电子信息导论(第六讲)(数字电子线路).ppt

电子信息科学导论 数字电子技术 信息学院 牛斌 2009年9月 第六讲 数字电子技术 二、课程内容概要 主要内容主要内容 v课程在现代科技领域中的地位 v课程性质、地位、作用 v数字信号的特点 v数字电子技术特点 v数字电子技术课程学习方法 一、课程介绍 v逻辑代数基础、集成门电路 v组合逻辑电路 v时序逻辑电路 v电子技术与方法综合应用 v实验 vv数字电子技术在现代科技领域中占有重要地位数字电子技术在现代科技领域中占有重要地位。 一、课程介绍 随着半导体技术、微电子技术飞速发展，集成电路制 造技术在现代科学技术领域中已占有越来越重要的地位， 从工业到民用无不渗透着现代电子技术的应用，如工农业 生产中用到的数控机床、温度控制、气体检测、空调的温 度控制、数字电视、数字通信、宇宙通信和遥控遥测等， 由此也导致电子学是知识更新最快的学科之一。 vv数字电子技术课程性质、地位、作用数字电子技术课程性质、地位、作用 数字电子技术是电子信息工程专业、通信工程专 业的一门专业基础课。电子技术领域的两大支柱是模 拟电子技术和数字电子技术，它们是电类学生知识结 构的重要组成部分，在人才培养中起着十分重要的作 用。数字电子技术课程的基本理论和实践技能是许多 其他后续课程的基础。 vv数字电子技术课程目标、任务数字电子技术课程目标、任务 v比较系统地掌握系统地掌握数字电路的基本知识、基本原理，为进一步学习 后续课程打下良好基础。 v能深刻理解深刻理解数字电路的基本分析方法和设计方法，并能比较灵活 地加以应用。 v能了解了解大规模以及超大规模数字集成电路的基本原理以及简单应 用。 数字电子技术课程任务是既要使学生掌握数字电子技术课 程知识为后续课程学习打下基础，又要使学生掌握足够的新知 识、新技术，为今后的技术更新打下基础。通过本课程的学习 应达到： vv数字电子技术的特点数字电子技术的特点 ：幅度和相位都连续的信号，或着说是幅 度和时间方面都连续的信号； ：幅度和相位都离散的信号，或着说是幅 度和时间方面都离散的信号； ：工作在模拟信号下的电子电路。 ：工作在数字信号下的电子电路。 vv数字电子技术的特点数字电子技术的特点 （1）在数码技术中一般都采用二进制：0和1； 数字信号通常是非连续变化的，通常只有两种状态，我们用符 号“0”和“1”来表示这两种状态。例如电位的高与低、三极管的饱 和与截止等。 （2）数字电路基本单元电路简单，易于集成化； （3）抗干扰能力强，精度高，逻辑关系确定，电路调试方便； （4）易保存,保密性好。 （5）通用性好，可采用标准化的逻辑部件来构成各种各样的数字 系统，而且是很多电子系统的改进和升级的方向。 简单地说，数字电子技术是一门研究数字信号的编码、运算 、记忆、计数、存储、测量和传输的科学技术。数字电子技术有 以下特点： 数字电路在研究的对象和方法上都跟模拟电路有很大 的不同，表6.1 把它们作了一个简单的对比。 表6.1 模拟电拟电 路与数字电电路的比较较 内 容模 拟 电 路数 字 电 路 工作信号 模拟信号数字信号 管子工作状态 放大饱和导通或截至 研究对象 放大性能逻辑功能 基本单元电路 放大器逻辑门、触发器 分析工具图解法、微变等效电路法 真值表、卡诺图、 逻辑表达式、状态 转换图、布尔代数 vv数字电路的学习方法数字电路的学习方法 初学者应当在学习方法学习方法上适应数字电路的特点，才能取得 良好的效果。 1、学习数字电子技术，首先要培养对该门课程的兴趣。 2、数字电子技术是一门实践性很强的学科，只有通过多动手，多做实验 、课上认真听讲，认真看演示，课下多练习，多看电子刊物，主动分析设计 常用数字电路系统，才能不断进步不断提高实践能力。 3、数字电子技术是一门应用性很强的学科，在学习过程中应重电子器 件功能及应用，轻内部结构分析。掌握各种电子器件的符号、特性和使用 方法；学会查阅手册、选择元器件参数；重集成电路芯片的外特性，而内部 电路可当一黑盒子处理等。 4、由于数字集成电路技术的高度发展，数字电路更鲜明地体现了管路合一 的特点。初学者应充分注意这一特点。一般来说，学习电路结构不是我们的 目的，目的是掌握电路功能。 vv数字电路的分类数字电路的分类 （1）按照逻辑功能的不同特点，逻辑电路可分为组合逻辑电路和时 序逻辑电路。 vv组合逻辑电路组合逻辑电路 是指电路在任一时刻的输出状态只与同一时刻的各输入状态 的组合有关，而与电路在前一时刻的输出状态无关。 图6.1 组合逻辑电路模型 图中X1、X2、X3Xn表示n个输 入信号，Y1、Y2、Y3Ym表示m 个输出信号。 则输出表达式为： vv时序逻辑电路时序逻辑电路 是指电路在任一时刻的输出状态不仅与该时刻的输入状态有 关，还与电路在前一时刻的输出状态有关。 图6.2 时序逻辑电路模型 记忆元件即存储器件的种类很多，如触发器、延迟线、磁性 器件等，但最常用的是触发器。 （2 2）按照数字电路集成度的不同，逻辑电路通常分为按照数字电路集成度的不同，逻辑电路通常分为SSISSI 、MSIMSI、LSILSI、VLSIVLSI。 集成度：一般把一块芯片中含有等效逻辑门的个数或元器件 的个数称为集成度。 表6.2 数字集成电路按集成度分类 二、课程内容概要 数字电子技术课程内容体系可以概括为： v第一单元：数字电子技术的基础知识。 l数制与编码； l逻辑代数基础； l集成逻辑门电路。 v第二单元：组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计。 l组合逻辑电路； l触发器； l时序逻辑电路； l脉冲产生与整形电路。 v第三单元：电子技术和方法综合运用。 v第四单元：实验。 vv数制与编码的概念及相互转换方法数制与编码的概念及相互转换方法； 十进制 - 二进制 - 八进制 - 十六进制； 8421BCD码。 vv逻辑代数基础逻辑代数基础； 逻辑代数是一门应用数学，是用于逻辑分析与设计的数学 工具。逻辑函数的四种表示方法：逻辑函数表达式、真值表、 卡诺图、逻辑图。如：F=AB（与逻辑） 。 第一单元：数字电子技术的基础知识第一单元：数字电子技术的基础知识 表 6.2 与逻辑运算真值表 图 6.3 F卡诺图与逻辑图 （1 1）组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计； vv基本逻辑单元是门电路；基本逻辑单元是门电路； 第二单元：组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计第二单元：组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计 图 6.4 与、或、非门 图 6.5 与非、或非、异或门 vv组合逻辑电路基本分析方法；组合逻辑电路基本分析方法； vv组合逻辑电路基本设计方法；组合逻辑电路基本设计方法； vv典型模块：典型模块： 常见的组合逻辑电路有加法器、编码器、译码器 、数据选择器、数据分配器、数值比较器等。 （2 2）时序逻辑电路的分析与设计时序逻辑电路的分析与设计； vv基本逻辑单元触发器基本逻辑单元触发器； 触发器的共性：触发器具有两个稳定的状态，分别用二进 制数码0和1表示；由一个稳态转到另一个稳态需要有外界信号 的触发；具有两个输出端，原码输出和反码输出。 基本RS触发器： 钟控RS触发器： 图 6.6 基本RS触发器逻辑图与符号 图 6.7 钟控RS触发器逻辑图与符号 D D触发器触发器： T T触发器： 触发器： 图 6.8 D触发器逻辑图与符号 图 6.9 T触发器逻辑图与符号 JKJK触发器触发器： 图 6.10 JK触发器逻辑图与符号 v时序逻辑电路分类： 同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。 v时序逻辑电路基本分析方法； 举例1 v时序逻辑电路基本设计方法； 举例2 v典型模块： 常见的时序逻辑电路有计数器、寄存器、移位寄存器等。 举例3 实践教学模块旨在提高学生的实际操作动手能力和技 术应用能力。实践教学以项目为主线，培养学生分析问题 、解决问题的能力，分三部分展开，如图6.11所示。 实验项目 基础性实验 提高性实验 综合性实验 图6.11 以项目为主线的实验教学 第三单元：实验第三单元：实验 v基础型实验：诸如门电路、触发器的功能测试及常用的中规 模集成组合电路、集成时序电路的功能测试等基础实验内容， 旨在强调基本实验技能、基本实验知识与基本实验方法的重要 性。 v提高型实验：例如一些较为简单的课题，这些课题的电路规 模相对较小，设计比较容易，学生力所能及，如智力竞赛抢答 器、交通灯控制器等。 v综合性实验：例如电路规模相对较大的课题，如具有报时和 时、分、秒显示的数字钟、数字电压表等。若这类电路完全由 学生独立设计，则有难度。因此，教师将参考电路提供给学生