数字电子技术第一章

1、科学研究中，先进的仪器设备；传统的机械行业，先进的数控机床、自动化生产线； 通信、广播、电视、雷达、医疗设备、新型武器、交通、电力、航空、宇航等领域 日常生活的家用电器；电子计算机及信息技术。 19041904年发明电真空器件（电子管）电子管时代。19481948年发明半导体器件晶体管时代。2020世纪6060年代制造出集成电路集成电路时代。 电子技术：研究电信号的产生、传送、接收和处理。l l 1.1.3 数字电路的分类和学习方法1. 数字电路的分类（1）按电路结构分类 组合逻辑电路：电路的输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路原来的状态无关。 时序逻辑电路：电路的输出信号不仅与当时的输入

2、信号有关，而且还与电路原来的状态有关。 （1）逻辑代数是分析和设计数字电路的重要工具，应熟练掌握。 （2）重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能、外部特性及典型应用。对其内部电路结构和工作原理不必过于深究。 （3）掌握基本的分析方法。 （4）本课程实践性很强。应重视习题、基础实验和综合实训等实践性环节。 （5）注意培养和提高查阅有关技术资料和数字集成电路产品手册的能力。 第1章返回v 定义：在时间上与数值上都连续的信号。定义：在时间上与数值上都连续的信号。v 模拟信号波形：模拟信号波形：u模拟信号波形模拟信号波形t最常见的模拟信号波最常见的模拟信号波形就是形就是正弦波正弦波。t正弦波形正弦波形

3、u在工程技术上在工程技术上，为便于分析，常用传感器将非电学（温为便于分析，常用传感器将非电学（温度、速度等）模拟量转换为电流、电压等电学量。把电度、速度等）模拟量转换为电流、电压等电学量。把电压等级较高或较低的电信号通过互感器变成等级相当的压等级较高或较低的电信号通过互感器变成等级相当的电流、电压量。电流、电压量。图示如下：图示如下：非电模拟量非电模拟量互感器互感器电流、电压、电流、电压、等电学量等电学量传感器传感器电模拟量电模拟量1) 定义：定义：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号2) 数字信号波形数字信号波形对数字信号进行传输、处理的电子线路称

4、为对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路数字电路。3) 数字电路数字电路第1章u数字信号波形数字信号波形t1 0011数字电路跟模拟电路相比在对于信号的传输、存储、数字电路跟模拟电路相比在对于信号的传输、存储、处理方面有很大优势。处理方面有很大优势。数字信号在时间上和数值上都是离散的，常用数字数字信号在时间上和数值上都是离散的，常用数字0和和1来表示，这里的来表示，这里的0和和1不是十进制数中的数字，不是十进制数中的数字，而是而是逻辑逻辑0和和逻辑逻辑1，故称之为，故称之为二值数字逻辑二值数字逻辑或简或简称称数字逻辑数字逻辑。v二值数字逻辑二值数字逻辑【Binary Digital L

5、ogic】v逻辑电平逻辑电平【Logic level】二值数字逻辑的两种状态在电路上可以用电子器件二值数字逻辑的两种状态在电路上可以用电子器件的开关特性（即开通和关断）来实现，于是就形成的开关特性（即开通和关断）来实现，于是就形成离散信号离散信号或或数字电压数字电压。这些数字电压通常用。这些数字电压通常用逻辑电逻辑电平平来表示。来表示。第1章到“基本逻辑运算”5)模拟量的数字表示模拟量的数字表示数字量优于模拟量之处是：数字量更便于存储、分数字量优于模拟量之处是：数字量更便于存储、分析和传输。因此常将模拟信号转换为数字信号，通析和传输。因此常将模拟信号转换为数字信号，通过模数转换器（即过模数转换

6、器（即A/D转换器：转换器：【Analog/Digital Converter】）来实现。有时还需将数字信号还原）来实现。有时还需将数字信号还原为模拟信号，可通过数模转换器（即为模拟信号，可通过数模转换器（即D/A转换器：转换器：【Digital/Analog Converter】 ）来实现。）来实现。模拟信号模拟信号数字信号数字信号A/D转换器转换器D/A转换器转换器第1章第1章返回 小规模集成电路（每片数十器件）小规模集成电路（每片数十器件）【 SSI：Small Scale Integration 】 中规模集成电路（每片数百器件）中规模集成电路（每片数百器件）【 MSI：Medium

7、Scale Integration 】 大规模集成电路（每片数千器件）大规模集成电路（每片数千器件）【 LSI：Large Scale Integration 】 超大规模集成电路（每片器件数目大于超大规模集成电路（每片器件数目大于1万）万）【 VLSI：Veruy Large Scale Integration 】1. 按集成度分类：按集成度分类：集成电路从应用的角度又可分为通用型专用型（2）按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)大规模集成电路(Large Sc

8、ale IC，LSI)超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）第1章3.按电路的结构和工作原理的不同分类按电路的结构和工作原理的不同分类 组合逻辑电路组合逻辑电路【Combinational Logic Circuits】 时序逻辑电路时序逻辑电路【Sequential Logic Circuits】 双极型双极型【TTL型：型：Transister-Transister Logic】 单极型单极型【MOS型，特别是型，特别是CMOS型

9、：型：Complementary Metal-Oxide-Semiconductor】数字化时代：音乐：CD、MP3电影：MPEG、RM、DVD数字电视数字照相机数字摄影机手机数字电路：处理和传输数字信号的电路。三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。 （1）数字电路的基本工作信号是用1和0表示的二进制的数字信号，反映在电路上就是高电平和低电平。 （2）晶体管处于开关工作状态，抗干扰能力强、精度高。 （3）通用性强。结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产。 （4）具有“逻辑思维”能力。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、逻辑判断，故又称为数字逻辑电路。越来越大的设计 越来越

10、短的推向市场的时间 越来越低的价格 大量使用计算机辅助设计工具（EDA技术） 多层次的设计表述 大量使用复用技术 IP（Intellectual Property）第1章返回1) 数制概述数制概述v进位制进位制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。v基数基数【Base Or Radix】：进位制的基数，就是在该进位进位制的基数，就是在该进位制中可能用

11、到的数码个数。制中可能用到的数码个数。v位权（位的权数）位权（位的权数）【Weight】：在某一进位制的数中，每在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。逢二进一逢二进一逢八进一逢八进一逢十进一逢十进一逢十六进一逢十六进一第1章iiNkD ik第第i位系数位系数N基数基数iN第第i位的权位的权i：若整数部分的位数是：若整数部分的位数是n，小数部分的位数为，小数部分的位数为m，i包含从包含从n-1到到0 的所有正整数和从的所有正整数和

12、从-1到到-m的所有负整数。的所有负整数。一般来说，数制有两个基本因素一般来说，数制有两个基本因素进位基数进位基数N权值权值Ni运算规律：逢运算规律：逢N进一进一又如：又如：(209.04)10 2102 0101910001014 102由此可见，同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和，称应的权的乘积之和，称权展开式权展开式。如：如：(5555)105103 510251015100103、102、101、100称为十进制的权。各数位的

13、权是10的幂。第1章加法规则：加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法规则：乘法规则：00=0， 01=0 ，10=0，11=1运算运算规则规则各数位的权是的幂二进制数只有二进制数只有0和和1两个数码，它的每一位都可以用电子元件来两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。第1章各数位的权是8的幂 如：如：(207.04)10 282 0817800814 82 (135.0625)10各数位的权是16的幂如：如：(D8.A)16 13161 816010 161(216.625)1

14、0第1章 一般地，N N进制需要用到N N个数码，基数是N N；运算规律为逢N N进一。 如果一个N N进制数M M包含位整数和位小数，即 (M)(M)N N=(a=(an-1 n-1 a an-2 n-2 a a1 1 a a0 0 a a1 1 a a2 2 a am m) )N N则该数的权展开式为： (M)(M)N Na an-1n-1N Nn-1n-1a an-2n-2N Nn-2n-2a a1 1N N1 1a a0 0 N N0 0 a a1 1N N-1-1a a2 2N N-2-2a am mN N-m-m 由权展开式很容易将一个N N进制数转换为十进制数。第1章第1章a.

15、用数字电路实现十进制数很困难。因为构成计数电路的基用数字电路实现十进制数很困难。因为构成计数电路的基本思路是把电路的状态与数码对应起来，而十进制的十个本思路是把电路的状态与数码对应起来，而十进制的十个数码就必须由十个不同的且能够严格区分的电路状态来分数码就必须由十个不同的且能够严格区分的电路状态来分别加以描述，这样将在技术上带来很多困难，而且也不经别加以描述，这样将在技术上带来很多困难，而且也不经济。因此在计数电路中一般不直接采用十进制，而是采用济。因此在计数电路中一般不直接采用十进制，而是采用只有两个数码只有两个数码0和和1的二进制，的二进制，二进制数码用电子电路的开二进制数码用电子电路的开

16、关特性就完全能够实现关特性就完全能够实现。b. 但二进制数存在书写太长、记忆不便等缺点，所以在数字但二进制数存在书写太长、记忆不便等缺点，所以在数字计算机的资料中又常采用八进制和十六进制来表示二进制计算机的资料中又常采用八进制和十六进制来表示二进制数。数。可见，各数制都有自己的用处，因此就涉及到了各种数制之可见，各数制都有自己的用处，因此就涉及到了各种数制之间转换的问题。间转换的问题。第1章 方法：方法：将非十进制数采用按权展开相加按权展开相加的方法即得对应 十进制数。例例1：(101.01)21220 211 200 2-11 2-2 (5.25)10例例2：(207.04)82820 81

17、7 800 8-14 8-2 (135.0625)10例例3：(D8.A)1613 1618 16010 16-1(216.625)10第1章1231212110121100112211102222222222222kkkkkkkkkkkkkkkkSnnnnnnnnnnnnnnnnnn)()()(同理)()()()()(2132123121231211022111022222222222222mmmmmmmmkkkkkkkkkkSkkkS同理左右同乘以第1章352172824222120110001低位低位高位高位小数部分：小数部分：0.8521.7 1 0.7 21.4 1 0.4 20.8

18、 0高位高位低位低位题目要求只保留三位小数题目要求只保留三位小数不再继续连乘取整了。不再继续连乘取整了。 (35.85)10(100011.110)2 第1章938118180531低位低位高位高位小数部分：小数部分：0.7586.00 6 (93.75)10(135.6)8 (93.75)10=(?)16整数部分：整数部分：93165160D5小数部分：小数部分：0.751612.00 C (93.75)10(5D.C)16 低位低位高位高位第1章例例6：(1101010.01)2=(?)8=(?)16解：解： (1101010.01)2=(001 101 010 . 010)2=(152.

19、2)8 (1101010.01)2=(0110 1010 . 0100)2=(6A.4)16第1章例例7：(374.26)8=(?)2解：解：(374.26)8=(011 111 100 . 010 110)2= (11 111 100 . 010 11)2例例8：(AF4.76)16=(?)2解：解： (AF4.76)16 =(1010 1111 0100 . 0111 0110)2 = (1010 1111 0100 . 0111 011)2第1章例例9：(674.3)8=(?)16解：解： (674.3)8=(110 111 100 . 011)2=(0001 1011 1100 . 0

20、110)2=(1BC.6)16例例10：(3AF.E)16=(?)8解：解： (3AF.E)16 =(0011 1010 1111 . 1110)2 =(001 110 101 111 . 111)2 =(1657.7)8八进制八进制二进制二进制二进制二进制十六进制十六进制十六进制十六进制二进制二进制二进制二进制八进制八进制 所以数字电路中普遍采用二进制算数运算例：用二进制补码运算求出1310 0100111011011001112310131110110101001001113101300011010110101101031013101110010100011010231013结论：将两个加数的符号位和来自最高位数字位的进位相加，结果就是和的符号 解：第1章v 问题的提出：问题的提出：v 编码编码定义：定义：二进制代码：具有特定意义的二进制数码。编码：代码的编制过程。 BCD码：用一个四位二进制代码表示一位十进制数字的编码方法。 1. 二十进制编码（BCD码）（1）8421码例：（1985）10 =（0001 100