数字技术基础第一章

数字电子技术基础上课教师：马海霞教研室地点：B6-420数字电路的分析与设计1.分析电路分析:根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。2.设计设计:从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的逻辑器件，设计出符合要求的逻辑电路。设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。

分析工具：逻辑代数（又称布尔代数）。分析方法：真值表、电路图、卡诺图、逻辑表达式和波形图。2电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代⑴传统的设计方法：⑵现代的设计方法：采用自下而上的设计方法；由人工组装,经反复调试、验证、修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。现代EDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方法，电路设计、分析、仿真、修订全通过计算机完成。返回

EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下载到芯片，实现系统功能。使硬件设计软件化。1.设计：在计算机上利用软件平台进行设计原理图设计VerlogHDL语言设计状态机设计设计方法EDA（ElectronicsDesignAutomation)技术3.下载2.仿真4.验证结果实验板下载线返回发展特点:以电子器件的发展为基础电子管时代1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在一些大功率发射装置中使用。电压控制器件电真空技术数字技术的发展晶体管时代电流控制器件：半导体二极管、三极管半导体集成电路数字技术的发展80年代后：ULSI，10亿个晶体管/片、ASIC制作技术成熟。目前：芯片内部的布线细微到亚微米(0.13~0.09

m)量级,微处理器的时钟频率高达3GHz（109Hz）。90年代后：97年一片集成电路上有40亿个晶体管。60~70年代：IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI、VLSI。10万个晶体管/片。将来：高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路。返回数码相机智能仪器计算机数字技术的应用返回课程介绍1.课程性质3.课程研究内容5.教材和参考书4.课程特点与学习方法2.教学目标序言数字电子技术课程是电类各专业具有入门性质的重要的专业基础课。1.课程性质

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:2.教学目标⑴正确分析、设计数字电路；⑵为进一步学习、设计专用集成电路(ASIC)打下坚实基础。数字信号传输、变换、产生等。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、仿真的软件工具：EWB、

Multisim、Protel、VHDL、MaxPlusII和

QuartusII等。3.课程研究内容①发展快②应用广摩尔定律:是指集成电路芯片上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，而价格下降一倍。摩尔定律是Intel公司的创始人之一戈登·摩尔（GordonMoore）提出来的。③工程实践性强4.课程特点与学习方法⑴课程特点4.课程特点与学习方法①掌握基本概念、基本电路和基本分析、设计方法。②能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。⑵学习方法打好基础、关注发展、主动更新、注重实践。5.主要教材及参考书阎石主编《数字电子技术基础》第五版高等教育出版社蔡惟铮主编《集成电子技术》高等教育出版社

电子工程手册编委会等编《中外集成电路简明速查手册-TTL、CMOS》

电子工业出版社李哲英主编《电子技术及其应用基础基础》高等教育出版社王金明,杨吉斌编《数字系统设计与VerliogHDL》电子工业出版社郑家龙、王小海主编《集成电子技术基础教程》高等教育出版社

本章基本要求：1、掌握数字量和模拟量的区别；2、掌握数字电路的特点；3、掌握几种常用的数制（二进制、八进制、十进制、及十六进制）及数制之间的转换；4、掌握原码、补码及反码的概念；5、掌握几种常见的码制。第一章数制和码制1.1概述

1.模拟量与数字量物理量可分为模拟量和数字量。

模拟量是在时间和数值上都是连续的物理量，表示模拟量的信号叫做模拟信号。例如正弦波、尖脉冲锯齿波、梯形波等。正弦波尖脉冲锯齿波梯形波

数字量是在时间和数值上都是离散的物理量，数字信号是表示数字量的信号。工作在数字信号下的电路称为数字电路。在数字电路中：

3.6V为标准高电平，0.3V为标准低电平。但近年来：2.4V以上均视为高电平，而1.4V以下均视为低电平。

模拟电路数字电路工作信号时间和数值均连续变化的物理量时间和数值均离散变化的物理量研究对象输出与输入信号在大小和相位之间的关系输出与输入信号之间的逻辑关系分析工具普通代数逻辑代数分析方法图解法、估算法和微变等效电路法真值表、电路图、卡诺图、表达式和波形图半导体器件工作状态放大状态饱和或截止状态基本单元基本放大器和运放逻辑门电路和锁存器2.模拟电路与数字电路的比较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

3V

数字输出

0

0

0

0

1

1

模数转换的实现4、数字电路的分类⑵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。⑴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。⑶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（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。1.2几种常用的数制数制

①每一位的构成方法 ②从低位向高位的进位规则常用的进制十进制，二进制，八进制，十六进制

十进制基数10，遵循逢10进位数码有10个状态：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9

如：（123.5）10

或（123.5）D

或123.5数值大小计算方法:123.5=1×102

+2×101

+3×100

+5×10-1K2K1K0K-1以小数点为界按位编号不难得出，十进制数的计算表达式为：推广到一般：R进制数的十进制计算表达式为：R：进位基数

Ri：第i位的位权

Ki：第i位的系数

二进制数

基数2,遵循逢2进位数码2个：0，1

二进制数数值大小计算：

(101101.1)2或（101101.1）BK5K4K3K2K1K0K-1以小数点为界按位编号=1×25+0×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1

=45.5八进制数基数8,遵循逢8进位数码8个：0，1，2，3，4，5，6，7

八进制数数值大小计算：

(73.6)8

或（73.6）oK1K0K-1以小数点为界按位编号=7×81+3×80+6×8-1

=59.75

十六进制数

基数16,遵循逢16进位

数码16个：0，1，、、、，9，A，B，C，D，E，F十六进制数数值大小计算：

(BF3C．8

)16或（BF3C．8）H=11

×163+15

×162+3×161+12

×160

+8

×16-1=48956．5

十六进制数 A B C D E F十进制数101112 13 14 15各种进制进位规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一1.3不同数制之间的转换二－十进制转换：将二进制数按权展开后，按十进制数相加。十－二进制转换：整数部分，用2除十进制数，余数是二进制数的第0位K0，然后依次用2除所得的商，余数依次是第1位K1

、第2位K2

、……；小数部分，乘以2，取整数，依次为K-1、K-2、……（27.125）10=（？）2（11011.001）2（71.8125）10=（？）2二－十六进制：十六进制的一位对应二进制的四位。(10011100101101001000)B=从末位开始四位一组(1001

1100

1011

0100

1000)B()H84BC9=(9CB48)H十六－二进制原理同样。小数部分，从高位开始四位一组十六－十进制：将十六进制数按权展开后，按十进制数相加。十－十六进制：与十－二进制原理类似；也可以先将十进制数先转换为二进制数，然后在转换为十六进制数。二－八进制：(7)8(111)B即八进制的一位对应二进制的三位。(11110.01011)2=从末位开始三位一组(011

110.

010110)2(626.3从高位开始三位一组)8八－二进制原理同样。1.4二进制运算1.4.1二进制算术运算的特点

算术运算：1、和十进制算数运算的规则相同

2、逢二进一

所以数字电路中普遍采用二进制算数运算1.4.2反码、补码和补码运算

1、

二进制数的正、负号的表示方法

最高位为符号位（0为正，1为负）

如+89=（01011001）-89=（11011001）（原码）2、

二进制数补码对于有效数字（不包括符号位）为n位的二进制数N，其补码为：（N）INV=N（二进制数为正数）(2n-1)-N（二进制数为负数）正数的补码与原码相同；负数的补码等于2n-N；符号位保持不变。结论：3、

二进制数反码（N）COMP=N（二进制数为正数）2n-N（二进制数为负数）正数的反码与原码相同；负数的反码等于原码的各位取反；符号位保持不变。结论：思考：补码与反码关系？（N）COMP=（N）INV+1练习P11例1.4.14、二进制的减法运算（自学）

在做减法运算时，如果两个数为原码，则首先要比较两数绝对值的大小，然后以绝对值大的作为被减数，绝对值小的作为减数，求出差值，最后再确定差的符号。（此过程较复杂）A-B=A+(B)COMP-2nA-B=A+(B)INV+1-2n思考：如何确定差的符号位？两数的减法运算可以转换为加法运算，A-B的差的值等于A+(B)INV+1，若该差的值产生进位，则差的符号为正，否则为负。结论：1.5几种常用的编码数字系统的信息数值文字符号二进制代码编码为了表示字符为了分别表示N个字符，所需的二进制数的最小位数：数码：代表一个确切的数字，如二进制数，八进制数等。代码：特定的二进制数码组，是不同信息的代号，不一定有数的意义编码：n位二进制数可以组合成2n个不同的信息，给每个信息规定一个具体码组，这种过程叫编码。最常见的编码有如下几种二-十进制编码（BCD码）ASCⅡ