(康)数字第一章(总)

1、 电子技术基础 n模拟电子技术 n数字电子技术 主讲 邬祥忠 办公地点：XB708 XB710 Email: 4 常用组合逻辑功能部件常用组合逻辑功能部件 2 逻辑门电路逻辑门电路 1 数字逻辑基础数字逻辑基础 3 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 5 触发器触发器 6 时序电路的分析与设计时序电路的分析与设计 7 常用时序逻辑功能部件常用时序逻辑功能部件 *8 半导体存储器和可编程逻辑部件半导体存储器和可编程逻辑部件 9 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 *10 数模与模数转换器数模与模数转换器 研究内容：研究内容： 数字电子技术基础是电类专业系列平台课程中数字电子技

2、术基础是电类专业系列平台课程中 的核心课程，也是该专业在电子技术方面入门性质的核心课程，也是该专业在电子技术方面入门性质 的重要专业基础课。的重要专业基础课。 课程性质：课程性质： 数字电子技术是研究数字信号的处理的学科。数字电子技术是研究数字信号的处理的学科。 数字信号传输、变换、产生等。数字信号传输、变换、产生等。 课程任务：课程任务： 器件、基本功能电路及系统的基本概念、基本原理器件、基本功能电路及系统的基本概念、基本原理 和基本分析、设计方法。和基本分析、设计方法。 器件、基本功能电路及系统。器件、基本功能电路及系统。 获得适应信息时代电子技术方面的基本理论、基获得适应信息时代电子技术

3、方面的基本理论、基 本知识和基本技能。本知识和基本技能。 课程目标：课程目标： 培养学生分析和解决问题的能力。能够对一般性培养学生分析和解决问题的能力。能够对一般性 的、常用的数字电路进行分析，同时对较简单的的、常用的数字电路进行分析，同时对较简单的 单元电路进行设计。单元电路进行设计。 打好基础、打好基础、关注发展、关注发展、 主动更新、主动更新、 注重实践。注重实践。 学习参考书学习参考书 阎石主编阎石主编数字电子技术基础第四版数字电子技术基础第四版高等教育出版社高等教育出版社 王毓银主编王毓银主编数字电路逻辑设计第三版数字电路逻辑设计第三版高等教育出版社高等教育出版社 电子工程手册编委会

4、等编电子工程手册编委会等编 中外集成电路简明速查手册中外集成电路简明速查手册-TTL、CMOS(电子工业出版社电子工业出版社) 陈大钦主编，陈大钦主编，数字电子技术基础学习与解题指南数字电子技术基础学习与解题指南 华工华工 出版社出版社 学习方法学习方法 成绩评定成绩评定 平时成绩平时成绩 20% 考试考试 80% 每周第一堂课交上周的作业每周第一堂课交上周的作业 作业作业 答疑答疑 时间：周一下午时间：周一下午1：00 3：00 n本章重点： n模拟信号与数字信号的区别、各种信号 之间的转换关系及逻辑函数的基本运算 关系。 1.1 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 1.3 数制（自学）数

5、制（自学） 1.4 二进制码二进制码 （自学）（自学） 1.5 基本逻辑运算基本逻辑运算 1.2 数字电路数字电路 5、掌握基本逻辑运算及逻辑问题的描述方法。、掌握基本逻辑运算及逻辑问题的描述方法。 教学基本要求教学基本要求 1、了解数字信号与数字电路的基本概念、了解数字信号与数字电路的基本概念 2、了解数字信号的特点及表示方法。、了解数字信号的特点及表示方法。 3、掌握常用二十、二一十六进制的转换。、掌握常用二十、二一十六进制的转换。 4、了解常用二进制码，特别是、了解常用二进制码，特别是8421 BCD码码 1.1 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 模拟信号模拟信号-时间和数值均连续变

6、化时间和数值均连续变化的信号，如正弦的信号，如正弦 波、指数函数等波、指数函数等 O t O t O t 图图1.1 .1 几种模拟信号波形几种模拟信号波形 数字信号数字信号-在时间上和数值上均是离散的在时间上和数值上均是离散的信信 号，如脉冲信号等。在数字电路中，常用数字号，如脉冲信号等。在数字电路中，常用数字“0”0” 和和“1”1”来表示。这里的来表示。这里的“0”0”和和“1”1”，不是十进制，不是十进制 数中的数字，而是数中的数字，而是逻辑逻辑0和和逻辑逻辑1; 逻辑逻辑“0”0”和逻辑和逻辑“1”1”表示彼此相关又互相对表示彼此相关又互相对 立的两种状态。例如，立的两种状态。例如，

7、“是是”与与“非非”、“真真”与与 “假假”、“开开”与与“关关”、“低低”与与“高高”等等等等 。 因而常称为因而常称为数字逻辑数字逻辑。 数字电路又称二值数字逻辑，它们可以用电子器件数字电路又称二值数字逻辑，它们可以用电子器件 的开关特性来实现。产生离散信号电压或数字电压。的开关特性来实现。产生离散信号电压或数字电压。 电压电压(V) 二值逻辑二值逻辑电电 平平 +51H(高电平高电平) 00L(低电平低电平) 离散信号电压或数字电压通常用逻辑电平来表示。离散信号电压或数字电压通常用逻辑电平来表示。 例如，逻辑电平与电压值的关系可用下表来描述：例如，逻辑电平与电压值的关系可用下表来描述：

8、1.2 数字电路数字电路 一、一、 数字电路的特点：数字电路的特点： 数字电路中，电路只有两种工作状态，三极管不数字电路中，电路只有两种工作状态，三极管不 是工作在饱和区就是工作在截止区。是工作在饱和区就是工作在截止区。 三极管饱和导通用高电平三极管饱和导通用高电平“1”表示，三极管截止表示，三极管截止 用低电平用低电平“0”表示，而且我们只关心信号的表示，而且我们只关心信号的“有有” 和和“无无”，电平的，电平的“高高”和和“低低”，而不去理会其，而不去理会其 具体的精确数值。具体的精确数值。 电平从电平从3.6V5V均称为高电平均称为高电平“1”，0.0V0.4V 均称为低电平均称为低电平

9、“0”，其微小的变化是无意义的。这，其微小的变化是无意义的。这 与模拟电路相比，更突出了工程特点。与模拟电路相比，更突出了工程特点。 1.2 数字电路数字电路 一、一、 数字电路的特点：数字电路的特点： 数字电路的抗干扰能力强，固而可靠。现在，越数字电路的抗干扰能力强，固而可靠。现在，越 来越多的模拟产品被数字产品所替代，从手表到电来越多的模拟产品被数字产品所替代，从手表到电 视机、手机等等。视机、手机等等。 在信号的传送过程中，数字传送比模拟传送也要在信号的传送过程中，数字传送比模拟传送也要 可靠的多。可靠的多。 二、数字电路的分析方法与测试技术二、数字电路的分析方法与测试技术 1.2 数字

10、电路数字电路 数字电路的研究对象是电路的输入与输出之间的数字电路的研究对象是电路的输入与输出之间的 逻辑关系；逻辑关系； 三极管工作在开关状态，所以，分析方法不能再三极管工作在开关状态，所以，分析方法不能再 是模拟电路中的图解法、小信号模型分析法，而是是模拟电路中的图解法、小信号模型分析法，而是 采用布尔代数、真值表、卡诺图、逻辑表达式、逻采用布尔代数、真值表、卡诺图、逻辑表达式、逻 辑图、时序图等。辑图、时序图等。 二、数字电路的分析方法与测试技术二、数字电路的分析方法与测试技术 1.2 数字电路数字电路 测试设备为：数字万用表、电子示波器等。具体测试设备为：数字万用表、电子示波器等。具体

11、测试技术将在实验课中详细介绍。测试技术将在实验课中详细介绍。 1.3.1 十进制十进制 1.3.2 二进制二进制 1.3.3 十二进制之间的转换十二进制之间的转换 1.3.4 八进制八进制 1.3.5 十六进制十六进制 1、任何一位数可以而且只可以用、任何一位数可以而且只可以用 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 这十这十 个数码表示。个数码表示。 2、进位规律是、进位规律是“逢十进一逢十进一”。即。即 9+1=10=1101 + 0100 例如：例如： 210 10 012 10 104101103)14. 3( 104103102)234( 式中，式中，102 、10

12、1 是根据每一个数码所在的位置而定的，称是根据每一个数码所在的位置而定的，称 之为之为“权权”。 3、在十进制中，各位的权都是、在十进制中，各位的权都是10的幂，而每个权的系数只的幂，而每个权的系数只 能是能是09这十个数码中的一个。这十个数码中的一个。 1.3.1 十进制数十进制数 90,10)( 10 i i i i KKN 位权位权 系数系数 在数字电路中，计数的基本思想是要把电路的在数字电路中，计数的基本思想是要把电路的 状态与数码一一对应起来。显然，采用十进制是十状态与数码一一对应起来。显然，采用十进制是十 分不方便的。它需要十种电路状态，要想严格区分分不方便的。它需要十种电路状态，

13、要想严格区分 这十种状态是很困难的。这十种状态是很困难的。 1 1、任何一位数可以而且只可以用、任何一位数可以而且只可以用0 0和和1 1表示。表示。 2 2、进位规律是：、进位规律是：“逢二进一逢二进一” ” 。 3 3、各位的权都是、各位的权都是2 2的幂。的幂。 1 , 0,2)( 2 i i i i KKN 1.3.2 二进制数二进制数 位权位权 系数系数 例如：例如：1+1=1+1= 1010= 1= 12 21 1+ 0+ 02 20 0 例例1.3.2 1.3.2 试将二进制数试将二进制数(01010110)(01010110)B B转换为十进制数。转换为十进制数。 解：将每一位

14、二进制数乘以位权然后相加便得相应的十进解：将每一位二进制数乘以位权然后相加便得相应的十进 制数。制数。 位数太多，不符合人的习惯，不能在头脑中立即反映位数太多，不符合人的习惯，不能在头脑中立即反映 出数值的大小，一般要将其转换成十进制后，才能反映。出数值的大小，一般要将其转换成十进制后，才能反映。 1 1、易于电路实现、易于电路实现-每一位数只有两个值，可以用管子每一位数只有两个值，可以用管子 的导通或截止，灯泡的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来的导通或截止，灯泡的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来 表示。表示。 2 2、基本运算规则简单、基本运算规则简单 (01010110) (0101011

15、0)B B= 2= 26 6 + 2 + 24 4 + 2 + 22 2 + 2 + 21 1 = = （86)86)D D 常用方法是常用方法是“按权相加按权相加”。 1. 1. 整数部分用整数部分用“辗转相除辗转相除” 法法: : 将十进制数连续不断地除以将十进制数连续不断地除以2 , 直至商为零，直至商为零， 所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数 整数部分整数部分 小数部分小数部分 1.3.3 十二进制之间的转换十二进制之间的转换 例如例如: (63)10=( ? )2 632 1=b0 1=b5 3 15 31 7 1=b1 1=b2 1

16、=b3 1=b4 2 2 2 2 余数 若十进制数较大时，不必逐位去除若十进制数较大时，不必逐位去除2 2，可算出，可算出2 2 的幂与十进制对比，如：的幂与十进制对比，如： （261)261)10 10 =(?)=(?)2 2 2 28 8 =256 =256，261 256 = 5 261 256 = 5 ， (5)(5)1010=(101)=(101)2 2, (261), (261)1010=(100000101)=(100000101)2 2 2.2.十进制小数可表示为：十进制小数可表示为： n等式两边依次乘以等式两边依次乘以2, 2, 可分别得可分别得b b-1 -1、 、b b-

17、2 -2.: .: n n n nd bbbbN 22.22)( ) 1( ) 1( 2 2 1 1 ) 2( ) 1( ) 3( ) 2( 1 3 0 2 2 ) 1() 2( ) 1( 1 2 0 1 22.22)(2 22.22)(2 n n n nd n n n nd bbbbN bbbbN 1 b 2 b 例例1.3.5 将将(0.706)D转换为二进制数，要求其误差不大于转换为二进制数，要求其误差不大于2 2-10 -10。 。 解：按式解：按式(1.3.5)所表达的方法，可得、所表达的方法，可得、如下：如下： 0.7062=1.4121 b 1 0.4122=0.8240 b 2

18、 0.8242=1.6481 b 3 0.6482=1.2961 b 4 0.2962=0.5920 b 5 0.5922=1.1841 b 6 0.1842=0.3680 b 7 0.3682=0.7360 b 8 0.7362=1.4721 b 9 由于最后的小数小于由于最后的小数小于0.5，根据，根据“四舍五入四舍五入”的原则，应为的原则，应为0。 所以，所以，(0.706)D=(0.101101001)B，其误差，其误差 2 10 1.3.4 八八 进进 制制 1 1、八进制数以、八进制数以8为基数，采用为基数，采用0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 八个数码表示任何一位数。

19、八个数码表示任何一位数。 2 2、进位规律是、进位规律是“逢八进一逢八进一”。 3 3、各位的权都是、各位的权都是8的幂。的幂。 例如例如 (144)O = 64+32+4=(100)D 1.3.4 八八 进进 制制 将每位八进制数展开成三位二进制数，排列顺序不变即可。将每位八进制数展开成三位二进制数，排列顺序不变即可。 转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小数部分自左转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小数部分自左 向右，三位一组，不够三位的添零补齐，则每三位二进制数向右，三位一组，不够三位的添零补齐，则每三位二进制数 表示一位八进制数。表示一位八进制数。 因为八进制的基数因为八进制

20、的基数8=23 ，所以，可将三位二进制数表示一，所以，可将三位二进制数表示一 位八进制数，即位八进制数，即 000111 表示表示 07 例例 (10110.011)B = 例例 (752.1)O= (26.3)O (111 101 010.001)B 1 1、十六进制数采用、十六进制数采用0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 , A、B、 C、D、E、F十六个数码表示。十六个数码表示。 2 2、进位规律是、进位规律是“逢十六进一逢十六进一”。 3 3、各位的权都是、各位的权都是1616的幂。的幂。 1.3.5 十六进制十六进制 1.3.5 十六进制十六进制 因为因为16进

21、制的基数进制的基数16=24 ，所以，可将四位二进制，所以，可将四位二进制 数表示一位数表示一位16进制数，即进制数，即 00001111 表示表示 0-F。 例例 (111100010101110)B = 将每位将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序进制数展开成四位二进制数，排列顺序 不变即可。不变即可。 例例 (BEEF)H = (78AE)H (1011 1110 1110 1111)B 1.3.5 十六进制十六进制 十六进制在数字电路中，尤其在计算机中得到广泛十六进制在数字电路中，尤其在计算机中得到广泛 的应用，因为：的应用，因为： 1、与二进制之间的转换容易；、与二进制之间的转

22、换容易； 2、计数容量较其它进制都大。假如同样采用四、计数容量较其它进制都大。假如同样采用四 位数码，二进制最多可计至位数码，二进制最多可计至 1111B = 15D；八进制可；八进制可 计至计至 7777O = 14095D；十进制可计至；十进制可计至 9999D；十六；十六 进制可计至进制可计至 FFFFH = 65535D，即，即64K。其容量最大。其容量最大。 3、计算机系统中，大量的寄存器、计数器等往往、计算机系统中，大量的寄存器、计数器等往往 按四位一组排列。故使十六进制的使用独具优越性。按四位一组排列。故使十六进制的使用独具优越性。 end 表表1.3.1 几种数制之间的关系对照

23、表几种数制之间的关系对照表 十进制数十进制数二进制数二进制数八进制数八进制数十六进制数十六进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000 01001 01010 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A 十进制数十进制数二进制数二进制数八进制数八进制数十六进制数十六进制数 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 01011 01100 01101 01110 01111 10000 10001 10010 10

24、011 10100 13 14 15 16 17 20 21 22 23 24 B C D E F 10 11 12 13 14 2 n N 建立二进制代码与十进制数值、字母、符号等的一一对建立二进制代码与十进制数值、字母、符号等的一一对 应的关系称为编码。应的关系称为编码。 若需编码的信息有若需编码的信息有N项，则需用的二进制数码的位数项，则需用的二进制数码的位数n 应满足如下关系：应满足如下关系： 代码不表示数量的大小，只是不同事或物的代号，为了代码不表示数量的大小，只是不同事或物的代号，为了 便于记忆和处理，在编制代码时总要遵循一定的规则，这便于记忆和处理，在编制代码时总要遵循一定的规则

25、，这 些规则就称为码制。些规则就称为码制。 用二进制数码对事物进行表示，称为二进制代码。用二进制数码对事物进行表示，称为二进制代码。 数字系统中的信息分两类：数字系统中的信息分两类： 数值码数值码 代码代码 ( (研究数值表示的方法研究数值表示的方法) ) 也称自然权码，其排列简单，完全符合二十也称自然权码，其排列简单，完全符合二十 进制数之间的转换规律。进制数之间的转换规律。 当用四位二进制码时，有当用四位二进制码时，有00001111 十六种组合，十六种组合， 分别代表分别代表015的十进制数。的十进制数。 当用五位二进制码时，有当用五位二进制码时，有 当用当用n位二进制码时，有位二进制码

26、时，有 0000011111 三十二种三十二种 组合，分别代表组合，分别代表031的十进制数。的十进制数。 2n 个代码。个代码。 BCD码又称二十进制码，通常用四位二进制码码又称二十进制码，通常用四位二进制码 表示一位十进制数，只取十个状态，而且每四个二表示一位十进制数，只取十个状态，而且每四个二 进制码之间是进制码之间是“逢十进一逢十进一”。 有多种可能，故而便产生了多种有多种可能，故而便产生了多种BCD码，其中使码，其中使 用最多的是用最多的是8421 BCD 码码 (简称简称8421 码码)。 四位二进制码可产生四位二进制码可产生16个数个数00001111，而表示十，而表示十 进制数

27、只需要十个代码，其余六个成为多余。选择进制数只需要十个代码，其余六个成为多余。选择 哪十个，丢弃哪六个？哪十个，丢弃哪六个？ 8421 码是按顺序取四位二进制码中的前十种状态，码是按顺序取四位二进制码中的前十种状态， 即即00001001，代表十进制的，代表十进制的09，而，而10101111 弃之不用。弃之不用。 除此之外，还可取四位二进制码的前五种和后五种除此之外，还可取四位二进制码的前五种和后五种 状态，代表十进制的状态，代表十进制的09，中间六个状态不用，这，中间六个状态不用，这 就构成了就构成了2421码，它也是一种有权码，其权依次为码，它也是一种有权码，其权依次为2、 4、2、1。

28、 8421码是一种有权码，从高位到低位的权依次为码是一种有权码，从高位到低位的权依次为8、 4、2、1，按权相加，即可得到所代表的十进制数，按权相加，即可得到所代表的十进制数， 如：如： 1001 0110 4+2=6 8+1=9 另外还有另外还有5421码和余码和余3码等（余码等（余3码为无权码，它码为无权码，它 是是8421码加码加0011得来的）。得来的）。 b3b2b1b0 23222120 代码对应的十进制数代码对应的十进制数 自然二自然二 进制码进制码 二十进制数 8421 码2421 码余3码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 100

29、0 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 表表1.4.1 几种常见的码几种常见的码 （P20） v 逻辑代数逻辑代数 研究逻辑电路的数学工具。研究逻辑电路的数学工具。 逻辑代数又称布尔代数。逻辑代数又称布尔代数。 逻辑，指的是条件和结果的关系，电路的输入信号即条逻辑，指的是条件和结果的关系，电路的输入信号即条 件，输出信号即结果。件，输出信号即结果。 条件满足和结果发生

30、用条件满足和结果发生用“1”表示，反之用表示，反之用“0”表示。此表示。此 时的时的“1”和和“0”，只表示两个对立的逻辑状态，而不表示，只表示两个对立的逻辑状态，而不表示 数值的大小。数值的大小。 在逻辑代数中，有三种最基本的逻辑运算：在逻辑代数中，有三种最基本的逻辑运算： “与运算与运算”、“或运算或运算”、“非非 运算运算” 1. 真值表真值表-描述逻辑关系的表格描述逻辑关系的表格 2.逻辑表达式逻辑表达式-输入信号为自变量，输出为函数输入信号为自变量，输出为函数 的数学表达方式的数学表达方式 3. 逻辑符号逻辑符号-在画电路时使用的符号在画电路时使用的符号 这三种基本的逻辑运算可用这三种基本的逻辑运算可用“真值表真值表”、 “逻辑表达式逻辑表达式”和和“逻辑符号逻辑符号”来描述来描述 用开关串联电路实现用开关