电子电力技术数字部分第一章(总)

电子技术基础模拟电子技术数字电子技术

主讲

邬祥忠Email:wxzhong@4常用组合逻辑功能部件2逻辑门电路1

数字逻辑基础3组合逻辑电路的分析与设计5触发器6时序电路的分析与设计7常用时序逻辑功能部件*8半导体存储器和可编程逻辑部件9脉冲波形的产生与变换*10数模与模数转换器数字电子技术基础研究内容：数字电子技术基础是电类专业系列平台课程中的核心课程，也是该专业在电子技术方面入门性质的重要专业基础课。课程性质：数字电子技术是研究数字信号的处理的学科。数字信号传输、变换、产生等。课程任务：器件、基本功能电路及系统的基本概念、基本原理和基本分析、设计方法。器件、基本功能电路及系统。课程简介获得适应信息时代电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。课程目标：培养学生分析和解决问题的能力。能够对一般性的、常用的数字电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。打好基础、关注发展、主动更新、注重实践。学习参考书阎石主编《数字电子技术基础．第四版》高等教育出版社王毓银主编《数字电路逻辑设计．第三版》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)陈大钦主编，《数字电子技术基础学习与解题指南》华工出版社

学习方法成绩评定平时成绩20%考试80%每周第一堂课交上周的作业作业答疑时间：待定本章重点：模拟信号与数字信号的区别、各种信号之间的转换关系及逻辑函数的基本运算关系。1数字逻辑基础1.1模拟信号与数字信号1.3数制（自学）1.4二进制码（自学）1.5基本逻辑运算

1.2数字电路1数字逻辑基础5、掌握基本逻辑运算及逻辑问题的描述方法。教学基本要求1、了解数字信号与数字电路的基本概念2、了解数字信号的特点及表示方法。3、掌握常用二～十、二～一十六进制的转换。4、了解常用二进制码，特别是8421BCD码1.1模拟信号与数字信号模拟信号---时间和数值均连续变化的信号，如正弦波、指数函数等图1.1.1几种模拟信号波形数字信号---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。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。数字电路又称二值数字逻辑，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辑电平来表示。例如，逻辑电平与电压值的关系可用下表来描述：1.2数字电路1、工程性:一、数字电路的特点：数字电路中，电路只有两种工作状态，三极管不是工作在饱和区就是工作在截止区。三极管饱和导通用高电平“1”表示，三极管截止用低电平“0”表示，而且我们只关心信号的“有”和“无”，电平的“高”和“低”，而不去理会其具体的精确数值。电平从3.6V—5V均称为高电平“1”，0.0V—0.4V均称为低电平“0”，其微小的变化是无意义的。这与模拟电路相比，更突出了工程特点。1.2数字电路2、可靠性高一、数字电路的特点：3、集成度高数字电路的抗干扰能力强，固而可靠。现在，越来越多的模拟产品被数字产品所替代，从手表到电视机、手机等等。在信号的传送过程中，数字传送比模拟传送也要可靠的多。

二、数字电路的分析方法与测试技术1

分析方法1.2数字电路数字电路的研究对象是电路的输入与输出之间的逻辑关系；三极管工作在开关状态，所以，分析方法不能再是模拟电路中的图解法、小信号模型分析法，而是采用布尔代数、真值表、卡诺图、逻辑表达式、逻辑图、时序图等。2

测试技术

二、数字电路的分析方法与测试技术1.2数字电路测试设备为：数字万用表、电子示波器等。具体测试技术将在实验课中详细介绍。

1.3.1十进制

1.3.2二进制

1.3.3十～二进制之间的转换

1.3.4八进制1.3数制（自学）

1.3.5十六进制一、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这十个数码表示。2、进位规律是“逢十进一”。即9+1=10=1×101+0×100例如：式中，102、101是根据每一个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0～9这十个数码中的一个。1.3.1十进制数二、一般表达式:位权系数在数字电路中，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。一、特点二、二进制数的一般表达式为: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。1.3.2二进制数位权系数例如：1+1=10=1×21+0×20例1.3.2试将二进制数(01010110)B转换为十进制数。解：将每一位二进制数乘以位权然后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、基本运算规则简单四、二进制的缺点：(01010110)B=26+24+22+21=（86)D二、十进制数转换成二进制数：

常用方法是“按权相加”。

1.整数部分用“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，即为所求二进制数一、二进制数转换成十进制数：整数部分小数部分1.3.3十～二进制之间的转换例如:(63)10==(?)26321=b01=b53153171=b11=b21=b31=b42222余数故(63)10=(111111)2若十进制数较大时，不必逐位去除2，可算出2的幂与十进制对比，如：（261)10=(?)2∵28=256，261–256=5，(5)10=(101)2,∴(261)10=(100000101)22.十进制小数可表示为：等式两边依次乘以2,可分别得b-1、b-2…..:例1.3.5将(0.706)D转换为二进制数，要求其误差不大于2-10。解：按式(1.3.5)所表达的方法，可得、……如下：0.706×2=1.412……1……b－10.412×2=0.824……0……b－20.824×2=1.648……1……b－30.648×2=1.296……1……b－40.296×2=0.592……0……b－50.592×2=1.184……1……b－6

0.184×2=0.368……0……b－7

0.368×2=0.736……0……b－8

0.736×2=1.472……1……b－9

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，其误差一、特点：1.3.4八进制1、八进制数以8为基数，采用0,1,2,3,4,5,6,7八个数码表示任何一位数。2、进位规律是“逢八进一”。3、各位的权都是8的幂。例如(144)O=64+32+4=(100)D二、二进制转换成八进制：1.3.4八进制三、八进制转换成二进制：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)B一、特点：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。1.3.5十六进制二、二进制转换成十六进制：

三、十六进制转换成二进制：1.3.5十六进制因为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四、优点：1.3.5十六进制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；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。表1.3.1几种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111213141516171819200101101100011010111001111100001000110010100111010013141516172021222324BCDEF10111213141.4二进制码建立二进制代码与十进制数值、字母、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。数字系统中的信息分两类：数值码代码(研究数值表示的方法)常见的代码有:也称自然权码，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0000～1111十六种组合，分别代表0～15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00000～11111三十二种组合，分别代表0～31的十进制数。2n个代码。（1）自然二进制码（2）BCD码

BCD码又称二～十进制码，通常用四位二进制码表示一位十进制数，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，故而便产生了多种BCD码，其中使用最多的是8421BCD码(简称8421码)。四位二进制码可产生16个数0000～1111，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0000～1001，代表十进制的0～9，而1010～1111弃之不用。除此之外，还可取四位二进制码的前五种和后五种状态，代表十进制的0～9，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＝0110＝4+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）。b3b2b1b023222120代码对应的十进制数自然二进制码二～十进制数8421码2421码余3码00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456789101112131415012345678901234567890123456789表1.4.1几种常见的码（P20）1.5基本逻辑运算逻辑代数——研究逻辑电路的数学工具。逻辑代数又称布尔代数。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”、“或运算”、“非运算”

1.真值表---描述逻辑关系的表格

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－用开关串联电路实现图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ABL&ABL=A·BABL000ABL001101010001=A·B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。

－用开关并联电路实现只要开关A和B中有一个闭合，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.或运算图1.5.3非逻辑运算下图表示一个简单的非逻辑电路，当继电器通电，灯泡熄灭；继电器不通电，灯泡点亮。定义：一某事件的产生取决于条件的否定，这种关系称为非逻辑。

图1.5.3非逻辑运算3.非运算图1.5.4非逻辑门电路的符号上述三种是最基本的逻辑运算，经过组合，可以构成各种复杂的逻辑。表1.5.1列出了几种常用的逻辑运算。非运算的其它逻辑符号：1.6逻辑函数的表示方法

一般有五种：1.逻辑函数表达式

2.真值表

3.逻辑图

4.波形图（或时序图）

5.卡诺图

1.逻辑函数表达式

定义：按照对应的逻辑关系，将输出变量表示为输入变量的与、或、非运算的组合表达式。如：2.真值表定义：将输入逻辑变量的各种可能取值和相应的函数值排列在一起而组成的表