数字电路第1章

1、第第1章章 数字电子技术基础数字电子技术基础课课 程程 简简 介介一一.课程特点课程特点数字电子技术基础和模拟电子技术基础一样，也是一门数字电子技术基础和模拟电子技术基础一样，也是一门实践性很强的课程，它们有许多共同之处，也有着明显的区实践性很强的课程，它们有许多共同之处，也有着明显的区别。由于通常总是把模拟电子技术基础安排在前面讲授，所别。由于通常总是把模拟电子技术基础安排在前面讲授，所以要特别注意数字电子技术基础课程的特点，以便能更好地以要特别注意数字电子技术基础课程的特点，以便能更好地学好本课程。学好本课程。 1 .数字电路中工作的数字电路中工作的信号是数字信号信号是数字信号，这种信号在

2、时间上，这种信号在时间上和数值上都是离散的。在二进制系统中，数码只有和数值上都是离散的。在二进制系统中，数码只有1和和0两种两种可能，反映到电路上就是高电平和低电平。可能，反映到电路上就是高电平和低电平。 而在模拟电路而在模拟电路工作的信号是模拟信号，这种信号在时间上和数值上都是连工作的信号是模拟信号，这种信号在时间上和数值上都是连续变化的。续变化的。 2.数字电路中，在稳态时三极管一般都数字电路中，在稳态时三极管一般都工作在截止区或饱和工作在截止区或饱和区区，即工作在开、关状态，放大区只是一种过渡状态。而在，即工作在开、关状态，放大区只是一种过渡状态。而在模拟电路中，三极管通常都是工作在放大

3、区，即放大状态。模拟电路中，三极管通常都是工作在放大区，即放大状态。3.数字电路数字电路研究的主要问题是研究的主要问题是电路的输入和输出状态之间的电路的输入和输出状态之间的逻辑逻辑关系，关系，即电路的逻辑功能。即电路的逻辑功能。 而模拟电路研究的主要问题是怎样而模拟电路研究的主要问题是怎样不失真地放大模拟信号。不失真地放大模拟信号。 4.数字电路中，利用的数字电路中，利用的主要工具是逻辑代数主要工具是逻辑代数，描述电路逻辑功能，描述电路逻辑功能的主要方法是真值表、逻辑函数表达式、状态转换图和波形图等。的主要方法是真值表、逻辑函数表达式、状态转换图和波形图等。经常遇到的问题则是怎样利用它们对已知

4、电路进行经常遇到的问题则是怎样利用它们对已知电路进行逻辑分析逻辑分析，根，根据实际要求进行据实际要求进行逻辑设计逻辑设计。 而在模拟电路中，经常利用图解法而在模拟电路中，经常利用图解法和微变等效电路法等对电路进行静态和动态的定量分析，以确定和微变等效电路法等对电路进行静态和动态的定量分析，以确定放大倍数是多少、波形是否失真、怎样改善电路的放大性能等问放大倍数是多少、波形是否失真、怎样改善电路的放大性能等问题。题。 5.从电路结构上看，模拟电路的主要单元电路是放大器。而数从电路结构上看，模拟电路的主要单元电路是放大器。而数字电路的字电路的主要单元电路则是逻辑门和触发器主要单元电路则是逻辑门和触发

5、器。虽然适应各种需要。虽然适应各种需要的数字电路千变万化，但是分析和设计的方法基本上是一样的。的数字电路千变万化，但是分析和设计的方法基本上是一样的。只要我们对这些单元电路的组成、工作原理和性能掌握得比较好，只要我们对这些单元电路的组成、工作原理和性能掌握得比较好，而且又学会了逻辑分析和逻辑设计的基本方法，熟悉了若干典型而且又学会了逻辑分析和逻辑设计的基本方法，熟悉了若干典型电路，那就可以说初步具备了分析和解决一般数字电路问题的能电路，那就可以说初步具备了分析和解决一般数字电路问题的能力力 。 二二.基本要求基本要求1.熟悉二极管和三极管的开关特性及数字电路的单元电路（与门、熟悉二极管和三极管

6、的开关特性及数字电路的单元电路（与门、或门、非门、与非门、或非门、异或或门、非门、与非门、或非门、异或 门、与或非门，基本门、与或非门，基本RS触发器、触发器、维持阻塞维持阻塞D触发器和主从触发器和主从JK触发器等）的组成、基本工作原理和性能。触发器等）的组成、基本工作原理和性能。 2.熟练掌握逻辑代数的基本运算，基本公式和常用公式及逻辑函数的熟练掌握逻辑代数的基本运算，基本公式和常用公式及逻辑函数的四种表示方法四种表示方法真值表、函数表达式、卡诺图和逻辑图。学会运用真值表、函数表达式、卡诺图和逻辑图。学会运用公式化简法和图形化简法化简逻辑函数。公式化简法和图形化简法化简逻辑函数。 3.熟练掌

7、握组合电路和时序电路的基本分析方法。熟练掌握组合电路和时序电路的基本分析方法。 4.熟悉典型数字电路（编码器、译码器、数据选择器、全加器、寄熟悉典型数字电路（编码器、译码器、数据选择器、全加器、寄存器、异步计数器、同步计数器等）的结构、基本工作原理和性能。存器、异步计数器、同步计数器等）的结构、基本工作原理和性能。 5.熟悉用熟悉用555定时器组成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器定时器组成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的典型电路和基本工作原理。的典型电路和基本工作原理。 三三.与其他课程的关系与其他课程的关系 先修课程：高等数学、电路分析基础、普通物理、模拟电路等后续课程：信号与

8、系统、单片机原理、微机原理、数字信号处理等1.1 数字电路概述数字电路概述1.1.1 数字信号与数字电路数字信号与数字电路模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号。uu模拟信号波形数字信号波形tt对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。1.1.2 数字电路的的特点与分类数字电路的的特点与分类（1）工作信号是二进制的数字信号，在时间上和数值上是离散的（不连续），反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即0和1两个逻辑值）。（2）在数字电路中，研究的主要问题是电路的逻辑功能，即输入信号的状态和输

9、出信号的状态之间的关系。（3）对组成数字电路的元器件的精度要求不高，只要在工作时能够可靠地区分0和1两种状态即可。1、数字电路的特点、数字电路的特点2、数字电路的分类、数字电路的分类（2）按所用器件制作工艺的不同：数字电路可分为双极型（TTL型）和单极型（MOS型）两类。（3）按照电路的结构和工作原理的不同：数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。（1）按集成度分类：数字电路可分为小规模（SSI，每片数十器件）、中规模

10、（MSI，每片数百器件）、大规模（LSI，每片数千器件）和超大规模（VLSI，每片器件数目大于1万）数字集成电路。集成电路从应用的角度又可分为通用型和专用型两大类型。本节小结数字信号的数值相对于时间的数字信号的数值相对于时间的变化过程是跳变的、间断性的。对变化过程是跳变的、间断性的。对数字信号进行传输、处理的电子线数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。模拟信号通过模路称为数字电路。模拟信号通过模数转换后变成数字信号，即可用数数转换后变成数字信号，即可用数字电路进行传输、处理。字电路进行传输、处理。1. 2 数制与编码数制与编码（1）进位制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计

11、数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。1.2.1 数制数制（2）基 数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。（3） 位 权（位的权数）：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。数码为：09；基数是10。运算规律：逢十进一，即：9110。十进制数的权展开式：1、十进制、十进制103、102、101、100称为十进制的权。各数位的权是10的幂。同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和，称权

12、展开式。即：(5555)105103 510251015100又如：(209.04)10 2102 0101910001014 1022、二进制、二进制数码为：0、1；基数是2。运算规律：逢二进一，即：1110。二进制数的权展开式：如：(101.01)2122021120021122(5.25)10加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法规则：0.0=0， 0.1=0 ，1.0=0，1.1=1运算运算规则规则各数位的权是的幂各数位的权是的幂二进制数只有0和1两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。数码为：07；基数是8。运算规

13、律：逢八进一，即：7110。八进制数的权展开式：如：(207.04)10282081780081482(135.0625)103、八进制、八进制4、十六进制、十六进制数码为：09、AF；基数是16。运算规律：逢十六进一，即：F110。十六进制数的权展开式：如：(D8.A)1613161816010161(216.625)10各数位的权是各数位的权是8的幂的幂各数位的权是各数位的权是16的幂的幂结论结论一般地，N进制需要用到N个数码，基数是N；运算规律为逢N进一。如果一个N进制数M包含位整数和位小数，即 (an-1 an-2 a1 a0 a1 a2 am)2则该数的权展开式为：(M)2 an-1

14、Nn-1 an-2 Nn-2 a1N1 a0 N0a1 N-1a2 N-2 amN-m 由权展开式很容易将一个N进制数转换为十进制数。几几种种进进制制数数之之间间的的对对应应关关系系十进制数二进制数八进制数十六进制数0123456789101112131415000000000100010000110010000101001100011101000010010101001011011000110101110011110123456710111213141516170123456789ABCDEF1.2.2 数制转换数制转换（1）二进制数转换为八进制数：将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数

15、部分向右，每3位分成一组，不够3位补零，则每组二进制数便是一位八进制数。将N进制数按权展开，即可以转换为十进制数。1、二进制数与八进制数的相互转换、二进制数与八进制数的相互转换1 1 0 1 0 1 0 . 0 10 00 (152.2)8（2）八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用3位二进制数表示。= 011 111 100 . 010 110(374.26)82、二进制数与十六进制数的相互转换、二进制数与十六进制数的相互转换1 1 1 0 1 0 1 0 0 . 0 1 10 0 00 (1E8.6)16= 1010 1111 0100 . 0111 0110(AF4.76)16 二进制

16、数与十六进制数的相互转换，按照每4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。3、十进制数转换为二进制数、十进制数转换为二进制数采用的方法 基数连除、连乘法原理：将整数部分和小数部分分别进行转换。 整数部分采用基数连除法，小数部分 采用基数连乘法。转换后再合并。 2 44 余数 低位 2 22 0=K0 2 11 0=K1 2 5 1=K2 2 2 1=K3 2 1 0=K4 0 1=K5 高位 0.375 2 整数 高位 0.750 0=K1 0.750 2 1.500 1=K2 0.500 2 1.000 1=K3 低位整数部分采用基数连除法，先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。小数部分采

17、用基数连乘法，先得到的整数为高位，后得到的整数为低位。所以：(44.375)10(101100.011)2采用基数连除、连乘法，可将十进制数转换为任意的N进制数。 用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。 用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。1.2.3 编码编码 数字系统只能识别0和1，怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决此问题。 二-十进制代码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称BCD码。 2421码的权值依次为2、4、2、1；余3码由8421码加0011得到；格雷码是一种循环码，其特

18、点是任何相邻的两个码字，仅有一位代码不同，其它位相同。 用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为8、4、2、1，故称8421 BCD码。常常用用B BC CD D码码十进制数 8421码 余3码 格雷码 2421码5421码012345678900000001001000110100010101100111100010010011010001010110011110001001101010111100000000010011001001100111010101001100110100000001001000110100101111001101111011110000000100100011010010001001101010111100权842124215421本节小结日常生活中使用十进制，但在计算机中基日常生活中使用十进制，但在计算机中基本上使用二进制，有时也使用八进制或十六进本上使用二进制，有时也使用八进制或十六进制。利用权展开式可将任意进制数转换为十进制。利用权展开式可将任意进制数转换为十进制数。将十进制数转换为其它进制数时，整数制数。将十进制数转换为其它进制数时，整数部分采用基数除法，小数部分采用基数乘法。部分采用基数除法，小数部分采用