《电子技术与技能训练》-第五章 数字电路基础修改

目录5.1脉冲与数字信号5.2数制与码制5.3基本逻辑门电路5．1脉冲与数字信号

学习目标1．能区分模拟信号和数字信号，了解数字信号的特点及主要类型。2．了解脉冲信号的主要波形及参数。3．掌握数字信号的表示方法，了解数字信号在日常生活中的应用。下一页上一页返回5.1.1数字信号与模拟信号

模拟信号:时间和数值上都是连续变化的电信号。数字信号:时间上和幅值上都是离散的的电信号。下一页返回(a)模拟信号（b）数字信号5．1脉冲与数字信号5.1.2、数字电路的特点

1．数字电路中数字信号是用二值量来表示的，每一位数只有0和1两种状态。

2．由于数字电路采用二进制，所以能够应用逻辑代数这一工具进行研究。

3．由于数字电路结构简单，又允许元件参数有较大的离散性，因此便于集成化。下一页上一页返回5．1脉冲与数字信号5.1.3数字电路的分类

1．数字电路按组成的结构可分为分立元件电路和集成电路两大类。

2．按电路所用器件的不同，数字电路又可分为双极型和单极型电路。

3．根据电路逻辑功能的不同，又可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。下一页上一页返回5．1脉冲与数字信号5.1.4数字电路的应用

由于数字电路的一系列特点，使它在通信、自动控制、测量仪器等各个科学技术领域中得到广泛应用。当代最杰出的科技成果-计算机，就是它最典型的应用例子。下一页上一页返回5．1脉冲与数字信号5.1.5脉冲信号

1、常见脉冲信号波形

常见的脉冲信号波形，如图所示。

下一页上一页返回5．1脉冲与数字信号

(1)脉冲幅度Um:脉冲电压的最大变化幅度。

(2)脉冲宽度tw:脉冲波形前后沿0.5Um处的时间间隔。

(3)上升时间tr:脉冲前沿从0.1Um上升到0.9Um所需要的时间。上一页返回

2、矩形脉冲波形参数

非理想的矩形脉冲波形是一种最常见的脉冲信号，如右图所示。下一页5．1脉冲与数字信号

(4)下降时间tf:脉冲后沿从0.9Um下降到0.lUm所需要的时间。

(5)脉冲周期T:在周期性连续脉冲中，两个相邻脉冲间的时间间隔。

(6)占空比q:指脉冲宽度tw与脉冲周期T的比值。上一页返回下一页5．1脉冲与数字信号学习目标1．能正确表示二进制、十进制、八进制、十六进制等数制。2．会进行二进制、十进制、八进制、十六进制数之间的转换。3．了解8421BCD码的表示形式。5．2数制与码制下一页上一页返回5.2.1十进制数

(1)每一位数是0～9十个数字符号中的一个，这些基本数字符号称为数码。

(2)每一个数字符号在不同的数位代表的数值不同，即使同一数字符号在不同的数位代表的数值也不同。

(3)十进制计数规律是“逢十进一”。下一页返回5．2数制与码制

十进制数的任意一个n位的正整数都可以用下式表示:

式中кi为第i位的系数，它为0～9十个数字符号中的某一个数；10i为第i位的权；[N]10中下标10表示N是十进制数。

下一页上一页返回5．2数制与码制5.2.2二进制数

二进制数采用两个数字符号，所以计数的基数为2。各位数的权是2的幂，它的计数规律是“逢二进一”。

N位二进制整数[N]2的表达式为

式中，[N]2表示二进制数；кi为第i位的系数，只能取0和1的任一个；2i为第i位的权。

下一页上一页返回5．2数制与码制5.2.3八进制数

在八进制数中，有0～7八个数字符号，计数基数为8，计数规律是“逢八进一”，各位数的权是8的幂。n位八进制整数表达式为下一页上一页返回5．2数制与码制5.2.4十六进制数

在十六进制数中，计数基数为16，有十六个数字符号:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。计数规律是“逢十六进一”。各位数的权是16的幂，n位十六进制数表达式为下一页上一页返回5．2数制与码制5.2.5不同进制数之间的相互转换

1、二进制、八进制、十六进制数转换成十进制数

只要将二进制、八进制、十六进制数按各位权展开，并把各位的加权系数相加，即得相应的十进制数。下一页上一页返回5．2数制与码制一个二进制数[N]2＝10101000，试求对应的十进制数。解:[N]2＝[10101000]2＝[1×27+1×25+1×23]10＝[128+32+8]10＝[168]10即:[10101000]2＝[168]10下一页下一页上一页返回5．2数制与码制求八进制数[N]8＝217所对应的十进制数。解:[N]8＝[217]8＝[2×82+1×81+7×80]10＝[128+64+7]10＝[199]10即:[217]8＝[199]10

下一页上一页返回5．2数制与码制求十六进制数[N]16＝[A8]16所对应的十进制数。解:[N]16＝[A8]16＝[10×161+8×160]10＝[160+8]10＝[168]10即[A8]16＝[168]10下一页上一页返回5．2数制与码制

2、十进制数转换成二进制数

将十进制数转换成二进制数可以采用除2取余法，步骤如下:第一步:把给出的十进制数除以2，余数为0或1就是二进制数最低位к0第二步:把第一步得到的商再除以2，余数即为к1第三步及以后各步:继续相除、记下余数，直到商为0，最后余数即为二进制数最高位。下一页上一页返回5．2数制与码制将十进制数[10]10转换成二进制数。解:所以[10]10＝к3к2к1к0＝[1010]2下一页上一页返回5．2数制与码制

3、二进制与八进制、十六进制的相互转换

（1）二进制与八进制之间的相互转换

因为三位二进制数正好表示0～7八个数字，所以一个二进制数转换成八进制数时，只要从最低位开始，每三位分为一组，每组都对应转换为一位八进制数。若最后不足三位时，可在前面加0，然后按原来的顺序排列就得到八进制数。反之，如将八进制数转换成二进制数，只要将每位八进制数写成对应的三位二进制数，按原来的顺序排列起来即可。下一页上一页返回5．2数制与码制试将二进制数[10101000]2转换成八进制数。解:010

101

000

250即:[10101000]2＝[250]8下一页上一页返回5．2数制与码制试将八进制数[250]8转换为二进制数。解：250010101000即:[250]8＝[10101000]2下一页上一页返回5．2数制与码制（2）二进制数与十六进制数之间的相互转换

因为四位二进制数正好可以表示O～F十六个数字，所以转换时可以从最低位开始，每四位二进制数分为一组，每组对应转换为一位十六进制数。最后不足四位时可在前面加0，然后按原来顺序排列就可得到十六进制数。反之，十六进制数转换成二进制数，可将十六进制的每一位，用对应的四位二进制数来表示。上一页返回下一页5．2数制与码制试将二进制数[10101000]2转换成十六进制数。解:10101000A8即:[10101000]2＝[A8]16上一页返回下一页5．2数制与码制试将十六进制数[A8]16转换成二进制数。解:A81010

1000即:[A8]16＝[10101000]2上一页返回下一页5．2数制与码制5．2．3BCD编码1．码制建立代码与文字、符号、图形和其他特定对象之间一一对应关系的过程，称为编码。为了便于记忆、查找、区别，在编写各种代码时，总要遵循一定的规律，这一规律称为码制。

2．二—十进制编码（BCD码）在数字系统中，最方便使用的是按二进制数码编制的代码。如在用二进制数码表示一位十进制数0～9十个数码的对应状态时，经常用BCD码。BCD码意指“以二进制代码表示十进制数”。BCD码有多种编制方式，8421码制最为常见，它是用4位二进制数来表示一个等值的十进制数，但二进制码1010～1111没有用，也没有意义。表4-2-1为8421BCD代码表。5．2数制与码制5．3基本逻辑门电路学习目标1．掌握与门、或门、非门等基本逻辑门的逻辑功能，了解与非门、或非门、与或非门等复合逻辑门的逻辑功能，会画电路符号，会使用真值表。2．了解TTL、CMOS门电路的型号、引脚功能等使用常识，会正确使用各种基本逻辑门电路。下一页上一页返回5.3.1基本逻辑关系与逻辑举例：设1表示开关闭合或灯亮；0表示开关不闭合或灯不亮，1.与逻辑——当决定某一事件的各个条件全部具备时，这件事才会发生，否则这件事就不会发生，这样的因果关系称为“与”逻辑关系。若用逻辑表达式来描述，则可写为上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路若用逻辑表达式来描述，则可写为：F＝A+B

上一页返回下一页或逻辑举例：

2．或运算——当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事情就发生。我们把这种因果关系称为或逻辑。

5．3基本逻辑门电路非逻辑举例：

若用逻辑表达式来描述，则可写为：3.非逻辑:决定事件只有一个条件，当这个条件具备时事件就不会发生；条件不存在时，事件就会发生。这样的关系称为“非”逻辑关系。AF0110F＝

上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路其他常用逻辑运算2．或非

——由或运算和非运算组合而成。ABF000110111110

1．与非

——由与运算和非运算组合而成。ABF000110111000F＝

F＝上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路3．异或

:异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为0；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为1。异或的逻辑表达式为：ABF000110110110上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路4．同或:

同或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为１；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为０。异或的逻辑表达式为：BABF000110111001上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路分立元件门电路

（1）与门电路上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路（2）或门电路上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路（３）、三极管非门电路上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路（４）与非门电路上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路

5.3.2、集成逻辑门电路

（1）TTL“与非”门电路由于这种集成门电路的结构形式采用了半导体三极管，其“与”功能和“非”功能都是用半导体三极管实现的，所以一般称为晶体管-晶体管逻辑与非门电路，简称TTL与非门。目前，TTL电路广泛应用于中、小规模集成电路中，由于这种形式的电路功耗比较大，用它做大规模集成电路尚有一定困难。下一页上一页返回5．3基本逻辑门电路TTL与非门上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路

（2）TTL“与非”门的电压传输特性

TTL“与非”门的电压传输特性曲线指输出电压是如何随输入电压的变化而变化的曲线。

下一页上一页返回5．3基本逻辑门电路

①输出高电平U0H②输出低电平UOL③输入高电平UiH④输入低电平UiL⑤输入低电平电流IiL⑥输入高电平电流IiH⑦输出低电平电流IOL⑧输出高电平电流IOH⑨扇出系数N⑩平均传输延迟时间下一页上一页返回（3）TTL“与非”门的主要参数5．3基本逻辑门电路

（4）TTL集成门芯片

74X系列为标准的TTL集成门系列。其中若X为L表示低功耗；X为H表示高速；X为S表示肖特基即采用了所谓抗饱和技术；X为LS表示低功耗肖特基系列，这是应用最为广泛的一种TTL集成门电路，相当于我国的CT4000系列。

表5-1列出了几种常用的74LS系列集成电路的型号及功能。下一页上一页返回5．3基本逻辑门电路当EN=1时，输出为高阻状态。所以，这是一个低电平有效的三态门。工作原理：当EN=0时，为正常的非门，输出（5）TTL三态输出与非门电路

TTL与非门电路的系列产品中除了上述的与非门外，其他类型还有集电极开路的与非门(简称OC门)、三态输出门等，可以实现各种逻辑功能和控制作用。

上一页返回下一页动画动画5．3基本逻辑门电路

3．CMOS门电路

CMOS门电路是由PMOS管和NMOS管构成的一种互补对称场效应管集成门电路。（1）CMOS与非门图5-2下一页上一页返回（2）CMOS或非门图5-3（3）CMOS三态门图5-4

5．3基本逻辑门电路

CMOS门电路的主要特点是:①功耗低②电源电压范围宽③抗干扰能力强。④制造工艺较简单。⑤集成度高，宜于实现大规模集成。下一页上一页返回5．3基本逻辑门电路（2）对于或非门及或门，一种是直接接地；另一种是与有用的输入端并联使用。（1）对于与非门及与门，一种是直接接电源正端，或通过一个上拉电阻（1～3kW）接电源正端；另一种和已使用的输入端并联使用5.3.3TTL门电路和MOS门电路的使用

1.TTL门电路的使用

（1）多余输入端的处理

上一页返回下一页5．3基本逻辑门电路

（2）TTL电路使用注意事项①电路输入端不能直接与高于+5.5V，低于-0.5V的低电阻电源连接，否