第1章数字电子技术概述.ppt

1、数字电子技术概述，第1章，模拟量：在时间和价值上不断变化的物理量。数字量：时间和数值上的离散量称为数字量。u，u，模拟信号波形，数字信号波形，t，t，1.1数字电路和模拟电路的区别，1.1.1模拟量和数字量，传输和处理模拟(量)信号的电子电路称为模拟电路。传输和处理数字信号(量)的电子电路称为数字电路。1.1.2数字信号和数字系统，以及具有用于信号处理和处理的数字电路的工程系统被称为数字系统。u，数字信号波形，t，数字信息表示，1.1.2数字信号和数字系统，1。数字系统的优点，标准化，数字信息传输和处理速度快，通用性强，灵活性强，逻辑运算功能强。数字电路的分类，按半导体器件和集成单极电路(NM

2、OS，PMOS，CMOS)，分为存储功能，组合逻辑电路，时序逻辑电路，(2-6)，1.2半导体器件的开关特性，1.2.1二极管开关特性，二极管的内部结构，(2-7)，1.2。1二极管开关特性，当直流电压施加到PN结时，外部电场起作用。PN结变成导电状态。(2-8)，1.2。1二极管开关特性，当对PN结施加反向电压时，外部电场与内部电场一致，PN结的耗尽层宽度大大增加，扩散电流大大减小，PN结变为截止状态。1.2 .1二极管开关特性，1 .二极管伏安特性，导通：Ui死区电压(0 .5V)，UD是二极管正向压降(0.7V)(硅二极管)，二极管相当于开关闭合。关断：当用户界面死区电压(0 .5V)，

3、标识=0时，二极管相当于关断。反向击穿：当一个大的反向电压加到二极管上时，反向电流急剧增加。1.2。2三极管开关特性，1。三极管原理和符号，NPN三极管，PNP三极管，1.2。2三极管开关特性，B，E，2。关断工作状态，(a)NPN硅三极管共发射极电路，(b)关断状态等效电路，如果Ui箝位电压(折叠后的死区电压，0.7V)，VBE，iE，ic，iB，Ui，1.2。2三极管开关特性，B，E，2。放大状态，(a)NPN硅三极管共发射极电路，如果ui为Ui0.7V，发射极正向偏置，三极管处于放大状态。VBE，iE，ic，iB，Ui，iC=iB，iE=iC iB，如果VBE=0.7V，三极管处于截止和

4、放大状态的边缘，这称为临界导通点。1.2。2三极管开关特性，B，E，3。饱和工作状态，(a)NPN硅三极管共发射极电路，(c)导通状态等效电路，三极管导通后，随着ui、IB、ic和IE的增加，VCEUCCicRc不断减小，当VCE电压降至0.7V以下，三极管集电极结由反向偏转变为正向偏转，即VBE、iE、IC、iB、UI，1.2.3金属氧化物半导体场效应晶体管的开关特性，1。金属氧化物半导体晶体管结构。NMOS晶体管开关功能，NMOS晶体管符号，当G端子为高电平时等效电路，当G端子为低电平时等效电路，G栅极D漏极S源极BN衬底，栅极高电平，漏极和源极之间导通，D-，关断漏极和源极之间，D-S相

5、当于关断开关，3。PMOS开关功能，PMOS管的符号，当G端为低电平时等效电路，当G端为高电平时等效电路，G栅极D漏极S源极BP衬底，栅极为低电平，漏极和源极导通，D-S相当于on开关，栅极为高电平，漏极和源极关断，D。在我们的日常生活中有许多不同的数字。例如，十进制系统是“每十进制一”，时钟使用60进制系统，即60秒是一分钟，60分为一小时，12英寸是一英尺，所以它使用十进制系统，等等。(1-18)，1。数字系统，1。十进制是最早的主要计数系统。它遵循每十进制一的规则。十个代表数字的数字是：1，2，3，4，5，6，7，8，9，0，(1-19)。十进制数n可以表示为：如果在数字电路中使用十进制

6、系统，则必须有十个电路状态对应十个记数数字。这将带来许多技术困难，而且非常不经济。(1-20)，通常，对于任意N位整数，m位十进制数的十进制数(N)10可以表示为：(112)、(111)、=、或(1-21)，ai表示相应的位数，可以是0，19这十个数中的任何一个，并被记录为0ai9。所谓的“基数”是指可以在数字系统中使用的位数。例如，二进制的基数是“二”，而R系统的基数是R。N和M是正整数，分别表示整数和十进制数；10(或d)的下标10代表十进制数。十六进制：十六进制：十进制：二进制，(1-22)，公式(111)称为十进制数的位置计数或并行表示，公式(112)称为十进制数的多项式表示或加权展开

7、。10i被称为数字人工智能的“权利”。例如；代码a3的权重为103=1000，代码a0的权重为100=1。显然，不同数字上的数字有不同的“权重”。(1-23)，2。二进制：二进制计数系统，表示数字的两个数字：0，1，遵循每一个二进制数的规则，(1-24)，二进制数的表示方法与十进制数相同，也有两种表示二进制数的方法：位置计数法和多项式表示法。例如，等式的左侧是位置计数方法，等式的右侧是多项式表示。(1-25)，通常，对于N位的任意整数和m位的十进制数，二进制数(N)2可以表示为：(113)，或者，=,(114)，(N)2下标2表示二进制数。在公式中，bi代表对应的位数，n和m是正整数，n代表整

8、数，m代表十进制数。2i被称为数字bi的权利。(1-26)，优点和缺点，用电路开关的两种状态来表示二进制数，数字的存储和传输简单可靠。数字多，使用不方便；人们在输入时不习惯将十进制转换成二进制，然后在输出时将运算结果转换成十进制数。(1-27)，3。任何十进制数的表示。对于一个N位整数，M位小数的任意十进制数可以表示为：(115)或(116)，其中(N)R的下标R代表R基，ci可以是0，1，(R-1)，(1-28)，4。八进制和十六进制数的表示。八进制数由八个数字表示：0、1、2、3、4、5、6和7，基数为8。计数规则是“每八分之一”，即7 1=10(代表八进制数的8)，每个数字的权重是8n-

9、1，82，81，80，8-1，8-m。它可以写成：=，(117)，如(368.25) 8=382 681 880 28-1 58-2，(1-29)。同样，十六进制数是0，1，2，3，9，A，B，C，D，E。其中，A，B，C，D，E和F分别代表10，11，12，13，14和15。它的计数规则是“每十六进制一”，即F 1=10(即16个十六进制数)。按重量展开可写成：=，如(257.36)16=2162 5161 7160 316-1 616-2。第二，我们习惯于使用十进制数，但是在计算机和数字电路中，它们根据二进制数工作。因此，在数字系统中，我们必须首先将十进制数转换成计算机和数字电路进行处理。

10、这就要求我们掌握不同数字系统之间的相互转换。1.二进制数被转换成十进制数，只要采用公式(114)，就可以通过将转换后的二进制数根据权重相加来获得与二进制数对应的十进制数。(1-31)，示例1.5将(11001.101)2转换为十进制数。解：根据公式(134)，有：=16 8 0 0 1 0.5 0.125=(25.625)10，即，(11001.101) 2=(25.625)102。有许多方法可以把十进制数转换成二进制十进制数。下面只介绍基数乘法和除法。基数乘除法包括两个内容，即基数除法和基数乘法。前者用于整数转换，而后者用于十进制转换。如果一个数字包含整数和小数部分，它们必须分别转换，然后组

11、合。(1-32)，整数转换采用基数除法，即“除以2取余数”的方法。也就是说，将十进制整数除以2，取出余数1或0作为相应二进制数的最低位，将所得的商除以2，然后将余数1或0作为二进制数的第二低位，依此类推，直到商为0，所得的余数为最高位。1)整数转换，(1-33)，示例1.6将十进制数(76)10转换为二进制数。解决方案：2 | 76余数2 | 38 0 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

12、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _首先， 将十进制分数乘以2，取其整数1或0作为二进制分数的最高位，然后将乘积的十进制部分乘以2，然后取整数作为下一个最高位。 以此类推，直到小数部分为0或达到所需的精度。2)十进制转换，(1-35)，在示例1.7中，尝试将(0.75)10转换为二进制数。解决方法是：0。752。50 B- 1=1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，1，

13、1，(1-36)，解决方案：这是一个既有整数又有小数的十进制数，可以单独转换和相加。整数部分小数部分2 | 26余数0。4 5 2 | 13 0最低位)2 2 | 6 1.90 b-1=0 2 | 3 0)2 2 | 1 1.80 b-2=1 01最高位)2。6 0 b-3=1) 2。2 0 b-4=1) 2。4 0 b-5=0，然后：(26.45) 10=(11010.01110) 2，0，1，1，0，(1-37)，将二进制数转换为八进制数或十六进制数的方法是：从小数点开始，分别向左和向右按3位数()。然后用相应的八进制数或十六进制数替换各组，得到相应的八进制数或十六进制数。3。八进制数、十

14、六进制数和二进制数的转换，(1-38)，示例1.9将二进制数(10011101)2分别转换为八进制数和十六进制数。解决方法：二进制数是1 0，0 1 1，1 0 1 0 1 0，0 1 1，1 0 1，最高的数字由0八进制数2 3 5补充。结果是：(1 0 0 11101)2=(235)8，(1-39)，二进制数是1 0 0 1，1101每4位数字对应一组十六进制数9 D是：(10011101)2=(9D)16将八进制数或十六进制数转换成二进制数的方法是用相应的3位或4位二进制数来表示八进制数或十六进制数的每一位。(1-40)，示例1.10将八进制数(327)8和十六进制数(7A)16分别转换

15、为二进制数。解决方法：八进制数(3 2 7 )8二进制数011 010 111是：(327) 8=(0110111) 2十六进制数(7 A )16二进制数0111010是：(7 A) 16=(0111010) 2，一定数量的二进制数1.4编码，可以识别0和1，我们怎样才能表达更多的数字、符号和字母？编码可以解决这个问题。常用的代码有BCD码、格雷码、余数3码等。1.4.1二进制代码，计算机通常使用二进制代码进行操作。但有时有必要用二进制代码来表示十进制数。这种编码方法被称为十进制数的代码表示，它使用4个二进制数来表示十进制数09中的任何一个，即所谓的二进制代码，缩写为BCD代码。，(1-42)，二进制(BCD)码，因为4位二进制码可以代表16种不同的组合状态，它用来代表1位十进制数(只有09个十进制数)，只需要选择其中的10种，其余6种组合是多余的。因此，根据组合状态的不同选择方法，可以得到不同的二进制码。如8421码、2421码、5421码、剩余3码、格雷码等。见表1.1、(1-43)、(1-44)和表1.1中几种常见的BCD码，一般分为授权码和非授权码。例如，8421BCD码是最基本和使用最广泛的BCD码。这是一个加权代码。8421表示该代码中每个位的权重分别为8、4、2和1。其他授权码有2421BCD码和5421BCD码等。剩下的三个代码是未经授权的代码，在4位二进制