数字电子线路第一章

数字电子线路第一章电子技术基础精品课程——数字电子技术基础第1页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础课程介绍1.课程的性质及特点3.课程研究内容5.参考书4.课程的学习方法及要求2.教学目标前言第2页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础前言1.课程的性质及特点特点2.教学目标是电气信息类专业具入门性质的重要的专业基础课。（1）（2）非纯理论课程，实践性较强（3）常以工程实践及试验方法处理分析数字电路的问题获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力，为以后深入学习数字电子技术及其相关学科和专业打好以下两方面的基础:1)正确分析、设计数字电路，特别是集成电路的基础；2)为进一步学习设计专用集成电路(ASIC)的基础。发展快、应用广第3页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础前言3.课程研究内容将以器件为基础，以信号为主线，研究数字信号传输、变换、产生等各种数字电路的工作原理，特点及其性能指标。内容涉及相关器件、功能电路及系统。硬件

处理数字信号的电子电路及其逻辑功能数字电路的分析方法数字电路的设计方法各种典型器件在电子系统中的应用软件

系统分析、设计的软件工具——ABEL、VHDL、VerlogHDL、EDA工具软件QuartusII等第4页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础前言打好基础、关注发展、主动更新、注重实践4.课程的学习方法及基本要求a、掌握基本概念、基本电路和基本分析、设计方法b、具有独立的应用所学的知识去分析和解决数字电路的实际问题的能力。（1）逻辑代数是分析和设计数字电路的重要工具，应熟练掌握。（2）重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能、外部特性及典型应用。对其内部电路结构和工作原理不必过于深究。（3）本课程实践性很强。应重视习题、基础实验和课程设计等实践性环节。（4）注意加强查阅数字集成电路产品手册等技术资料的能力。学好本课程之后，能够对一般性的，常用的，数字电子电路进行分析，调试，同时对简单的单元电路进行设计。第5页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础5.参考书康华光.电子技术基础,数字部分,第五、四版.高教出版社前言阎石.数字电子技术基础,第五、四版.高等教育出版社电子工程手册编委会．中外集成电路简明速查手册-TTL、CMOS．电子工业出版社王金明,杨吉斌．数字系统设计与VerliogHDL.电子工业出版社罗杰、谭力编．数字ASIC设计有关书的习题解答等。第6页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1数制和数码1.1数字信号及与数字电路1.2数制1.3二进制数运算1.4二进制数码1数制和数码基本要求：1）掌握各种进制之间的转换；2）掌握原码、反码、补码之间的关系。作业：1.9，1.20将十进制数转换为二进制、八进制、十六进制、8421BCD码第7页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础---时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等uOt

Otu模拟信号1.1数字信号及数字电路1.1.1数字信号及电平第8页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础数字信号波形---在时间上和数值上均是离散的信号。数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同，分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同数字信号1.1数字电路与数字信号第9页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础电压(V)+50正逻辑10电平H(高电平)L(低电平)逻辑电平与电压值及二值数字逻辑值的关系数字电路中的输入、输出电压量通常归为2个逻辑电平值，分别定义为高电平和低电平，并用二值数字逻辑值表示。

数码0、1---表示数量时称二进制数二值数字逻辑---表示事物状态时称二值逻辑1.1数字电路与数字信号负逻辑01第10页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(a)用逻辑电平描述的数字波形(b)16位数据的图形表示1.1.2数字量的波形图数字波形------是信号逻辑电平对时间的图形表示.1.1数字电路与数字信号第11页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础非理想脉冲波形实际脉冲波形及主要参数1.1数字电路与数字信号第12页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础几个主要参数:占空比Q-----表示脉冲宽度占整个周期的百分比上升时间tr和下降时间tf

----从脉冲幅值的10%到90%上升

下降所经历的时间(典型值ns)脉冲宽度(tw)----脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间周期(T)----表示两个相邻脉冲之间的时间间隔

tr脉冲宽度

tw

0.5V

4.5V

2.5V

幅值=5.0V

0.0V

5.0V

tf0.5V

2.5V

4.5V

1.1数字电路与数字信号第13页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(4)时序图----表明各个数字信号时序关系的多重波形图。由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保持同步关系。为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一定的时差，但这些时差必须限定在规定范围内，各个信号的时序关系用时序图表达。1.1数字电路与数字信号第14页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础高电平低电平有脉冲*非归零型*归零型

比特率--------每秒钟转输数据的位数无脉冲数字波形的两种类型:1.1数字电路与数字信号第15页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础周期性和非周期性

非周期性数字波形周期性数字波形

1.1数字电路与数字信号第16页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1.1.3模拟信号的数字表示由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换为数字信号.

0

0

模拟信号

模数转换器

35V数字输出

0

0

1

0

1

0

模数转换的实现1.1数字电路与数字信号第17页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础

1.2.2十进制1.2数制

1.2.3二进制

1.2.4十-二进制的转换

1.2.4十六进制和八进制1.2数制1.2.1数制简介第18页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础一般表达式:

1.2.2十进制十进制采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数码，其进位的规则是“逢十进一”。4587.29=4103+5102+8101+7100+2101+9102系数位权任意进制数的一般表达式为:各位的权都是10的幂。1.2.1数制简介数制:多位数码中的每一位数的构成及低位向高位进位的规则1.2数制第19页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1.2.3二进制二进制数的一般表达式为:例如：1+1=10=1×21+0×20位权系数二进制数只有0、1两个数码，进位规律是：“逢二进一”.1）二进制数的表示方法各位的权都是2的幂。1.2数制第20页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础（1）易于电路表达---0、1两个值，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表示。2）二进制的优点（2）二进制数字装置所用元件少,电路简单、可靠。（3）基本运算规则简单,运算操作方便。

iD/mA

O

vDS

/VVGS1

VGS2

VGS3

VGS4

饱和区

可变电阻区

截止区

vO

Rd

VDD

vI

1.2.3二进制第21页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础3）二进制数波形表示1.2.3二进制第22页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础（1）二进制数据的串行传输4）二进制数据的传输1.2.3二进制第23页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础（2）二进制数据的并行传输将一组二进制数据所有位同时传送。传送速率快,但数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。1.2数制第24页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1)十进制数转换成二进制数

a.整数的转换

“辗转相除”法:将十进制数连续不断地除以2,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.整数部分小数部分1.2.4二---十进制之间的转换1.2数制第25页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础解：根据上述原理，可将(37)D按如下的步骤转换为二进制数由上得(37)D=(100101)B例1.2.2将十进制数(37)D转换为二进制数。当十进制数较大时，有什么方法使转换过程简化?1.2.4二---十进制之间的转换第26页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础解：由于27为128，而133－128=5=22＋20，例1.2.3将(133)D转换为二进制数所以对应二进制数b7=1，b2=1，b0=1，其余各系数均为0，所以得(133)D=(10000101)B1.2.4二---十进制之间的转换第27页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础b.小数的转换:对于二进制的小数部分可写成 将上式两边分别乘以2，得 由此可见，将十进制小数乘以2，所得乘积的整数即为不难推知，将十进制小数每次除去上次所得积中的整数再乘以2，直到满足误差要求进行“四舍五入”为止，就可完成由十进制小数转换成二进制小数。1.2.4二---十进制之间的转换第28页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础解由于精度要求达到0.1%，需要精确到二进制小数10位，即1/210=1/1024。0.39×2=0.78b-1=00.78×2=1.56b-2=10.56×2=1.12b-3=10.12×2=0.24b-4=00.24×2=0.48b-5=00.48×2=0.96b-6=00.96×2=1.92b-7=10.92×2=1.84b-8=10.84×2=1.68b-9=10.68×2=1.36b-10=1所以

%1.0。到例将十进制小数(0.39)D转换成二进制数,要求精度达1.2.4二---十进制之间的转换第29页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础

十六进制数中只有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A、B、C、D、E、F十六个数码，进位规律是“逢十六进一”。各位的权均为16的幂。(1）十六进制一般表达式：例如1.2.5十六进制和八进制各位的权都是16的幂。1.2数制第30页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(2）二----十六进制之间的转换

二进制转换成十六进制：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0000～1111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

(1011111011101111)B十六进制转换成二进制：例(111100010101110)B=1.2.5十六进制和八进制第31页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(3）八进制八进制数中只有0,1,2,3,4,5,6,7八个数码，进位规律是“逢八进一”。各位的权都是8的幂。一般表达式八进制就是以8为基数的计数体制。1.2.5十六进制和八进制第32页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(4）二-----八进制之间的转换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000～111表示0～7例(10110.011)B=例(752.1)O=(26.3)O

(111101010.001)B1.2.5十六进制和八进制第33页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(5)十六进制的优点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(1111)B=(15)D；八进制可计至(7777)O=(2800)D；十进制可计至(9999)D；十六进制可计至(FFFF)H=(65535)D，即64K。其容量最大。3）书写简洁。1.2.5十六进制和八进制第34页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础

1.3.1二进制数的算术运算1.3.2二进制数的负数表示方式1.3二进制数运算1.3二进制数运算第35页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础

1）二进制加法加法规则：0+0=0，0+1=1，1+1=10（进位本位）。例1.3.1计算两个二进制数1010和0101的和。解：

1.3.1二进制数的算术运算第36页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础减法规则：0-0=0，1-1=0，1-0=10-1=11（借位本位）2）二进制减法例1.3.2计算两个二进制数1010和0101的差。解：

1.3.1二进制数的算术运算第37页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础

3）乘法和除法例1.3.3计算两个二进制数1010和0101的积。解：

1.3.1二进制数的算术运算计算机实现方法：移位结合加法。第38页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础例1.3.4计算两个二进制数1010和111之商。解：

1.3.1二进制数的算术运算计算机实现方法：移位结合减法（加法）。第39页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础二进制数的最高位表示符号位，且用0表示正数，用1表示负数。其余部分用原码的形式表示数值位。（也可以最高位既表示符号位又表示数值大小的）有符号的二进制数表示1）二进制数的补码表示

补码或反码的最高位为符号位，正数为0，负数为1。

正数：补码、反码与原码相同。

负数：将原码的数值位逐位求反，然后在最低位加1得到补码。(+11)D=(01011)B(11)D=(11011)B即：正数：N补码＝N原码=N反码；负数：N补码＝2n－N原码。1.3.1二进制数的负数表示方式第40页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础减法运算的原理:减去一个正数相当于加上一个负数AB=A+(B)，对(B)求补码，然后进行加法运算。2）二进制补码的减法运算采用补码运算，可以将减法运算转换成加法运算。例如：A-B=A原码+（2n－B原码）－2n

=A+B补码-2n（借位C由此式决定）

若A-B>0，则C=0，即A原码+B补码将向高位产生进位1(2n)，即高位1-1=0，无借位;

若A-B<0，则C=1，即A原码+B补码不会产生进位，0-1(2n)有借位。1.3.1二进制数的算术运算第41页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础2）二进制补码的减法运算解：因为52=(5)补+(2)补-2n=0101+1110-2n=10011-10000=[0]011，无借位C，结果为正。（52=3）1.3.1二进制数的算术运算例1.3.7试用4位二进制补码计算52，10-11解：因为1011=(10)补+(11)补-2n=1010+0101-2n=01111-10000=[1]1111，有借位，结果为负。（1011=-1）1010+0101[0]1111结论：A-B的借位C与A+B补码的进位位相反。第42页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础

例1.3.8试用4位二进制补码计算5+7。3）溢出解决溢出的办法:进行位扩展.解：因为(5+7)补=(5)补+(7)补=0101+0111=1100（-4）结果错1.3.1二进制数的算术运算当两个符号相同的数相加时可能产生溢出。若产生了溢出，运算结果就出错了。0101+0111[0]1100第43页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础4）溢出的判别--借助C及最高位符号位（也是数值位）当方框中的进位位与和数的符号位（即b3位）相反时，则运算结果是错误的，产生溢出。两个符号相同的数相加可能产生溢出。1.3.1二进制数的算术运算第44页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础二进制数码的位数(n),与需要编码的事件（或信息）的个数(N)之间应满足以下关系：2n-1≤N≤2n(1)二-----十进制码(数值编码)(BCD码-----BinaryCodeDecimal用二进制表示的十进制数）用4位二进制数来表示一位十进制数中的0~9十个数码。从4位二进制数16种代码中,选择10种来表示0~9个数码的方案有很多种。每种方案产生一种BCD码。

码制:编制代码所要遵循的规则1.4二进制数码第45页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础BCD码十进制数码8421码2421码5421码余3码余3循环码0000000000000001100101000100010001010001102001000100010010101113001100110011011001014010001000100011101005010110111000100011006011011001001100111017011111011010101011118100011101011101111109100111111100110010101)几种常用的BCD代码自补性余三性自补性1.4二进制数码余三码对应的格雷码掌握第46页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础2)各种编码的特点

余３码的特点:当两个十进制的和是10时，相应的二进制正好是16，于是可自动产生进位信号,而不需修正.0和9,1和8,…..6和4的余３码互为反码,对于求10的补码很方便。

余3码循环码：相邻的两个代码之间仅一位的状态不同。按余3码循环码组成计数器时，每次转换过程只有一个触发器翻转，译码时不会发生竞争－冒险现象。

有权码：编码与所表示的十进制数之间的转换容易如(10010000)8421BCD=(90)Ｄ1.4二进制数码第47页，共52页，2023年，2月20日，星期六电子技术基础精品课程——数字电子技术基础对于有权BCD码，可以根据位权展开求得所代表的十进制数。例如：[]BCD8421

0111()D