第01章 数字电路基础

数字电路与逻辑设计主要教材及主要参考书l1. 主要教材 数字电子技术基础 (第五版 ) 阎石 主编，高等教育出版社l2. 主要参考书 数字逻辑与数字系统（第 3版） 王永军 等 主编 电子工业出版社 数字逻辑与数字系统习题解答与实验指导 赵丽红 编 电子工业出版社课件下载教学资源 网络硬盘 林瑛08CD 数字电路1.1 数字系统基本概念数字系统基本概念1.2 计数体制计数体制1.3 常用编码常用编码第一章 数字电路基础何为数字电路？何为数字电路？光电转换 整型放大 门 计数器 译码显示秒 脉冲发生器数字电路数字电路 0100 1秒秒1.1 数字系统基本概念一、几个重要概念 :模拟电路模拟电路 处理处理 模拟信号模拟信号 的电路的电路数字电路数字电路 处理处理 数字信号数字信号 的电路的电路模拟信号模拟信号 数值的变化在时间上是连续的数值的变化在时间上是连续的 ,如语音信号如语音信号101 10 0 01数字信号数字信号 数值的变化在时间上是不连续的，离散的数值的变化在时间上是不连续的，离散的数字电路中，数字信号常用波形表示叫数字电路中，数字信号常用波形表示叫脉冲波形。脉冲波形。二、数字电路的特点使用二进制。使用二进制。数字电路中，基本工作信号是二进制数字电路中，基本工作信号是二进制的数字信号的数字信号 0和和 1，反映在电路上就是，反映在电路上就是低电平低电平 和和 高电平高电平 两种状态两种状态十十 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 二二 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001为何使用二进制？为何使用二进制？1） . 实现容易实现容易2） . 计算简单计算简单0 0 0 ， 0 0=0 0+1=1+0=1 , 0 1= 1 0=01+1=1 , 1 1=1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。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，数字电压信号就成为下图所示逻辑信号。 逻辑体系： 正逻辑与负逻辑数字电路只有 两个电平（高电平 “H”和低电平 “L”）， 通常用二值逻辑来表示（逻辑 “1”和逻辑 “0”） 。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） 。二值逻辑现实中的物理量通过传感器转换为模拟信号，再通过 数字电路转换为数字信号 系列 （二进制的数码： 0或 1组成的字串）。模拟量的数字表示现实中许多事物都可以用二值逻辑来表示：有和无，是与非，真与假，开与关，高与低，凡是只有两种可能的事物都可以用二值逻辑来表示 “0”或 “1”；因此用数字电路很容易实现。对于那些不能仅用两种状态表示的物理量呢？比如温度、重量等。模拟信号数字化的几个步骤：1、抽样： 满足抽样定理，等间隔进行采样；2、量化： 比如将 B和 C之间的值按某种规则处理，设为 B或 C3、 编码： 将量化后的值进行编码，比如采用 8位编码时， D（ C和 D之间的某些样本）的编码为 0000 0100。V(t)tD: 0000 0100C: 0000 0011B: 0000 0010A: 0000 0001由于使用二进制给数字电路带来优点由于使用二进制给数字电路带来优点： 电路简单电路简单 对电器元件要求不高对电器元件要求不高 可靠稳定可靠稳定 精确精确 存储存储 计算机处理计算机处理 现实生活中只要有电路的地方几乎都是数字电路，数字电路是由若干个数字集成器件组成的；其中 逻辑门 是基本单元，存储器和寄存器是存储二值数据的数字电路 。数字电路可以分为 组合逻辑电路 和 时序逻辑电路 两大类。数字电路的基础是二极管和三极管。二极管和三极管时而导通，时而截止，因此就形成了高电平和低电平（逻辑 1和逻辑 0）。目前数字电路都是集成电路，按照三极管的个数可以分为小规模、中规模、大规模、超大规模、甚大规模电路。摩尔（ More） 定理：每过 18个月，数字电路的集成度提高一倍，其价格保持不变。三、数字电路与数字系统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： 四、数字信号的主要参数下下 图所示为三个周期相同（图所示为三个周期相同（ T=20ms），）， 但幅度、脉冲宽度及占但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字信号。空比各不相同的数字信号。1. 数码：数码： 数制中允许使用的数值数制中允许使用的数值2. 基数：基数： 数制的基值数制的基值3. 系数：系数： 每个位上的数码每个位上的数码4. 权：权： R进制数的第进制数的第 i位数对应的权为位数对应的权为5. 加权系数加权系数 系数系数 权权数数 制制1.2 计数体制Ri1、十进制数 计数规律：逢十进一、借一当十、计数规律：逢十进一、借一当十、高数位的高数位的 1相当于低数位的相当于低数位的 10 数码：数码： 有有 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9共十个数码共十个数码 数码的位置规定了数码的等级数码的位置规定了数码的等级 “权权 /数位数位 ”： 10i 计数体制：以计数体制：以 10为基数为基数(245.25)10 = 2102 + 4101+ 5100 + 210-1 + 510-2 计数规律：逢二进一、借一当二、计数规律：逢二进一、借一当二、1 1 10 数码：数码： 有有 0, 1 共共 2个数码个数码 计数体制：以计数体制：以 2为基数为基数例如例如 (1001.1)B=123+022+021+120+12-1 = (9. 5)D2、二进制数210 计数规律：逢计数规律：逢 16进一、借一当进一、借一当 16、F 1 10 数码：数码： 有有 0 , 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9，A,B,C,D,E,F共共 16个数码个数码 计数体制：以计数体制：以 16为基数为基数例如例如 (4E6)16=4162+E161+6160 = (1250)103、十六进制数 计数规律：逢八进一、借一当八、计数规律：逢八进一、借一当八、7 1 10 数码：数码： 有有 0, 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7共共 8个数码个数码 计数体制：以计数体制：以 8为基数为基数例如例如 (123)8=182+281+380 = (83)104、八进制数 十进制十进制 转换到转换到 R进制进制 :整数部分和小数部分分别转换小数部分采用基值重复 相乘取 整数 法，直到乘积为 0整数部分采用基值重复 相除取 余数 法，直到商为 02 2152 107 1 d02 53 1 d12 26 1 d22 13 0 d32 6 1 d42 3 0 d52 1 1 d60 1 d7低位高位(215)10=(11010111)2除 R求余法 乘 R取整法5、数制转换 ： 十进制 R进制例例 (0.6875)10 =(?)20.6875 21 . 3750整数整数10.37520 . 750 00. 50 21 . 00 10.75 21 . 50 1转换结果为：(0.6875)10 =(0.1011)2 R进制 转换到 十进制 例如例如 (823F.5A)H=8163+2162+3161 +15160 +516-1+1016-2= (33343.3515625)D16106、数制转换 : 二进制 十六进制 最后一组不足 4位，则在 左 边补 0！将二进制整数从右向左每隔 4 位分为一组将每组按二进制数向十进制数转换的方法进行转换整数整数将二进制小数从左向右每隔 4 位分为一组将每组按二进制数向十进制数转换的方法进行转换小数小数 二进制到十六进制二进制到十六进制：最后一组不足 4位，则在 右 边补 0！例：例： (10110101)2= ( ？ )161011 0101B 5例：例： (0.1011)2=( ？ )160.1011 0. B 十六进制到二进制：十六进制到二进制：将每位 十六进制数转换为 4 位二进制数0.1011 0. B 例： ( 0.B )16 = ( ? )2 7、数制转换 ： 二进制 八进制 最后一组不足用 0补！将二进制整数从右向左每隔 3 位分为一组将每组按二进制数向十进制数转换的方法进行转换整数整数将二进制小数从左向右每隔 3 位分为一组将每组按二进制数向十进制数转换的方法进行转换小数小数 二进制到八进制：二进