数字电路基础知识

数 字 电 路 (教育部职业教育与成人教育司推荐教材 )刘勇 主编 主讲教师： 机电工程系 罗勇电话： 131720820582010年 3月1. 本课程的性质电类专业基础课，目的是使学生掌握数字电路的基本理论，基本知识和基本技能，能初步学会逻辑电路的分析与设计方法，培养学生分析问题与解决问题的能力，为后续课程打下良好的基础。 2. 特点 逻辑性强 实践性很强、非纯理论性课程 具有 独立性 稳定性高、抗干扰能力强3、说明本学期讲述数字电子技术，所用的教材为刘勇编写的 数字电路 ，所讲授的内容为数字电路基础知识、集成逻辑门、组合逻辑门、触发器、时序逻辑电路、存储器与可编程逻辑器件、脉冲信号的产生与变换、 D/A与 A/D转换。这门课授课为 49学时，实验课 14学时，一共63学时，共 3.5个学分，为必修课。期末总评成绩为： 期末考试成绩（笔试，期末考试成绩（笔试， 60%）平时成）平时成绩（实验、课堂练习、课堂问题回答、作业及绩（实验、课堂练习、课堂问题回答、作业及考勤，考勤， 40%）。）。4、学习要求 1、上课时每位同学都要做笔记； 2、该课程前后连贯性很强，在学习中不能有拖欠； 3、不懂的问题要及时问老师，老师再根据情况是否再安排课外辅导； 4、 做作业时要求用 multisim绘图和仿真， 打印出来后贴在作业本上，再手工分析计算加以对比； 5、按时交作业。5、学习方法 打好基础、关注发展、主动更新、注重实践。课程学习中 :了解电路功能的应用背景 ,注重学习分析问题、解决问题能力的培养。注重理解和掌握功能部件的外特性、多练习、多动手。6、学习目标 （ 1）养成严肃、认真的科学态度和良好的学习方法； （ 2）养成独立分析问题和解决问题的能力并具有协作和团队精神； （ 3）能独立运用所学知识和技能独立解决课程设计中遇到的实际问题； （ 4）具有一定的创新意识；具有一定的自学、表达、获取信息等方面的能力。内 容学 时 分 配授 课 实 验 小 计1 数字电路基础知识 6 62 集成逻辑门 6 63 组合逻辑门 8 8 164 触发器与时序逻辑电路 14 3 175 存储器与可编程逻辑器件 5 56 脉冲信号的产生与变换 6 3 9 7 、转换 4 4总 计 49 14 637、学时分配 教育部职业教育与成人教育司推荐教材，刘勇主编，教育部职业教育与成人教育司推荐教材，刘勇主编，武汉理工大学出版社出版的武汉理工大学出版社出版的 数字电路数字电路 参考书： 阎石主编 数字电子技术基础第五版 高等教育出版社王毓银主编 数字电路逻辑设计第三版 高等教育出版社蔡惟铮主编 基础电子技术 集成电子技术 高等教育出版社8、教材及教学参考书9、电子技术的分类： 模拟电子技术 -研究模拟电路Analog Circuits ： 传递和处理模拟信号 -A 数字电子技术 -研究数字电路Digital Circuits ： 传递和处理数字信号 -D电子电路中的信号模拟信号 -Analog signal数字信号 - Digital signal时间和幅度上连续的信号时间和幅度都是离散的信号10、电子技术的应用领域：CommunicationControlComputerCulture life电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、电子测量仪表、航天、核物理、生物、医疗和日常生活（门铃、游戏、家电、生活管理）等，无处不存在。4C人类进入到数字时代 ,数字技术是发展最快 、 应用最广泛的技术 . 航空航天 “ 勇气 ” 号 火星探测器 雷达技术通信技术 计算机、自动控制计算机计算机智能仪器智能仪器 数码相机数码相机第 1章 数字电路基础知识本章首先介绍数字信号、模拟信号以及数字电路特征分类，有关数制和码制的一些基本概念和术语，然后给出数字电路中常用的数制和编码。此外，还将具体讲述不同数制之间的转化方法和二进制数算术运算的原理和方法。介绍二极管和三极管的开关特性，逻辑代数的基础知识。最后介绍逻辑函数的公式化简法和卡诺图化简法。内容提要内容提要本章内容 1.1 概述 1.2 数制与编码 1.3 晶体管的开关特性 1.4 逻辑代数基础本章重点与难点重点 : 数字电路的基本概念，数制与码 制，逻辑函数的化简。难点： 逻辑事件及其描述方法。1.1.1 数字信号 与数字电路1、 模拟信号（ Analog Signal)模拟信号 :时间和数值连续的物理量，如速度、温度、声音tu正弦波信号锯齿波信号 tu模拟量 是 时间的连续函数1.1 概 述2、模拟电路：用于传递、处理模拟信号的电子电路。分析输出信号与输入信号在 频率、周期、幅度和相位 等方面的不同，如 :交、直流放大器（ AC、 DC Amplifier）、信号发生器（ Signal Generator）、滤波器（ Filter)等。在模拟电路中，晶体管（ Transistor)、场效应管 (FET)等元器件均 工作在放大状态 。 3、 数字信号（ Digital Signal）数字信号：时间和幅度都是离散的 。大多数数字信号都是由模拟信号变换而来数字信号（方波）：tu4、数字电路：对数字信号进行传递、处理的电子电路。主要解决的是输入与输出的逻辑关系。数字信号周期性： Frequency、 Period、 Pulse Width、Duty Ratio、 Amplitude非周期性实际数字信号： tr 上升时间， tf 下降时间 tw脉冲宽度， T周期， Vm幅度5、 数字电路的优点：（ 2） 抗干扰能力强，精度高。模拟系统的精度由元器件的精度决定，模拟元器件的精度很难达到 10-3 以上，而数字系统只要 14位就可以达到 10 -4 的精度。在高精度的 系统中有时只能采用数字系统。（ 1） 单元电路简单。 对电路中元器件参数的精度要求相对不高，只要能区分两种截然不同的状态即可。数字电路加工和处理的都是二进制信息，不易受到外界干扰，因而抗干扰能力强。而模拟系统的各元件都有一定的温度系数，且电平是连续变化的，易受温度、噪声、电磁感应的等的影响。（ 3） 数字信号便于长期存储（ 4） 保密性好（ 5） 通用性强由于数字部件具有高度规范性，便于集成和大规模生产，而对电路参数的要求不严，故产品的成品率高。采用标准化的逻辑部件构成各种各样的数字系统，省时省力。1.1.2 数字电路 的特点4、常见逻辑电路：逻辑门、组合逻辑电路、时序逻辑电路、存储器、 PLD等。1、 数字电路工作的信号是不连续的信号，反映在电路上只有高电平和低电平两种状态 （ 电平是以地为基准的电压表示） 。通常用 ”1“和 ”0“来表示高电平和低电平。2、 数字电路中的三极管、场效应管等都工作在开关状态，而放大状态为过渡状态。3、数字电路研究的主要问题：输入与输出间的逻辑关系（即 “ 0” 和 “ 1” 的逻辑关系，而不是数值关系）。1.1.3 数字电路的分类及其发展趋势1、分类：数字电路可分为分立元件电路和集成电路两大类2、 数字电子技术的发展历程1906年 美国李 .德福雷斯特发明了真空三极管1948年 晶体管之父威廉 肖克利发明了 第一只 晶体管1958年 美国基尔比制成第一块集成电路6个月后诺伊斯制成第一块硅集成电路1971年 - 美国 M.E.霍夫制成第一台四位微处理器 40041976年 - 美国 S. 克雷制成第一部微型计算机 “ 克雷 -I”1983年 - 我国研制成功第一台速度为 1亿次的 “ 银河 ” 巨型计算机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 (0.13-0.09m)量级微处理器的时钟频率高达 2.8GHz（ 109Hz）90年代后 - ASIC 可编程逻辑器件（ PLD） 现场可编程门阵列60-70年代 IC技术迅速发展 ： SSI MSI LSI VLSI。10万个晶体管 /片，芯片中晶体管 0.35um。1.2 数制与编码1、数制：进位计数制的简称。最常用的是十进制，除此之外在数字电路和计算机中常用的是二进制、八进制和十六进制。2、 编码：将十进制或字符信息用二进制来表示。1.2.1 十进制1、有十个不同的数码： 010，故基数为 102、进位规则是 “逢十进一逢十进一 ”“借一当十借一当十 ”。任意一个 n位整数、 m位小数的十进制可表示为几个概念 : (1)数位：数码在一个数 中的位置。（ 2）基数：在某种计数制中，每个数位上所能所用的数码符号个数称为计数制的基数。（ 3）位权：在每个数位上的数码所代表的数值等于该数位上的数码乘上一个固定的数值，这个固定的数值就是位权。其中：其中： k