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毕业设计论文
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0514、电子学习数字电路教案,毕业设计论文
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数字电路 Digital Circuits 主讲： 电子工程系 刘 盾 nts1. 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 nts 内 容 学 时 分 配 授 课 实 验 小 计 1 数字逻辑基础 10 8 2 逻辑门电路 (器件基础 ) 14 2 10 3 组合逻辑电路 14 4 12 4 触发器与时序逻辑电路 14 2 18 5 半导体存储器 2 2 6 脉冲信号的产生与整形 8 2 8 7 、 转换 2 2 综合 2 6 4 总 计 64 16 80 三、学时分配 nts教材： 电子技术基础（数字部分） 第四版 康华光主编 参考书： 1 数字电子技术基础 第四版 阎石 主编 2 数字电子技术 张建华 主编 3 数字电路逻辑设计 王毓银 主编 4 数字电子技术基础学习指导与提高 自编 四、教材及教学参考书 nts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 nts电子技术的应用领域： Communication Control Computer Culture 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 nts 1. 模拟信号与数字信号 一、 模拟信号（ Analog Signal) 模拟量 时间和数值连续的物理量，如速度、温度、声音） t v 正弦波信号 锯齿波信号 t v 模拟量是 时间的连续函数 第一章 数字逻辑基础 nts模拟信号： Frequency， Period， Amplitude， Phase 模拟电路：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， Transistor、 Diode等元器件均 工作在放大状态 。 nts二、 数字信号（ Digital Signal） 数字量 ：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： t u nts数字信号： （ bit、 bit time、 bit rate） 数字信号 周期性： Frequency、 Period、 Pulse Width、 Duty Ratio、 Amplitude 非周期性 nts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 nts 2 数字电路 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。 二值逻辑（数字逻辑） ：用彼此相关又相互对立的两种状态来代表逻辑变量 1和 0， 在数字电路中，常用开关的闭合与断开、指示灯的亮灭、特别是电平的高、低来表示二值逻辑。 数字电路研究：输入与输出间的逻辑关系 nts一、 数字电路的发展与分类 电子管 半导体分离元件 小规模集成电路 中规模集成电路 大规模集成电路 超大规模 甚大规模 包括： resistor,capacitor,inductor,transistor,diode etc. SSIC (250个 ) MSIC (505千 ) LSIC (5千 10万 ) VLSIC(10万 1千万 ) ULSIC (1千万 10亿 ) 超超大规模 SLSIC (10亿 ) nts二、 数字电路的分析方法与测试技术 1. 数字电路的分析方法 基本分析方法：功能表、真值表、逻辑表达式、波形图 2. 数字电路的测试技术 数字电压表、电子示波器、逻辑分析仪 仿真软件： EWB(Electronics Workbench) PLD设计软件： ISP Synario、 MAX+PLUSII nts三、 数字电路的优点： 2、 抗干扰能力强，精度高。 （ 2）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。 （ 1）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。 nts3、 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。 nts 3 数制 一、 N进制数 N进制 ： 以 N为基数的记数体制。 1. 有 N个数码： 0（ N 1） 2. 逢 N进 1。 第 i位的权值 3. iii5 5K( N )常用数制 二进制 ： Binary 八进制 ： Octal Hexadecimal 十六进制 ： 十进制 ： Decimal nts（ 1） 十进制 (Decimal)： 以十为基数的计数体制。 用来表示 十进制 数的十个数码： 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 0 遵循 逢十进一 的规律。 157 = 012 107105101 iiiD 10K)N(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计数码相对应。这样将在技术上带来许多困难，而且很不经济。 nts（ 2） 二进制 (Binary) ： 以二为基数的计数体制。 表示 二进制 数的两个数码： 0、 1 遵循 逢二进一 的规律 （ 1011） B= 0123 21212021 =(11)D iiiB 2KN ）（nts用电路的两个状态 -开、关可以表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。 二进制数位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时须将十进制数转换成二进制数，运算结果输出时再转换成十进制数。 nts（ 3）十六进制 (Hexadecimal) 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 表示十六进制数的数码： iiiH KN 16）（以十六为基数的计数体制。 nts(4) 八进制 (Octal) : 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7 (436)O= 4 82 + 3 81 + 6 80 =(286)D 表示八进制数的数码： iiiO KN 8）（以八为基数的计数体制。 nts1. BD： 二进制数按位（权）展开相加。 例： (11010.011)2 = 124 +123+022+121+020+ 021+122+123 = (26.375)10 二、 数制之间的转换 2.DB： 整数和小数部分分别转换，最后相加。 整数除二取余，再除二取余，直到商为零。 小数乘二取整，再乘二取整，直到满足误差要求。 nts例： (25)D = 2 25 余 1 12 2 余 0 6 2 余 0 3 2 余 1 1 2 余 1 0 (11001)B b0 b1 b2 b3 b4 整数除二取余数法： nts例： (0.375)D =( ? )B 0.375 2 = 0.750 0 b-1 0.750 2 = 1.500 1 b-2 0.500 2 = 1.000 1 b-3 = (0.011)B 小数乘二取整数法： 0.375 2 0.75 2 1.5 2 1.0 b-1 b-2 b-3 (0.375) 10 = (0.011) 2 (25. 375) 10 = (11001. 011) 2 nts0.706 2 = 1.412 1 b-1 0.412 2 = 0.824 0 b-2 0.824 2 = 1.648 1 b-3 (0.706)D = (0.1011)B 0.648 2 = 1.396 1 b-4 例： (0.706)D 转换为二进制数，要求其误差不大于 2-4。 nts(4E6)H= 4162+14 161+6 160 =(1254)D 3.H （或 O） D： 按位（权）展开。 (436)O= 4 82 + 3 81 + 6 80 =(286)D nts(11101.011000111) B = (0001 1101 . 0110 0011 1000) B = ( )H 8 3 6 D 1 =(1D.638)H . 4。 B H： 以小数点为基准，分别向左、右每 四位分为一组，转换为相应的十六进制数。 每四位 2进制数，对应一位 16进制数。 nts(10101011110.100000111) B = (010 101 011 110. 100 000 111) B = ( )O 7 0 4 6 3 =(2536.407)O 5 2 . 5. B O： 以小数点为基准，向左、右每三位分为一组，转换为相应的八进制数。 每三位 2进制数，对应一位 8进制数。 nts6.H B： 将每一位 16进制数转换为 4位二进制数 7.O B： 将每一位 8进制数转换为 3位二进制数 (567)O = ( ？ )B (567)H = ( ？ )B (101 110 111 )B (0101 0110 0111)B ntsD O： D H： H O： (BE.29D)H = ( ？ )O = (1011 1110.0010 1001 1101)B = ( 276 .1235 )O O H： = (010 111 110. 001 010 011 101)B nts填空 : (10010.1010)B =（ ） H =( )O =（ ） D。 12.A 22.518.625nts数字系统的信息 数值 文字 符号 二进制代码如 ASCII 4 二进制码 编码 自然二进制码 BCD码 格雷码 编码 Encode 编码基本规则： 2n=N（ N为需编码信息的项数， n为编码 bit数） nts为了分别表示 N个字符，所需的二进制数的最少位数为 n. 编码可以有多种，如 ASCII码等，数字电路中常用的主要是二 十进制码（ BCD码）等。 BCD码是 Binary-Coded-Decimal的缩写，即二进制编码的十进制数 。用来表示十进制数。 编码基本规则： 2n=N（ N为需编码信息的项数， n为编码 bit数） nts在 BCD码中，十进制数 (N)D 与二进制编码 ( k3 k2 k1 k0 )B 的关系可以表示为： (N)D= k3W3 + k2W2+ k1W1+ k0W0 W3W0为二进制各位的权重（权值） 所谓的 8421码，就是指各位的权重是 8、 4、 2、 1。 (0101 1001 0011 ) 8421BCD =( )D 593nts(1110101.011000111) B = (0111 0101 . 0110 0011 1000) B = ( ) 8421BCD 8 3 6 5 7 =( 75. 638 ) 8421BCD . 以小数点为基准，分别向左、右每 四位分为一组，转换为相应的十进制数。 每四位 2进制数，对应一位 10进制数。 nts填空 : 1 (01101011001 )8421BCD =（ ） D； 2. (186.25)D = （ ） 8421BCD 3590001 1000 0110 .0010 0101 nts 在 BCD码中，用四位二进制数表示 0-9十个数码。四位二进制数最多可以表示 16个字符，因此 0-9十个字符与这 16中组合之间可以有多种情况，不同的对应便形成了一种编码。 无权码 有权码 nts0000 0001 0010 0011 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1101 1110 1111 0101 1100 0100 0 1 2 3 6 7 8 9 10 11 13 14 15 5 12 4 0 1 2 3 5 7 8 9 6 4 0 1 2 3 5 6 7 8 9 4 0 3 4 5 6 7 8 2 9 1 0 1 2 3 6 7 8 5 4 9 二进制数 自然码 8421码 2421码 5421码 余三码 nts 格雷码是一种无权码，也称循环码。 特点是：每两个相邻代码中的数码仅有一位不同，其余各位均相同。而且首尾 (0和 15)两个代码也仅有一位不同，构成 “ 循环 ” 。 显然，采用格雷码，位数变化小，可大大减少错码的可能性 ,具有纠错能力 。 nts 1894年，英国数学家乔治 .布尔首先提出描述客观事物逻辑关系的数学方法 -布尔代数 1938年，克劳德 .香农将 布尔代数 用于继电器开关电路的设计，又称 开关代数 。随着数字电路的发展，布尔代数已成为数字逻辑电路分析和设计的数学基础，又称 逻辑代数 。在 二值逻辑电路 中广泛应用。 5 逻辑代数 一、逻辑代数的定义： 逻辑代数（布尔代数、两值代数、开关代数） 是用来研究数字电路中的输入、输出之间逻辑关系的工具。 nts 在逻辑代数中，逻辑变量只能取两个值（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。 基本逻辑运算： 与、或、非 逻辑代数基本表达方式 ：逻辑表达式，真值表，逻辑电路 nts（ 1）“与”逻辑 E F A B C & A B C F 逻辑符号 逻辑式 F=ABC A F B C 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 条件都具备时，事件 F才发生。 有 0得0 全 1为1 一。 基本逻辑运算 真值表 nts（ 2）“或”逻辑 1
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