数字电子线路第一章

电子技术基础

——数字部分信息工程学院登录电子技术教学平台：武汉理工大学→网络学堂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。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。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

3

5V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

十六进制和八进制1.2数制数制简介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数制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1.2君.3二进制二进制劣数的一习般表达束式为:例如：1+1=10=1×21+0×20位权系数二进制酬数只有0、1链两个数码，进位规谱律是：傻“逢二咸进一”姥.1）二进制盲数的表愿示方法各位的锋权都是剑2的幂翻。1.2财数制电子技术用基础精品姜课程——追数字电子慎技术基础（1）详易于电甜路表达招---尸0、1烤两个值淹，可以馅用管子足的导母通或截建止，灯歼泡的亮借或灭、后继电器船触点的保闭合或蚀断开来墓表示。2）二进制鹅的优点（2）塌二进制或数字装峰置所用处元件少脏,电路涨简单、垂可靠偶。（3）基华本运算规加则简单,钳运算操事作方便。

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龄.3二进制电子技扣术基础旁精品课淡程——版数字电泛子技术争基础3）二进制数打波形表示1.2暗.3二进制电子技术事基础精品沉课程——蒙数字电子画技术基础（1）二属进制数据侵的串行传阶输4）二进制数换据的传输1.2闲.3二进制电子技术寒基础精品讽课程——梦数字电子航技术基础（2）老二进制炼数据的漆并行传哑输将一组含二进制狂数据所播有位同轮时传送婆。传送速慎率快,爸但数据梳线较多孙，而且角发送和筹接收设篇备较复临杂。1.2衡数制电子技术产基础精品讲课程——深数字电子翁技术基础1)十进躲制数转换别成二进制年数a.整怎数的转换“辗转相爪除”法:蛮将十进制叔数连续不笛断地除以晓2,窗直至商为崭零，所得薯余数由低伴位到高位削排列，即肉为所求二土进制数.整数部分别小数部分1.2.4二---十进制筛之间的躁转换1.2陵数制电子技扒术基础踏精品课安程——轿数字电园子技术夜基础解：根据埋上述原理辣，可将(校37)D按如下的由步骤转换白为二进制姓数由上得称(37哭)D=(10悦0101悟)B例1.汗2.2将十进抵制数(日37)D转换为二升进制数。当十进制朝数较大时稻，有什么祝方法使转披换过程简懒化?1.2.4二---十进制之丝式间的转换电子技雅术基础薯精品课桐程——遥数字电阀子技术张基础解：由罚于27为12叹8，而饺133避－12定8=5木=22＋20，例1.2陷.3将(13偶3)D转古换为二进恼制数所以对应关二进制数旁b7=1牲，b2=折1，b0雨=1，其获余各系数鞭均为0，同所以得(133年)D=(科1000撞0101揉)B1.2晃.4二---十进制挎之间的惰转换电子技晴术基础墙精品课出程——宝数字电独子技术拒基础b.小接数的转换锤:对于二垦进制的氏小数部跃分可写敬成将上式敌两边分容别乘以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浊知，将显十进制零小数每故次除去慕上次所齐得积中骂的整数专再乘以倦2，直秒到满足洪误差要惰求进行给“四舍红五入”怎为止，醉就可完道成由十沈进制小叮数转换每成二进梨制小数鼠。1.2静.4二---十进制之讨间的转换电子技术兆基础精品兆课程——舍数字电子暴技术基础解由于厌精度要求鹊达到0.教1%，需钳要精确到榜二进制小夹数10位虫，即1/乱210=1/录102抢4。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---十进制并之间的脑转换电子技牢术基础债精品课闻程——麻数字电壮子技术痒基础十六进制郑数中只有喇0,1高,2,朝3,株4,5串,6,近7,河8,9脑,A康、B、C探、D、E讨、F十六屯个数码，比进位规律齿是“逢十祝六进一”另。各位的厉权均为1将6的幂。(1）十六进制一般表达冰式：例如1.2貌.5十六进制底和八进制各位的符权都是指16的睁幂。1.2霸数制电子技激术基础敞精品课跃程——足数字电思子技术然基础(2）二----十六进双制之间建的转换二进制转烧换成十六蜻进制：因为16艰进制的基请数16=穷24，所以，炊可将四位狡二进制数寄表示一位殿16进制盗数，即愁0000雹～111劳1表示短0-F呈。例(1111誉0001千0101都110)B=将每位1肤6进制数留展开成四廉位二进制嗓数，排列市顺序不变抛即可。例(BEEF雄)H=(78裂AE)H(101葛111盟101菠110赵1111昆)B十六进制通转换成二级进制：例(111嘴100次010访101茅110糟)B=1.2磨.5十六进党制和八彻进制电子技隐术基础渠精品课钓程——垄数字电膏子技术穴基础(3）八进制八进制数洋中只有0郊,1,杰2,毕3,4螺,5,祸6,科7八个数农码，进位扮规律是“装逢八进一迷”。各位垄的权都是守8的幂。一般表达式八进制就饲是以8为刮基数的计筛数体制。1.2估.5十六进制遗和八进制电子技术蓬基础精品驰课程——拜数字电子坊技术基础(4）二----罢-八进制之沫间的转换将每位八隔进制数展织开成三位报二进制数绳，排列顺受序不变即租可。转换时，斯由小数点顶开始，整届数部分自腐右向左，因小数部分塔自左向右狭，三位一圆组，不够劣三位的添击零补齐，哭则每三位究二进制数全表示一位税八进制数圾。因为八与进制的添基数8昆=23，所以，倦可将三位离二进制数惯表示一位缘瑞八进制数尚，即0谦00～1勉11表文示0～稍7例(101长10.盈011金)B=例(752发.1)O=(26.郑3)O(111庸101精010前.001偏)B1.2.5十六进趟制和八贞进制电子技庄术基础吩精品课念程——集数字电歼子技术居基础(5)十六进瞧制的优点1）与二毯进制之间则的转换容次易；2）计数楼容量较其冬它进制都汤大。假如挨同样采用诸四位数码龄，二进制最窗多可计至门(11亏11)B=(1紫5)D；八进制弃可计至程(7损777栽)O=(2尸800)D；十进制绝可计至菊(9第999森)D；十六进姥制可计带至(计FFF香F)H=(6润5535型)D，即64幸K。其容械量最大。3）书偷写简洁稼。1.2匹.5十六进制报和八进制电子技稿术基础霸精品课眠程——国数字电典子技术益基础1.3.玩1二进煎制数的算术运北算1.3.杨2二进染制数的负数表示容方式1.3小二进制数运算1.3奖二进介制数运算电子技术兔基础精品凡课程——蛋数字电子攀技术基础1）二进制批加法加法规则位：0+0=骆0，0+贯1=1，页1+1=渗10（进位伴本位惊）。例1.注3.1计算两议个二进盘制数1绸010换和01决01的绑和。解：1.3.贿1二进粱制数的算术运拣算电子技乱术基础诞精品课尺程——增数字电搂子技术检基础减法规则际：0-0=蛛0，1便-1=0昼，1-0把=1谜0-1远=11（借位网本位）2）二进制减托法例1.3应.2计算两溪个二进舒制数1牛010凳和01浆01的盲差。解：1.3杰.1越二进制宵数的算术运算电子技术事基础精品睡课程——僚数字电子渴技术基础3）乘法和优除法例1.3升.3计算两抗个二进呜制数1版010列和01据01的县积。解：1.3争.1尤二进制悼数的算术运舱算计算机著实现方止法：移位结合剩加法。电子技错术基础英精品课韵程——材数字电跪子技术你基础例1.3坐.4计算两个临二进制数油1010淹和111余之商。解：1.3.寺1二进龄制数的算术运算计算机实芦现方法：移位结躬合减法爽（加法蛮）。电子技位术基础惧精品课扔程——朴数字电挽子技术驶基础二进制医数的最慨高位表印示符号锦位，且榴用0表危示正数袭，用1础表示负战数。其臂余部分用原码婶的形式辛表示数值位勿。（也可沟以最高哗位既表垦示符号钞位又表晒示数值符大小的驶）有符号的晃二进制数秘表示1）二进制煤数的补齐码表示补码或反东码的最高叔位为符号拣位，正数级为0，负独数为1。正数：补码、顾反码与卷原码相待同。负数：将原码的无数值位逐音位求反，瞎然后在最慨低位加1陈得到补码。(+1既1)D=(0蛙10爽11)B(11)D=(1递1011须)B即：正数：N补码＝N原码=N反码；负数：N补码＝2n－N原码。1.3.肿1二进犁制数的负数表何示方式电子技术维基础精品辩课程——线数字电子传技术基础减法运算陵的原理:减去一调个正数豆相当于扔加上一供个负数AB=A+(B)，对(朵B)求补码靠，然后梨进行加隶法运算闭。2）二进制迁补码的峡减法运蓝算采用补码舟运算，可颠以将减法燃运算转换意成加法运惧算。例如：A-B=A原码+（2n－B原码）－2n=A+纪B补码-2n（借位甲C由此急式决定吼）若A-B捕>0，则屿C=0，好即A原码+B补码将向高位爪产生进位仆1(2n)，即高位1劲-1=0节，无借位凤;若A-孔B<0盐，则C啦=1，顿即A原码+B补码不会产生宫进位，0唤-1(2n)有借位剖。1.3著.1粉二进制导数的算术运满算电子技术馋基础精品竿课程——迁数字电子瓦技术基础2）二进制补践码的减法正运算解：因为52=(5婆)补+(2)补-2n=010控1+1正110-2n=1001陶1-100杨00=[0]011刃，无借位延C，结障果为正。（52=3）1.3.效1二进凝制数的算术运夹算例1.险3.7试用4枯位二进荡制补码秆计算52，10-嘱11解：因为1011=(10)补+(11)补-2n=1010啦+0101-2n=01111-100硬00=[1]111埋1，有借位，待结果为负。（1床011=-1）10骄1昌0+0躁10早1[0]扫1耀11安1结论：A-B的借位C与A+B补码的进位位铜相反。电子技术乓基础精品无课程——芝数字电子袭技术基础例1.3您.8试用4位殃二进制补赌码计算5泼+7。3）溢出解决溢佛出的办驻法:进定行位扩怕展.解：因售为(5房诚+7)补=(5孙)补+(7赖)补=010黎1+01寺11=11笨00深（-虾4）结果错1.3铺.1槐二进制程数的算术运捷算当两个像符号相傻同的数域相加时宝可能产读生溢出狱。若产生了寨溢出，运秩算结果就赢出错了。01盛0束1+0胁1抗11[0]厉1我10冲0电子技术占基础精品馆课程——吃数字电子走技术基础4）溢出的级判别--借助榆C及最高杯位符号位绸（也是数宾值位）当方框中伯的进位位秆与和数的咸符号位（即即b3位）相反时，则运断算结果是庄错误的，划产生溢出州。两个符号开相同的数响相加可能约产生溢出顽。1.3事.1机二进制逢数的算术运算电子技眨术基础差精品课题程——必数字电缓子技术锹基础二进制数码的位数盘(n),编与需要编胸码的事件闹（或信息适）的个雾数(聋N)之间恶应满足以逢下关系：2n-1≤N≤2n(1)二----抛-十进制芬码(数闪值编码陷)(BC倍D码-柏---袭-B对ina航ry奋Cod败eD按eci尽mal用二进制梅表示的十持进制数）用4位二运进制数来擦表示一位叉十进制数告中的0~妄9十个数科码。从4位公二进制数鹅16种代根码中,选物择10种边来表示0俭~9个数姥码的方案砌有很多种姻。每种方摧案产生一称种BCD侵码。码制:编制代码创所要遵循察的规则1.4谊二进炭制数码电子技跨术基础犯精品课错程——矛数字电迈子技术敌基础1)几种常用的BC奋D代码自补性余三性自醋补性1.4骆二进制数码余三码条对应的甲格雷码掌握电子技胸术基础晴精品课充程——缩慧数字电寇子技术闹基础2)各种编贪码的特饰点余３码述的特点礼:当两个十谊进制的和每是10时妹，相应的缎二进制正摆好是16楼，于是可乐自动产生讽进位信号驼,而不需秃修正.0胀和9,山1和8,伙…..6筋和4的余药３码互为它反码,对于求10束的补码现很方便由。余3码循涨环码：相邻的聋两个代谊码之间企仅一位童的状态秩不同。错按余3衔码循环败码组成杯计数器临时，每差次转换尘过程只趟有一个蛇触发器习翻转，谁译码时案不会发溪生竞争卧－冒险防现象。有权码：编码与缸所表示宗的十进徐制数之狭间的转换容易如(10转0100歇00)842么1BC骨D=(9贝0)Ｄ1.4朱二进制数码电子技滩术基础转精品课瞎程——法数字电率子技术枯基础对于有权篮BCD码拣，可以根雾据位权展等开求得所料代表的十取进制数。院例如：[]BCD8421

0111()D

7=11214180+++=[]()D

BCD2421

7112041211101=+++=3)求BC埋D代码记表示的症十进制齿数1.4画二进制数码电子技术补基础精品什课程——色数字电子晌技术基础对于一厕个多位答的十进咳制数，在需要有除与十进岸制位数声相同的治几组B选CD代版码来表嫌示。例珠如：不能省略！不能省略！