电子技术基础.ppt

1、1,电子技术基础,（数字部分）,2,概述: 1、数字技术的发展与应用-P2 JPEG、MPEG、VCD、DVD、 ISO、 CCITT 2、数字集成电路的分类及特点-P4P5 规模、结构工艺ASIC、PLD 稳定性、容易设计、批量大成本低、可编程性 （）、高速低耗 3、数字电路分析、设计方法P6,3,4、课程学习目的： 掌握数字电路的分析与设计的基本理论和基本方法，为数字系统的分析设计打基础。 5、数字电路特点： （1）电路中信号是二值数字的数字信号； （2）电子元件工作在开关状态； （3）研究对象是输入与输出的逻辑关系； （4）表达工具是逻辑代数；,4,第一章 数字逻辑概论,5,第一章 数字

2、逻辑概论,1.1 数字电路的基础知识 1.2 基本逻辑关系 1.3 逻辑函数的表示法,6,1.1.1 数字信号和模拟信号,电子电路中的信号,模拟信号,数字信号,随时间连续变化的信号,时间和幅度都是离散的, 1.1 数字电路的基础知识,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。,7,模拟信号,数字信号,8,模拟信号：,u,正弦波信号,锯齿波信号,u,9,数字信号在时间上和数值上均是离散的。 数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流。 图1.1.1 典型的数字信号,一、数字信号的特点,10,有两种逻辑体制： 正逻辑体制规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。

3、 负逻辑体制规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。 如果采用正逻辑，图1.1.1所示的数字电压信号就成为下图所示逻辑信号。,二、正逻辑与负逻辑,数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0）。,11,三、数字信号的主要参数,一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘： Vm信号幅度。 T信号的重复周期。 tW脉冲宽度。 q占空比。其定义为：,12,下图所示为三个周期相同（T=20ms），但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字信号。,13,1.1.2 数制,（1）十进制：,以十为基数的记数体制,表示数的十个数码：,1, 2, 3, 4, 5, 6

4、, 7, 8, 9, 0,遵循逢十进一的规律,157,=,14,一个十进制数数 N可以表示成：,若在数字电路中采用十进制，必须要有十个电路状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困难，而且很不经济。,系数,基数,位数,权,-m,n-1,Decimal：十进制的,15,（2）二进制：,以二为基数的记数体制,表示数的两个数码：,0, 1,遵循逢二进一的规律,（1001) B =,= ( 9 ) D,Binary：二进制的,16,优缺点,用电路的两个状态-开关来表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。,位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进

5、制数。,17,（3）十六进制和八进制：,十六进制记数码：,0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A(10), B(11), C(12), D(13), E(14), F(15),(4E6)H =,4162+14 161+6 160,= ( 1254 ) D,Hexadecimal：十六进制的,八进制：Octal 0，1，2，3，4，5，6，7， 逢八进一,18,十六进制与二进制之间的转换：,(0101 1001)B=,027+1 26+0 25+1 24 +1 23+0 22+0 21+1 20B,=,(023+1 22+0 21+1 20) 161 +(1 23+0 22

6、+0 21+1 20) 160B,= ( 59 ) H,每四位2进制数对应一位16进制数,19,十六进制与二进制之间的转换：,(10011100101101001000)B=,从末位开始 四位一组,(1001 1100 1011 0100 1000)B =,=( 9CB48 ) H,20,八进制与二进制之间的转换：,(10011100101101001000)B=,从末位开始三位一组,(10 011 100 101 101 001 000)B =,=(2345510)O,21,十进制与二进制之间的转换，可以用二除十进制数，余数是二进制数的第k0位，然后依次用二除所得的商，余数依次是K1、K2、

7、。,转换方法,（4）十进制与二进制之间的转换：,整数：除基数、得余数、作系数、低到高 小数：乘基数、取整数、作系数、高到低,22,整数转换过程：,(25)D=(11001)B,低 高,第1位靠近小数点,23,小数转换过程：,0.875 * 2 1.750 1 高 * 2 1.50 1 * 2 1.0 1 低 (0.875)D= (0.111)B,第1位靠近小数点,24,1.1.3 二进制码,数字系统的信息,数值,文字符号,二进制代码,编码,为了分别表示N个字符，所需的二进制数的最小位数：,编码可以有多种，数字电路中所用的主要是二十进制码（BCD -Binary-Coded-Decimal码）。

8、,25,用四位二进制数表示09十个数码，即为BCD码 。四位二进制数最多可以有16种不同组合，不同的组合便形成了一种编码。主要有： 8421码、 5421码、2421码、余3码等。,数字电路中编码的方式很多，常用的主要是二 十进制码（BCD码）。,BCD-Binary-Coded-Decimal,1.1.3 BCD码,26,BCD码用四位二进制数表示09十个数码。四位二进制数最多可以表示16个字符，因此，从16种表示中选十个来表示09十个字符，可以有多种情况。不同的表示法便形成了一种编码。这里主要介绍：,8421码,5421码,余3码,2421码,首先以十进制数为例，介绍权重的概念。,(325

9、6)D=3103+ 2102+ 5101+ 6100,个位(D0)的权重为100 ，十位(D1)的权重为101 ， 百位(D2)的权重为102 ，千位(D3)的权重为103,27,十进制数 (N)D,二进制编码 (K3K2K1K0)B,(N)D= W3K3 +W2K2+W1K1+W0K0,W3W0为二进制各位的权重,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。,

10、28,二进制数,自然码,8421码,2421码,5421码,余3码,29,有权码：位权固定 (473)D (0100 0111 0011)BCD 无权码：位权不定 余3码 格林码 表1.4.2 ASC码：表1.4.3,30,1.2.1 逻辑代数与基本逻辑关系,在数字电路中，我们要研究的是电路的输入输出之间的逻辑关系，所以数字电路又称逻辑电路，相应的研究工具是逻辑代数（布尔代数）。,在逻辑代数中，逻辑函数的变量只能取两个值（二值变量），即0和1，中间值没有意义，这里的0和1只表示两个对立的逻辑状态，如电位的低高（0表示低电位，1表示高电位）、开关的开合等。, 1.2基本逻辑关系,31,（1）“与

11、”逻辑( and ),A、B、C 条件都具备时，事件F才发生。,逻辑符号,基本逻辑关系：,规定: 开关合为逻辑“1” 开关断为逻辑“0” 灯亮为逻辑“1” 灯灭为逻辑“0”,32,F=ABC,逻辑式,真值表,真值表特点: 任0 则0, 全1则1,0 0=0 0 1=0 1 0=0 1 1=1,与逻辑运算规则：,33,（2）“或”逻辑,A、B、C只有一个条件具备时，事件F就发生。,逻辑符号,34,F=A+B+C,逻辑式,真值表,或逻辑运算规则:,0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1,真值表特点： 任1 则1, 全0则0。,35,（3）“非”逻辑,A条件具备时 ，事件F不发生；A不具备时

12、，事件F发生。,逻辑符号,1,36,逻辑式,真值表,真值表特点: 1则0, 0则1。,运算规则：,37,（4）几种常用的逻辑关系逻辑,“与”、“或”、“非”是三种基本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。,与非：条件A、B、C都具备，则F 不发生。,38,或非：条件A、B、C任一具备，则F 不发生。,异或：条件A、B有一个具备，另一个不具备则F 发生。,同或：条件A、B相同，则F 发生。,39,1.3 逻辑函数的表示法,四种表示方法,逻辑代数式 (逻辑表示式, 逻辑函数式),逻辑电路图:,卡诺图,真值表：将逻辑函数输入变量取值的不同组合与所对应的输出变量值用列表的方式一一对应列

13、出的表格。,40,将输入、输出的所有可能状态一一对应地列出。 n个变量可以有2n个输入状态。,1.3.1 真值表,列真值表的方法：一般按二进制的顺序，输出与输入状态一一对应，列出所有可能的状态。,例：设计一个表决电路当 ABC中两个以上为1时F为1,41,1.3.2 逻辑函数式,逻辑代数式：把逻辑函数的输入、输出关系写成与、或、非等逻辑运算的组合式。也称为逻辑函数式，通常采用“与或”的形式。,真值表,42,1.3.3 卡诺图：,最小项：构成逻辑函数的基本单元,对应于输入变量的每一种组合。 以三变量的逻辑函数为例,输入变量的八种状态分别唯一地对应着八个最小项。每变量以原变量或反变量在乘积中仅出现

14、一次。 之所以称之为最小项，是因为该项已包含了所有的输入变量，不可能再分解,43,0,0,1,0,0,1,1,1,三变量卡诺图,将n个输入变量的全部最小项用小方块阵列图表示，并且将逻辑相临的最小项放在相临的几何位置上，所得到的阵列图就是n变量的卡诺图。,卡诺图的每一个方块（最小项）代表一种输入组合，并且把对应的输入组合注明在阵列图的上方和左方。,44,逻辑函数及其表示方法示例:,解：第一步：设置自变量和因变量。 第二步：状态赋值。 对于自变量A、B、C设： 同意为逻辑“1”， 不同意为逻辑“0”。 对于因变量L设： 事情通过为逻辑“1”， 没通过为逻辑“0”。,一、逻辑函数的建立,例1 三个人

15、表决一件事情，结果按“少数服从多数”的原则决定，试建立该逻辑函数。,第三步：根据题义及上述规定 列出函数的真值表如表。,45,一般地说，若输入逻辑变量A、B、C的取值确定以后，输出逻辑变量L的值也唯一地确定了，就称L是A、B、C的逻辑函数，写作： L=f（A，B，C）,逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特点： （1）逻辑变量和逻辑函数只能取两个值0和1。 （2）函数和变量之间的关系是由“与”、“或”、“非”三种基本运算决定的。,46,二、逻辑函数的表示方法,1真值表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格。,2函数表达式由逻辑变量和“与”、“或”、“非”三种

16、运算符所构成的表达式。,由真值表可以转换为函数表达式。例如，由“三人表决”函数的真值表可写出逻辑表达式：,反之，由函数表达式也可以转换成真值表。,3逻辑图逻辑图是由逻辑符号及它们之间的连线而构成的图形。,由函数表达式可以画出其相应的逻辑图。,47,逻辑函数式：,ABC,C,B,A,C,B,A,C,B,A,F,+,+,+,=,=AB+AC+BC,表决电路逻辑图：,卡诺图,48,逻辑分析,逻辑电路图:,A,AB,AB+AB,AB,B,逻辑代数式：,真值表：,逻辑关系：,不同出1 同出0 异或逻辑,49,应用实例,楼道灯控制器： 两开关均能控制灯的亮、灭,220V,50,本章小结 1数字信号在时间上和数值上均是离散的。 2数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑1和逻辑0，它和二进制数中的0和1正好对应。因此，数字系统中常用二进制数来表示数据。 3常