰富、层次分明、实用性强。本书既适合初学者，也适合有一定电子技术基础的爱好者及专业技术人员。
目前，一般的工科院校电子、计算机、通信、机电等专业都开有“数字电子技术”课程，本书可作为学生学习数字电子技术的辅助教材。
本书适合三部分人阅读或参考：一是学习数字电子技术的高等职业院校、中等职业院校的在校学生；二是和电子专业有关的广大工程技术人员；三是广大电子科技爱好者。
由于编著者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者批评指正（dushuchun@263.net）。

编著者

杜树春，山西省自动化研究所，*级工程师，1977年毕业于吉林大学物理系光学专业。1977年～1984年在兵器工业部二零五研究所(又称西安应用光学研究所),从事光学和计算机应用工作。1984年至今在山西省自动化研究所（太原）,从事计算机软件、自动化、单片机和智能仪表工作。退休后，曾为太原科技大学学生讲单片机应用课程若干年。

本书通过丰富的数字电路设计实例，详细介绍了各类型常用数字集成电路从原理分析、设计仿真到检测、应用的全部知识与技能、技巧。内容涵盖各种晶体管电路、触发器电路、振荡器电路、CMOS电路、555集成电路、集成运放电路等的电路原理，Proteus仿真设计方法与技巧、测试与应用技术。书中内容结合作者多年的电路设计从业经验，引导读者学习和掌握集成电路底层设计的思路与方法。
本书可供集成电路、电子、信息相关领域的技术人员、电子工程师阅读，也可供相关专业高等院校的师生参考。

第1章 由晶体管构成的开关电路
1.1 双稳态触发器002
1.1.1 双稳态触发器的工作原理002
1.1.2 双稳态触发电路的触发方式.003
1.2 单稳态触发器004
1.2.1 单稳态触发器的电路结构005
1.2.2 单稳态触发器的工作原理005
1.2.3 单稳态触发器的用途006
1.3 多谐振荡器.007
1.3.1 多谐振荡器的电路结构.007
1.3.2 多谐振荡器的工作原理.007
1.4 施密特触发器. 008
1.4.1 施密特触发器的电路结构. 008
1.4.2 施密特触发器的工作原理009
1.4.3 施密特触发器的应用010
1.5 四种基本电路性能比较010
1.6 用Proteus软件仿真 011
1.6.1 由晶体管构成的双稳态触发器电路 011
1.6.2 由晶体管构成的单稳态触发器电路014
1.6.3 由晶体管构成的多谐振荡器电路016
1.6.4 由晶体管构成的施密特触发器电路021

第2章 由TTL门电路构成的双稳、单稳、无稳电路
2.1 单稳态触发器026
2.2 多谐振荡器.028
2.2.1 对称式多谐振荡器028
2.2.2 非对称式多谐振荡器029
2.2.3 环形振荡器029
2.3 施密特触发器.029
2.4 双稳态触发器.030
2.5 用Proteus软件仿真031
2.5.1 用TTL与非门组成的微分型单稳态触发器电路.031
2.5.2 用TTL与非门组成的积分型单稳态触发器电路.032
2.5.3 用TTL或非门74LS02和非门74LS04组成的单稳态触发器电路.033
2.5.4 用TTL或非门74LS02组成的单稳态触发器电路034
2.5.5 用TTL与非门74LS00组成的脉冲宽度可调的单稳态触发器电路.035
2.5.6 对称式多谐振荡器功能测试电路.036
2.5.7 非对称式多谐振荡器功能测试电路037
2.5.8 环形振荡器功能测试电路.038
2.5.9 用TTL非门组成的施密特触发器电路040
2.5.10 用TTL与非门组成的施密特触发器电路041
2.5.11 用TTL非门组成的双稳态触发器电路041
2.5.12 用TTL与门和或门组成的非互补输出双稳态触发器电路.042

第3章 由CMOS门电路构成的双稳、单稳、无稳电路
3.1 单稳态触发器.045
3.1.1 微分型单稳态触发器.045
3.1.2 积分型单稳态触发器. 048
3.2 多谐振荡器.050
3.2.1 用CMOS门电路CD4069组成的可控多谐振荡器电路Ⅰ.050
3.2.2 用CMOS门电路CD4069组成的可控多谐振荡器电路Ⅱ.050
3.2.3 用施密特触发器CD40106组成的非对称式多谐振荡器电路.052
3.2.4 用施密特触发器CD40106组成的占空比可调的多谐振荡器电路.053
3.3 施密特触发器.054
3.3.1 用CMOS反相器CD4069组成的基本施密特触发器电路.054
3.3.2 用CMOS两输入或非门CD4001组成的施密特触发器电路.055
3.3.3 用CMOS三输入与非门CD4023组成的施密特触发器电路.056
3.3.4 用CMOS四输入与非门CD4012组成的施密特触发器电路.057
3.3.5 用CMOS四输入或非门CD4002组成的施密特触发器电路.058
3.4 双稳态触发器.059

第4章 由集成电路构成的双稳、单稳、无稳电路
4.1 单稳态触发器062
4.1.1 集成单稳态触发器CC14528（CD4098）062
4.1.2 集成单稳态触发器74LS121063
4.1.3 可重复触发单稳态触发器74LS123064
4.1.4 非重复触发单稳态触发器74LS221065
4.1.5 用Proteus仿真066
4.2 施密特触发器.075
4.2.1 集成电路施密特触发器74LS14075
4.2.2 集成电路施密特触发器74LS13075
4.2.3 集成六施密特触发器（反相）CC40106.075
4.2.4 集成四个2输入与非门施密特触发器CC4093.076
4.2.5 用Proteus仿真076
4.3 多谐振荡器 084
4.3.1 集成函数发生器 084
4.3.2 用Proteus软件仿真.085

第5章 由555定时器构成的双稳、单稳、无稳电路
5.1 认识555定时器.090
5.2 555定时器电路的工作原理.090
5.3 555定时器电路的应用091
5.4 用Proteus软件仿真.094
5.4.1 由555定时器构成的单稳态触发器电路094
5.4.2 由555定时器构成的施密特触发器性能测试电路095
5.4.3 由555定时器构成的施密特触发器电路096
5.4.4 由555定时器构成的基本多谐振荡器电路. 098
5.4.5 由555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器电路.099
5.4.6 由555定时器构成的占空比和频率都可调的多谐振荡器电路.100
5.4.7 由555定时器构成的双稳态触发电路 101
5.4.8 由555定时器构成的长时间定时电路102
5.4.9 由555定时器构成的双色闪光灯电路104
5.4.10 由555定时器构成的占空比是50%的方波发生器电路.105
5.4.11 由555定时器构成的单键开关控制灯电路.107
5.4.12 由555定时器构成的通路检测器电路108
5.4.13 由555定时器构成的电子交互闪光灯电路.109
5.4.14 由555定时器构成的9只LED顺序循环显示灯电路. 110
5.4.15 由555定时器构成的9只LED猜谜循环灯电路.111
5.4.16 由555定时器构成的红黄爆闪灯电路 113

第6章 由运算放大器构成的双稳、单稳、无稳电路
6.1 通用型集成运算放大器 115
6.2 RC正弦波振荡电路 116
6.3 LC正弦波振荡电路. 117
6.4 由方波或三角波经低通滤波后形成的正弦波发生器. 119
6.5 矩形波发生器电路120
6.6 由反相积分器和同相输入迟滞比较器构成的方波发生器126
6.7 三角波发生电路127
6.8 锯齿波发生电路128
6.9 函数发生器电路132
6.10 单稳态触发器.134
6.11 施密特触发器135
6.12 双稳态触发器.136

第7章 由单结晶体管构成的双稳、单稳、无稳电路
7.1 单结晶体管的结构、特性与应用电路.139
7.2 用Proteus软件仿真 141
7.2.1 由单结管构成的基本振荡电路. 141
7.2.2 由单结管构成的振荡电路——锯齿波发生电路.143
7.2.3 由单结管构成的分频电路.144
7.2.4 由单结管构成的从e脚触发的单稳态电路145
7.2.5 由单结管构成的从b2脚触发的单稳态电路146
7.2.6 由两个单结管并联构成的振荡电路147
7.2.7 由单结管构成的三角波振荡电路.148

第8章 Proteus软件用法与数字集成电路测试技术
8.1 进入Proteus ISIS. 151
8.2 工作界面152
8.3 Proteus ISIS电路原理图设计.158
8.4 Proteus ISIS原理图设计中若干注意事项.168
8.5 Proteus VSM仿真工具170
8.6 用Proteus 软件测试数字集成电路的方法.172
8.6.1 8输入与非门CD4068功能测试173
8.6.2 多路开关CD4066功能测试.176
8.6.3 十进制同步可逆计数器74LS190功能测试.178
8.7 Proteus 软件中的数字图表仿真.182

参考文献 186