数字电子技术绪论资料

1、数字(shz)电子技术绪 论共五十八页课程(kchng)基本情况课程性质(xngzh)：专业基础课总学时：40 其中包括理论课36学时，实验4学时学分：2.5先修课程：大学物理、电路 、模拟电子技术考核方式：闭卷，120分钟共五十八页课程主要(zhyo)内容及基本要求1、本课程主要(zhyo)是通过各种数字电子电路讨论电子技术中的基本概念，基本原理和基本分析方法。2、通过本课程的学习，要求掌握逻辑代数的基本定律、规则，逻辑函数的化简方法。3、要求掌握各种门电路的逻辑功能和电气特性。4、掌握组合电路的分析与设计方法。5、掌握时序电路的分析与设计方法。共五十八页学时(xush)安排章节 主要内容

2、讲课实验六数制与编码 2六逻辑函数基础 6六逻辑门电路 2七组合逻辑电路的分析与设计 2七常用集成组合逻辑器件及其应用 6八双稳态触发器6八脉冲单元电路 6机动2合计364共五十八页参考书目：阎石，数字电子技术基础（第四版），高等教育出版社蓝江桥主编，数字系统与逻辑设计，湖北省科学技术出版社李克琳，数字电子技术学习指导与题解，华中科技大学出版社 网络资源：电子技术精品课程网站(wn zhn)，可利用搜索引擎找到共五十八页学习本课程(kchng)的方法：理论(lln)联系实际，勤动脑；理论结合实践，勤练习；理论指导实践，勤动手；注重逻辑思维，充分发挥主观能动性共五十八页第六章 数字电路基础知识共

3、五十八页电子电路中的信号(xnho)模拟信号数字信号时间和数值(shz)均连续变化的信号变化在时间和幅度都是离散的例：正弦波信号、锯齿波信号等。例：产品数量的统计、数字表盘的读数、数字电路信号等。模拟信号与数字信号共五十八页图1.1 .1 几种(j zhn)模拟信号波形a 正弦波信号(xnho)b 三角波信号c 调幅波信号共五十八页模拟信号tV(t)tV(t)数字信号高电平低电平上跳沿下跳沿共五十八页模拟电路主要研究：输入、输出信号间的大小、相位、失真等方面的关系(gun x)。主要采用电路分析方法，动态性能用微变等效电路分析。在模拟电路中，晶体管一般工作在线性放大区；在数字电路中，三极管工作

4、在开关状态，即工作在饱和(boh)区和截止区。 数字电路主要研究：电路输出、输入间的逻辑关系。主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式及波形图表示。模拟电路与数字电路比较1.电路的特点2.研究的内容共五十八页模拟电路(dinl)研究的问题基本(jbn)电路元件:基本模拟电路:晶体三极管场效应管集成运算放大器 信号放大及运算 (信号放大、功率放大） 信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波） 信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、）共五十八页数字电路研究(ynji)的问题基本电路(dinl)元件基本数字电路 逻辑门电路 触发器 组合逻辑电路 时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、 脉冲

5、整形电路） A/D转换器、D/A转换器共五十八页 数字信号-在时间上和数值上均是离散的信号，如脉冲信号等。在数字电路中，常用数字“0”和“1”来表示(biosh)。这里的“0”和“1”，不是十进制数中的数字，而是逻辑0和逻辑1; 逻辑“0”和逻辑“1”表示彼此相关(xinggun)又互相对立的两种状态。例如，“是”与“非”、“真”与“假”、“开”与“关”、“低”与“高”等等 。因而常称为数字逻辑。共五十八页数字电路又称二值数字逻辑(lu j)，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。电压(V)二值逻辑电 平+51H(高电平)00L(低电平)离散信号电压或数字电压通常用逻

6、辑电平来表示。例如，逻辑电平与电压值的关系(gun x)可用下表来描述：共五十八页例：周期性数字(shz)脉冲波高电平持续时间为6ms，低电平持续时间为10ms, 则，占空比 2. 占空比 q -表示脉冲(michng)宽度占整个周期的百分比 : q数字信号中的几个概念:1. 脉冲宽度 tw -表示脉冲作用的时间。 q = 6ms / (6+10)ms =37.5%共五十八页3.上升时间t r 和下降时间t f -从脉冲(michng)幅值的10%到90% 所经 历的时间 。典型值为几十个纳秒（ns） 非理想(lxing)脉冲波形 数字信号中的几个概念(续):共五十八页 模拟量可以用数字(sh

7、z)0、1的编码来表示，这里的编码所指的是数字0、1的字符串，这种编码就是二进制码 , 数字0、1的字符串是由模数转换器得来。 模拟量的数字(shz)表示 end共五十八页 6.1.1 数制 6.1.2 码制6.1 数制与码制共五十八页一、特点： 1、任何一位数可以而且只可以用 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 这十个数码(shm)表示。 2、进位规律是“逢十进一”。即 9+1=10=1101 + 0100例如： 式中，102 、101 是根据每一个(y )数码所在的位置而定的，称之为“权”。 3、在十进制中，各位的权都是10的幂，而每个权的系数只能是09这十个数码中的

8、一个。6.1.1.1 十进制数（Decimal Number)共五十八页二、一般(ybn)表达式:位权系数(xsh) 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，采用十进制是十分不方便的。它需要十种电路状态，要想严格区分这十种状态是很困难的。共五十八页一、特点(tdin)二、二进制数的一般(ybn)表达式为:1、任何一位数可以而且只可以用0和1表示。2、进位规律是：“逢二进一” 。3、各位的权都是2的幂。6.1.1.2 二进制数(Binary Number)位权系数例如：1+1=10= 121+ 020共五十八页例1.3.2 试将二进制数(01010110)B转换(z

9、hunhun)为十进制数。 解：将每一位二进制数乘以位权然后(rnhu)相加便得相应的十进制数。 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。三、二进制的优点： 1、易于电路实现-每一位数只有两个植，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表示。 2、基本运算规则简单四、二进制的缺点： (01010110)B= 26 + 24 + 22 + 21 = （86)D共五十八页二、十进制数转换成二进制数： 常用(chn yn)方法是“按权相加”。 1. 整数(zhngsh)部分用“除二取整”法: 将十进制数连续不断地除以2 ,

10、 直至商为零，所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数一、二进制数转换成十进制数：整数部分小数部分十二进制之间的转换共五十八页225 余1 K0122 余0 K162 余0 K232 余1 K312 余1 K40例：十进制数25转换(zhunhun)成二进制数的转换(zhunhun)过程：(25)D=(11001)B共五十八页例如(lr): (63)10=( ? )26321=b113153171=b21=b31=b41=b522221=b0故 (63)10=( 111111 )2 若十进制数较大时，不必(bb)逐位去除2，可算出2的幂与十进制对比，如： （261)10 =(?)2 28 =

11、256，261 256 = 5 ，(5)10=(101)2, (261)10=(100000101)2共五十八页用十进制小数乘以二进制的基数，第一次乘得结果的整数部分即为所求二进制的小数最高位，其小数部分再乘以二，所得结果的整数部分为所求数的次高位，直到(zhdo)小数部分为0或达到要求的精度为止。等式两边(lingbin)依次乘以2, 可分别得b-1、b-2.:2. 小数部分的转换用“乘二取整”法:共五十八页例1.3.5 将(0.706)D转换(zhunhun)为二进制数，要求其误差不大于2-10。 解：按式(1.3.5)所表达的方法(fngf)，可得、如下： 0.7062=1.4121 b

12、10.4122=0.8240 b20.8242=1.6481 b30.6482=1.2961 b40.2962=0.5920 b50.5922=1.1841 b6 0.1842=0.3680 b7 0.3682=0.7360 b8 0.7362=1.4721 b9 由于最后的小数小于0.5，根据“四舍五入”的原则，应为0。所以，(0.706)D=(0.101101001)B，其误差 共五十八页一、特点(tdin)：6.1.1.3 八 进 制(Octal Number) 1、八进制数以8为基数，采用0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7八个数码(shm)表示任何一位数。 2、进位规律是“逢

13、八进一”。 3、各位的权都是8的幂。例如 (144)O =64+32+4=(100)D共五十八页二、二进制转换成八进制：八 进 制三、八进制转换成二进制： 将每位八进制数展开(zhn ki)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(b fen)自右向左，小数部分(b fen)自左向右，三位一组，不够三位的添零补齐，则每三位二进制数表示一位八进制数。因为八进制的基数8=23 ，所以，可将三位二进制数表示一位八进制数，即 000111 表示 07例 (10110.011)B =例 (752.1)O=(26.3)O (111 101 010.001)B共五十八页例. 八进制与

14、二进制之间的转换(zhunhun)。(10011100101101001000)B=从末位(m wi)开始三位一组(10 011 100 101 101 001 000)B ()O01554=(2345510)O32八进制记数码：0、1、2、3、4、5、6、7(7)O(111)B说明：八进制的一位对应二进制的三位。共五十八页一、特点(tdin)： 1、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。 2、进位规律是“逢十六进一”。 3、各位的权都是16的幂。6.1.1.4 十六进制(sh li jn zh)(Hexadecima

15、l Number)共五十八页二、二进制转换成十六进制(sh li jn zh)： 三、十六进制(sh li jn zh)转换成二进制：十六进制因为16进制的基数16=24 ，所以，可将四位二进制数表示一位16进制数，即 00001111 表示 0-F。例 (111100010101110)B =将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。例 (BEEF)H =(78AE)H (1011 1110 1110 1111)B共五十八页(0101 1001)B=027+1 26+0 25+1 24+1 23+0 22+0 21+1 20D=(023+1 22+0 21+1 20) 161+(

16、1 23+0 22+0 21+1 20) 160D= (59)H每四位(s wi)2进制数对应一位16进制数(10011100101101001000)B=从末位(m wi)开始四位一组(1001 1100 1011 0100 1000)B()H84BC9= (9CB48)H共五十八页四、优点(yudin) ：十六进制(sh li jn zh) 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： 1、与二进制之间的转换容易； 2、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 1111B = 15D；八进制可计至 7777O = 14095D；十进制可计至 9999D；

17、十六进制可计至 FFFFH = 65535D，即64K。其容量最大。 3、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。共五十八页end表6.1.1 几种(j zhn)数制之间的关系对照表十进制数二进制数八进制数十六进制数0123456789100000000001000100001100100001010011000111010000100101010012345671011120123456789A十进制数二进制数八进制数十六进制数111213141516171819200101101100011010111001111100001000110010

18、100111010013141516172021222324BCDEF1011121314共五十八页数字系统(xtng)的信息数值(shz)文字符号二进制代码编码为了表示字符6.1.2 二进制码数值码 (研究数值表示的方法)共五十八页6.1.2 二进制码 建立二进制代码与十进制数值、字母(zm)、符号等的一一对应的关系称为编码。 若需编码的信息有N项，则需用的二进制数码的位数n应满足如下(rxi)关系： 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。 共五十八页常见(chn ji

19、n)的代码有: 也称自然(zrn)权码，其排列简单，完全符合二十进制数之间的转换规律。当用四位二进制码时，有00001111 十六种组合，分别代表015的十进制数。当用五位二进制码时，有当用n位二进制码时，有 0000011111 三十二种组合，分别代表031的十进制数。2n 个代码。（1） 自然二进制码共五十八页（2）BCD 码 (Binary-Coded-Decimal) BCD码又称二十进制码，通常用四位二进制码表示(biosh)一位十进制数，只取十个状态，而且每四个二进制码之间是“逢十进一”。 有多种可能，故而便产生(chnshng)了多种BCD码，其中使用最多的是8421 BCD 码

20、 (简称8421 码)。 四位二进制码可产生16个数00001111，而表示十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？ 8421 码是按顺序取四位二进制码中的前十种状态，即00001001，代表十进制的09，而10101111弃之不用。共五十八页 除此之外，还可取四位二进制码的前五种和后五种状态(zhungti)，代表十进制的09，中间六个状态不用，这就构成了2421码，它也是一种有权码，其权依次为2、4、2、1。（2）BCD 码 8421码是一种(y zhn)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，如： 1001 01104+

21、2=68+1=9 另外还有5421码和余3码等（余3码为无权码，它是8421码加0011得来的）。共五十八页十进制数 (N)D二进制编码(bin m) (K3K2K1K0)B(N)D= W3K3 +W2K2+W1K1+W0K0W3W0为二进制各位的权重(qun zhn)8421码，就是指W3=8、 W3= 4、 W3= 2、 W3= 1。用四位二进制数表示09十个数码，该四位二进制数的每一位也有权重。2421码，就是指W3=2、 W3= 4、 W3= 2、 W3= 1。5421码，就是指W3=5、 W3= 4、 W3= 2、 W3= 1。共五十八页b3b2b1b023222120代码对应的十进

22、制数自然二进制码二十进制数8421 码2421 码余3码00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456789101112131415012345678901234567890123456789表6.2.1 几种(j zhn)常见的码 （P20）共五十八页（3）格 雷 码 格雷码是一种无权(w qun)码，其编码如表1.4.2所示。P20二进制码b3b2b1b0格雷码G3G2G1G0000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110

23、11110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000 编码特点是：任何两个相邻(xin ln)代码之间仅有一位不同。 该特点是其它所有码不具备的,常用于模拟量的转换。当模拟量发生微小变化，而可能引起数字量发生变化时，格雷码仅仅改变一位，这与其它码同时改变2位或更多的情况相比，更加可靠。例如，8421码中的0111和1000是相邻码，当7变到8时，四位均变了。若采用格雷码，0100和1100是相邻码，仅最高一位变了。共五十八页00000001001100100100010101110110110011011111

24、11101000100110111010二进制码b3b2b1b0格雷码G3G2G1G000000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000共五十八页 end（4） ASCII 码 ASCII码是美国标准信息(xnx)交换码，它是用七位二进制码表示，其编码见P460附录A 表A.1 。它共有128个代码，可以(ky)表示大、小写英文字母、十进制数、标点符号、运算符号、控制符号等，普遍用于计算机、

25、键盘输入指令和数据等。共五十八页6.2 基本(jbn)逻辑运算6.2.1 逻辑函数及其表示(biosh)方法6.2.2逻辑函数中的公式和定理6.2.3 逻辑函数公式化简6.2.4 卡诺图化简共五十八页6.2.1逻辑函数(hnsh)及其表示方法 逻辑代数 研究逻辑电路的数学(shxu)工具。 由英国数学家George Boole 提出的，所以又称布尔代数。 逻辑，指的是条件和结果的关系，电路的输入信号即条件，输出信号即结果。 条件满足和结果发生用“1”表示，反之用“0”表示。此时的“1”和“0”，只表示两个对立的逻辑状态，而不表示数值的大小。 在逻辑代数中，有三种最基本的逻辑运算： “与运算”、

26、“或运算”、“非运算”共五十八页 1. 真值表-描述(mio sh)逻辑关系的表格 2.逻辑表达式-输入信号为自变量，输出为函数(hnsh)的数学表达方式 3. 逻辑符号-在画电路时使用的符号这三种基本的逻辑运算可用“真值表”、“逻辑表达式”和“逻辑符号”来描述除此之外，还可以用硬件描述语言（HDL) 来表示逻辑运算。共五十八页 用开关串联(chunlin)电路实现图1.5.1 与逻辑运算开关A、B控制灯泡L，只有当A和B同时(tngsh)闭合时，灯泡才能点亮1. 与运算AB 灯不通不通通通不通通不通通不亮不亮不亮亮AB L&ABL=ABAB L000AB L001101010001= AB定义：某事件有若干个条件，只有当所有条件全部满 足时，这件事才发生。 “ 有0出0，全1出1 ”共五十八页用开关并联(bnglin)电路实现只要开关A和B中有一个(y )闭合，或两个都闭合，灯泡就会亮。图1.5.2 或逻辑运算定义：某事件有若干个条件，只要其中一个或一个以 上的条件得到满足，这件事就发生。 2. 或运算“ 有1出1，全0出0 ”共五十八页图1.5.3 非逻辑运算 下图表示一个(y )简单的非逻辑电路，当继电器通电，灯泡熄灭