数字电子技术课件

数字电子技术基础电子学教研室本课程是电气类专业在电子技术方面入门性质的技术基础课，它具有自身的体系，是实践性很强的课程。本课程的任务是使学生获得数字电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为以后深入学习电子技术领域中的内容以及为数字电子技术在专业中的应用打好基础。课程性质和任务课程教学安排（48学时）数字逻辑基础、逻辑代数（1）基本逻辑单元－－逻辑门电路（2）、触发器（4）组合逻辑电路的分析和设计方法及典型功能器件（3）时序逻辑电路的分析和设计方法及典型功能器件（5）脉冲波形的产生和变换（7）《数字电子技术基础实验》（24学时）所用教材及参考书目华北电力大学谢志远主编：《数字电子技术基础》第一版，清华大学出版社华中理工大学康华光主编：《电子技术基础(数字部分)》第五版，高等教育出版社清华大学阎石主编:《数字电子技术基础》第四版,高等教育出版社数字电路的学习方法熟练掌握数字逻辑基础知识。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。掌握基本的分析和设计方法。本课程实践性很强。应重视习题、实验等实践性环节。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。1.数字逻辑基础1.1几种常用的数制1.2数制之间的相互转换1.3二进制数的算术运算1.4二进制代码二值逻辑变量与基本逻辑运算逻辑代数基础逻辑函数的表示方法逻辑函数的化简与变换1.1几种常用的数制数制:多位数码中的每一位数的构成方法以及从低位到高位的进位规则。数制的三要素：数码：就是通常所用到的数字或字符基数：是指在进位计数制中，每个数位所用的不同数字的个数位权：通常是指某个固定位置上的计数单位任意R进制数可以表示为R()iiiNKRiii10KD)N(任意十进制可以表示为1十进制十进制采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数码。其进位的规则是“逢十进一”。其中，10为基数，10i为第i位的权，Ki为基数“10”的第i次幂的系数，Ki的取值为0～9，共10个数码。21012526.79510210610710910例如2二进制二进制数的一般表达式为:iiiBK)N(2例如：1+1=10=1×21+0×20位权系数二进制数只有0、1两个数码，进位规律是：“逢二进一”.各位的权都是2的幂。（1）二进制的数字装置简单可靠，所用原件少。可以用管子的导通或截止，灯泡的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来表示。二进制的优点（2）基本运算规则简单,运算操作方便。iD/mAOvDS/VVGS1VGS2VGS3VGS4饱和区可变电阻区截止区vORdVDDvIRcVCCVCCvCEiCRcvovIRbVCC3八进制八进制是以8为基数的计数体制，其计数规律是“逢八进一”，有0～7八个数码。任意八进制数可以表示为O()8iiiNK例如1012OD35.6738586878=(29.859375)4十六进制十六进制是以16为基数的计数体制，其计数规律是“逢十六进一”，有0～9，A,B,C,D,E,F共16个数码。任意十六进制数可以表示为例如H()16iiiNK1012HD1811611161216816=(27.78125)B.C几种进制数之间的对应关系十进制数二进制数八进制数十六进制数0123456789101112131415000000000100010000110010000101001100011101000010010101001011011000110101110011110123456710111213141516170123456789ABCDEF1)十进制数转换成二进制数：整数的转换:“辗转相除”法:将十进制数连续不断地除以2,直至商为零，所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数整数部分小数部分1.2数制之间的转换任何一个N进制数都可以按公式（1.1）转换成十进制数。解：根据上述原理，可将(141)D按如下的步骤转换为二进制数例1.1将十进制数(141)D转换为二进制数。当十进制数较大时，有什么方法使转换过程简化?0123456721411270023512171280240220211bbbbbbbb余余余余余余余余由上得DB(141)(10001101)将十进制数和2的乘幂项相对比由于27为128，而141－128=13=23+22＋20，解法2所以对应二进制数b7=1，b3=1，b2=1，b0=1，其余各系数均为0，所以得(141)D=(10001101)B小数的转换:nnbbbbN2222)(1)(n1)(n2211D1)(n2)(n1)(n1201D2222)(2nbbbbN对于二进制的小数部分可写成将上式两边分别乘以2，得1b由此可见，将十进制小数乘以2，所得乘积的整数即为将十进制小数每次除去上次所得积中的整数再乘以2，直到满足误差要求进行“四舍五入”为止，就可完成由十进制小数转换成二进制小数，这种方法称为“乘2取整法”十六进制数中只有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A、B、C、D、E、F十六个数码，进位规律是“逢十六进一”。各位的权均为16的幂。1.十六进制101H16121661610(A6.C)例如1.2.4十六进制和八进制各位的权都是16的幂。十六--二进制之间的转换二进制转换成十六进制：以小数点为基准，整数部分从右到左每4位一组，不足4位的在高位补0；小数部分从左到右每4位一组，不足4位的在低位补0。例1.3将每位十六进制数用4位二进制数代替即得相应的二进制数。十六进制转换成二进制：BH(101011.01101000)(2B.68)HB(C5.A)(11000101.1010)例1.4同理，对于八进制数，每3位二进制数分为一组，对应1位八进制数。八--二进制之间的转换BO(101011.011010)(53.32)5.十六进制的优点：1）与二进制之间的转换容易；2）计数容量较其它进制都大。假如同样采用四位数码，二进制最多可计至(1111)B=(15)D；八进制可计至(7777)O=(2800)D；十进制可计至(9999)D；十六进制可计至(FFFF)H=(65535)D，即64K。其容量最大。3）书写简洁。1.3二进制的算术运算1.3.1无符号二进制的数算术运算1.3.2有符号二进制的数算术运算1、二进制加法无符号二进制的加法规则：0+0=0，0+1=1，1+1=10。例1.51.3.1无符号二进制数算术运算1100101011110无符号二进制数的减法规则：0-0=0，1-1=0，1-0=10-1=112．二进制减法例1.611001010101003、二进制乘法例1.7二进制数的乘法运算是由左移被乘数与加法运算组成的。10010101100100001001000010110110010101101101因此4、二进制除法例1.8二进制数的除法运算是由右移除数与减法运算组成的。10.110010101000100001001000因此101010010.11.3.2带符号二进制的减法运算二进制数的最高位表示符号位，且用0表示正数，用1表示负数。其余部分用原码的形式表示数值位。有符号的二进制数表示为：符号+数值:1.二进制数的原码、反码和补码表示DB(26)(00011010)DB(26)(10011010)当二进制数为正数时，其补码、反码与原码相同。当二进制数为负数时，将原码的数值位逐位求反，然后在最低位加1得到补码。负数的反码是通过将最高位符号位保留为1，而其余所有数值位的原码逐位求反负数的补码为该负数的反码加1COMPINV()()1NN减法运算的原理:减去一个正数相当于加上一个负数AB=A+(B)，对(B)求补码，然后进行加法运算。2.二进制补码的运算例1.9试用4位二进制补码计算62。0111111010100自动丢弃COMPCOMPCOMP(62)(6)(2)=0110+1110=01004位二进制补码的表示范围为-8～+7，超过了允许范围，就会产生溢出3.溢出的判别解决溢出的办法:进行位扩展.4)260100+0010001106)2810101110110002)680010+0110010004)591100101110111如果进位位与和数的符号位相反，就意味着运算结果是错误的，产生了溢出。1.4二进制代码1.4.1二-十进制码1.4.2格雷码1.4.3ASCII码1.4二进制代码二进制代码的位数(n),与需要编码的事件（或信息）的个数(N)之间应满足以下关系：2n-1≤N≤2n1.二—十进制码进制码(数值编码)(BCD码-----BinaryCodeDecimal）用4位二进制数来表示一位十进制数中的0~9十个数码。从4位二进制数16种代码中,选择10种来表示0~9个数码的方案有很多种。每种方案产生一种BCD码。码制:编制代码所要遵循的规则BCD码十进制数码8421码2421码5421码余3码余3循环码000000000000000110010100010001000101000110200100010001001010111300110011001101100101401000100010001110100501011011100010001100601101100100110011101701111101101010101111810001110101110111110910011111110011001010（1）几种常用的BCD代码1.4.1二-十进制码各种编码的特点余３码的特点:当两个十进制的和是10时，相应的二进制正好是16，于是可自动产生进位信号,而不需修正.0和9,1和8,…..6和4的余３码互为反码,这对在求对于10的补码很方便。余3码循环码：相邻的两个代码之间仅一位的状态不同。按余3码循环码组成计数器时，每次转换过程只有一个触发器翻转，译码时不会发生竞争－冒险现象。有权码：编码与所表示的十进制数之间的转算容易如(10010000)8421BCD=(90)Ｄ对于有权BCD码，可以根据位权展开求得所代表的十进制数。例如：()D7=[]BCD8421011111214180+++=BCD代码表示的十进制数D33221100()NWbWbWbWbW3～W0为二进制码中各位的权对于一个多位的十进制数，需要有与十进制位数相同的几组BCD代码来表示。例如：BCD2421236810BCD84215364100010.0011110011102.8630101.0011011001005.463不能省略！不能省略！BCD代码表示的十进制数1.4.2格雷码•格雷码是一种无权码。二进制码b3b2b1b0格雷码G3G2G1G000000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000•编码特点是：任何两个相邻代码之间仅有一位不同。•该特点常用于模拟量的转换。当模拟量发生微小变化，格雷码仅仅改变一位，这与其它码同时改变2位或更多的情况相比，更加可靠,且容易检错。1.4.3ASCII码(字符编码)•ASCII码即美国标准信息交换码。•它共有128个代码，可以表示大、小写英文字母、十进制数、标点符号、运算符号、控制符号等，普遍用于计算机的键盘指令输入和数据等。1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算*逻辑运算:当