電子電力技術(shù)數(shù)字部分第一章(總)

電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)

主講

鄔祥忠Email:wxzhong@4常用組合邏輯功能部件2邏輯門電路1

數(shù)字邏輯基礎(chǔ)3組合邏輯電路的分析與設(shè)計5觸發(fā)器6時序電路的分析與設(shè)計7常用時序邏輯功能部件*8半導(dǎo)體存儲器和可編程邏輯部件9脈沖波形的產(chǎn)生與變換*10數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)研究內(nèi)容：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)是電類專業(yè)系列平臺課程中的核心課程，也是該專業(yè)在電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。課程性質(zhì)：數(shù)字電子技術(shù)是研究數(shù)字信號的處理的學(xué)科。數(shù)字信號傳輸、變換、產(chǎn)生等。課程任務(wù)：器件、基本功能電路及系統(tǒng)的基本概念、基本原理和基本分析、設(shè)計方法。器件、基本功能電路及系統(tǒng)。課程簡介獲得適應(yīng)信息時代電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識和基本技能。課程目標：培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。能夠?qū)σ话阈缘?、常用的?shù)字電路進行分析，同時對較簡單的單元電路進行設(shè)計。打好基礎(chǔ)、關(guān)注發(fā)展、主動更新、注重實踐。學(xué)習(xí)參考書閻石主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)．第四版》高等教育出版社王毓銀主編《數(shù)字電路邏輯設(shè)計．第三版》高等教育出版社電子工程手冊編委會等編．中外集成電路簡明速查手冊-TTL、CMOS．(電子工業(yè)出版社)陳大欽主編，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與解題指南》華工出版社

學(xué)習(xí)方法成績評定平時成績20%考試80%每周第一堂課交上周的作業(yè)作業(yè)答疑時間：待定本章重點：模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別、各種信號之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系及邏輯函數(shù)的基本運算關(guān)系。1數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1.1模擬信號與數(shù)字信號1.3數(shù)制（自學(xué)）1.4二進制碼（自學(xué)）1.5基本邏輯運算

1.2數(shù)字電路1數(shù)字邏輯基礎(chǔ)5、掌握基本邏輯運算及邏輯問題的描述方法。教學(xué)基本要求1、了解數(shù)字信號與數(shù)字電路的基本概念2、了解數(shù)字信號的特點及表示方法。3、掌握常用二～十、二～一十六進制的轉(zhuǎn)換。4、了解常用二進制碼，特別是8421BCD碼1.1模擬信號與數(shù)字信號模擬信號---時間和數(shù)值均連續(xù)變化的信號，如正弦波、指數(shù)函數(shù)等圖1.1.1幾種模擬信號波形數(shù)字信號---在時間上和數(shù)值上均是離散的信號，如脈沖信號等。在數(shù)字電路中，常用數(shù)字“0”和“1”來表示。這里的“0”和“1”，不是十進制數(shù)中的數(shù)字，而是邏輯0和邏輯1;邏輯“0”和邏輯“1”表示彼此相關(guān)又互相對立的兩種狀態(tài)。例如，“是”與“非”、“真”與“假”、“開”與“關(guān)”、“低”與“高”等等。因而常稱為數(shù)字邏輯。數(shù)字電路又稱二值數(shù)字邏輯，它們可以用電子器件的開關(guān)特性來實現(xiàn)。產(chǎn)生離散信號電壓或數(shù)字電壓。電壓(V)二值邏輯電平+51H(高電平)00L(低電平)離散信號電壓或數(shù)字電壓通常用邏輯電平來表示。例如，邏輯電平與電壓值的關(guān)系可用下表來描述：1.2數(shù)字電路1、工程性:一、數(shù)字電路的特點：數(shù)字電路中，電路只有兩種工作狀態(tài)，三極管不是工作在飽和區(qū)就是工作在截止區(qū)。三極管飽和導(dǎo)通用高電平“1”表示，三極管截止用低電平“0”表示，而且我們只關(guān)心信號的“有”和“無”，電平的“高”和“低”，而不去理會其具體的精確數(shù)值。電平從3.6V—5V均稱為高電平“1”，0.0V—0.4V均稱為低電平“0”，其微小的變化是無意義的。這與模擬電路相比，更突出了工程特點。1.2數(shù)字電路2、可靠性高一、數(shù)字電路的特點：3、集成度高數(shù)字電路的抗干擾能力強，固而可靠?，F(xiàn)在，越來越多的模擬產(chǎn)品被數(shù)字產(chǎn)品所替代，從手表到電視機、手機等等。在信號的傳送過程中，數(shù)字傳送比模擬傳送也要可靠的多。

二、數(shù)字電路的分析方法與測試技術(shù)1

分析方法1.2數(shù)字電路數(shù)字電路的研究對象是電路的輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系；三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以，分析方法不能再是模擬電路中的圖解法、小信號模型分析法，而是采用布爾代數(shù)、真值表、卡諾圖、邏輯表達式、邏輯圖、時序圖等。2

測試技術(shù)

二、數(shù)字電路的分析方法與測試技術(shù)1.2數(shù)字電路測試設(shè)備為：數(shù)字萬用表、電子示波器等。具體測試技術(shù)將在實驗課中詳細介紹。

1.3.1十進制

1.3.2二進制

1.3.3十～二進制之間的轉(zhuǎn)換

1.3.4八進制1.3數(shù)制（自學(xué)）

1.3.5十六進制一、特點：1、任何一位數(shù)可以而且只可以用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9這十個數(shù)碼表示。2、進位規(guī)律是“逢十進一”。即9+1=10=1×101+0×100例如：式中，102、101是根據(jù)每一個數(shù)碼所在的位置而定的，稱之為“權(quán)”。3、在十進制中，各位的權(quán)都是10的冪，而每個權(quán)的系數(shù)只能是0～9這十個數(shù)碼中的一個。1.3.1十進制數(shù)二、一般表達式:位權(quán)系數(shù)在數(shù)字電路中，計數(shù)的基本思想是要把電路的狀態(tài)與數(shù)碼一一對應(yīng)起來。顯然，采用十進制是十分不方便的。它需要十種電路狀態(tài)，要想嚴格區(qū)分這十種狀態(tài)是很困難的。一、特點二、二進制數(shù)的一般表達式為:1、任何一位數(shù)可以而且只可以用0和1表示。2、進位規(guī)律是：“逢二進一”。3、各位的權(quán)都是2的冪。1.3.2二進制數(shù)位權(quán)系數(shù)例如：1+1=10=1×21+0×20例1.3.2試將二進制數(shù)(01010110)B轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。解：將每一位二進制數(shù)乘以位權(quán)然后相加便得相應(yīng)的十進制數(shù)。位數(shù)太多，不符合人的習(xí)慣，不能在頭腦中立即反映出數(shù)值的大小，一般要將其轉(zhuǎn)換成十進制后，才能反映。三、二進制的優(yōu)點：1、易于電路實現(xiàn)---每一位數(shù)只有兩個值，可以用管子的導(dǎo)通或截止，燈泡的亮或滅、繼電器觸點的閉合或斷開來表示。2、基本運算規(guī)則簡單四、二進制的缺點：(01010110)B=26+24+22+21=（86)D二、十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)：

常用方法是“按權(quán)相加”。

1.整數(shù)部分用“輾轉(zhuǎn)相除”法:

將十進制數(shù)連續(xù)不斷地除以2,直至商為零，所得余數(shù)由低位到高位排列，即為所求二進制數(shù)一、二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)：整數(shù)部分小數(shù)部分1.3.3十～二進制之間的轉(zhuǎn)換例如:(63)10==(?)26321=b01=b53153171=b11=b21=b31=b42222余數(shù)故(63)10=(111111)2若十進制數(shù)較大時，不必逐位去除2，可算出2的冪與十進制對比，如：（261)10=(?)2∵28=256，261–256=5，(5)10=(101)2,∴(261)10=(100000101)22.十進制小數(shù)可表示為：等式兩邊依次乘以2,可分別得b-1、b-2…..:例1.3.5將(0.706)D轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，要求其誤差不大于2-10。解：按式(1.3.5)所表達的方法，可得、……如下：0.706×2=1.412……1……b－10.412×2=0.824……0……b－20.824×2=1.648……1……b－30.648×2=1.296……1……b－40.296×2=0.592……0……b－50.592×2=1.184……1……b－6

0.184×2=0.368……0……b－7

0.368×2=0.736……0……b－8

0.736×2=1.472……1……b－9

由于最后的小數(shù)小于0.5，根據(jù)“四舍五入”的原則，應(yīng)為0。所以，(0.706)D=(0.101101001)B，其誤差一、特點：1.3.4八進制1、八進制數(shù)以8為基數(shù)，采用0,1,2,3,4,5,6,7八個數(shù)碼表示任何一位數(shù)。2、進位規(guī)律是“逢八進一”。3、各位的權(quán)都是8的冪。例如(144)O=64+32+4=(100)D二、二進制轉(zhuǎn)換成八進制：1.3.4八進制三、八進制轉(zhuǎn)換成二進制：將每位八進制數(shù)展開成三位二進制數(shù)，排列順序不變即可。轉(zhuǎn)換時，由小數(shù)點開始，整數(shù)部分自右向左，小數(shù)部分自左向右，三位一組，不夠三位的添零補齊，則每三位二進制數(shù)表示一位八進制數(shù)。因為八進制的基數(shù)8=23，所以，可將三位二進制數(shù)表示一位八進制數(shù)，即000～111表示0～7例

(10110.011)B=例

(752.1)O=(26.3)O

(111101010.001)B一、特點：1、十六進制數(shù)采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A、B、C、D、E、F十六個數(shù)碼表示。2、進位規(guī)律是“逢十六進一”。3、各位的權(quán)都是16的冪。1.3.5十六進制二、二進制轉(zhuǎn)換成十六進制：

三、十六進制轉(zhuǎn)換成二進制：1.3.5十六進制因為16進制的基數(shù)16=24

，所以，可將四位二進制數(shù)表示一位16進制數(shù)，即0000～1111表示0-F。例(111100010101110)B=將每位16進制數(shù)展開成四位二進制數(shù)，排列順序不變即可。例(BEEF)H=(78AE)H

(1011111011101111)B四、優(yōu)點：1.3.5十六進制十六進制在數(shù)字電路中，尤其在計算機中得到廣泛的應(yīng)用，因為：1、與二進制之間的轉(zhuǎn)換容易；2、計數(shù)容量較其它進制都大。假如同樣采用四位數(shù)碼，二進制最多可計至1111B=15D；八進制可計至7777O=14095D；十進制可計至9999D；十六進制可計至FFFFH=65535D，即64K。其容量最大。3、計算機系統(tǒng)中，大量的寄存器、計數(shù)器等往往按四位一組排列。故使十六進制的使用獨具優(yōu)越性。表1.3.1幾種數(shù)制之間的關(guān)系對照表十進制數(shù)二進制數(shù)八進制數(shù)十六進制數(shù)0123456789100000000001000100001100100001010011000111010000100101010012345671011120123456789A十進制數(shù)二進制數(shù)八進制數(shù)十六進制數(shù)111213141516171819200101101100011010111001111100001000110010100111010013141516172021222324BCDEF10111213141.4二進制碼建立二進制代碼與十進制數(shù)值、字母、符號等的一一對應(yīng)的關(guān)系稱為編碼。若需編碼的信息有N項，則需用的二進制數(shù)碼的位數(shù)n應(yīng)滿足如下關(guān)系：代碼不表示數(shù)量的大小，只是不同事或物的代號，為了便于記憶和處理，在編制代碼時總要遵循一定的規(guī)則，這些規(guī)則就稱為碼制。用二進制數(shù)碼對事物進行表示，稱為二進制代碼。數(shù)字系統(tǒng)中的信息分兩類：數(shù)值碼代碼(研究數(shù)值表示的方法)常見的代碼有:也稱自然權(quán)碼，其排列簡單，完全符合二～十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律。當用四位二進制碼時，有0000～1111十六種組合，分別代表0～15的十進制數(shù)。當用五位二進制碼時，有當用n位二進制碼時，有00000～11111三十二種組合，分別代表0～31的十進制數(shù)。2n個代碼。（1）自然二進制碼（2）BCD碼

BCD碼又稱二～十進制碼，通常用四位二進制碼表示一位十進制數(shù)，只取十個狀態(tài)，而且每四個二進制碼之間是“逢十進一”。有多種可能，故而便產(chǎn)生了多種BCD碼，其中使用最多的是8421BCD碼(簡稱8421碼)。四位二進制碼可產(chǎn)生16個數(shù)0000～1111，而表示十進制數(shù)只需要十個代碼，其余六個成為多余。選擇哪十個，丟棄哪六個？8421碼是按順序取四位二進制碼中的前十種狀態(tài)，即0000～1001，代表十進制的0～9，而1010～1111棄之不用。除此之外，還可取四位二進制碼的前五種和后五種狀態(tài)，代表十進制的0～9，中間六個狀態(tài)不用，這就構(gòu)成了2421碼，它也是一種有權(quán)碼，其權(quán)依次為2、4、2、1。（2）BCD碼8421碼是一種有權(quán)碼，從高位到低位的權(quán)依次為8、4、2、1，按權(quán)相加，即可得到所代表的十進制數(shù)，如：1001＝0110＝4+2=68+1=9另外還有5421碼和余3碼等（余3碼為無權(quán)碼，它是8421碼加0011得來的）。b3b2b1b023222120代碼對應(yīng)的十進制數(shù)自然二進制碼二～十進制數(shù)8421碼2421碼余3碼00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456789101112131415012345678901234567890123456789表1.4.1幾種常見的碼（P20）1.5基本邏輯運算邏輯代數(shù)——研究邏輯電路的數(shù)學(xué)工具。邏輯代數(shù)又稱布爾代數(shù)。邏輯，指的是條件和結(jié)果的關(guān)系，電路的輸入信號即條件，輸出信號即結(jié)果。條件滿足和結(jié)果發(fā)生用“1”表示，反之用“0”表示。此時的“1”和“0”，只表示兩個對立的邏輯狀態(tài)，而不表示數(shù)值的大小。在邏輯代數(shù)中，有三種最基本的邏輯運算：“與運算”、“或運算”、“非運算”

1.真值表---描述邏輯關(guān)系的表格

2.邏輯表達式---輸入信號為自變量，輸出為函數(shù)的數(shù)學(xué)表達方式

3.邏輯符號---在畫電路時使用的符號這三種基本的邏輯運算可用“真值表”、“邏輯表達式”和“邏輯符號”來描述－用開關(guān)串聯(lián)電路實現(xiàn)圖1.5.1與邏輯運算開關(guān)A、B控制燈泡L，只有當A和B同時閉合時，燈泡才能點亮1.與運算AB燈不通不通通通不通通不通通不亮不亮不亮亮ABL&ABL=A·BABL000ABL001101010001=A·B定義：某事件有若干個條件，只有當所有條件全部滿足時，這件事才發(fā)生。

－用開關(guān)并聯(lián)電路實現(xiàn)只要開關(guān)A和B中有一個閉合，或兩個都閉合，燈泡就會亮。圖1.5.2或邏輯運算定義：某事件有若干個條件，只要其中一個或一個以上的條件得到滿足，這件事就發(fā)生。

2.或運算圖1.5.3非邏輯運算下圖表示一個簡單的非邏輯電路，當繼電器通電，燈泡熄滅；繼電器不通電，燈泡點亮。定義：一某事件的產(chǎn)生取決于條件的否定，這種關(guān)系稱為非邏輯。

圖1.5.3非邏輯運算3.非運算圖1.5.4非邏輯門電路的符號上述三種是最基本的邏輯運算，經(jīng)過組合，可以構(gòu)成各種復(fù)雜的邏輯。表1.5.1列出了幾種常用的邏輯運算。非運算的其它邏輯符號：1.6邏輯函數(shù)的表示方法

一般有五種：1.邏輯函數(shù)表達式

2.真值表

3.邏輯圖

4.波形圖（或時序圖）

5.卡諾圖

1.邏輯函數(shù)表達式

定義：按照對應(yīng)的邏輯關(guān)系，將輸出變量表示為輸入變量的與、或、非運算的組合表達式。如：2.真值表定義：將輸入邏輯變量的各種可能取值和相應(yīng)的函數(shù)值排列在一起而組成的表