数字电子技术教案

数字电子技术教案1第一章绪论〔教学要求〕：1、了解模拟信号和数字信号。2、了解数电的分类及其优点。3、了解脉冲波形的主要参数。4、理解数制的概念，掌握不同数制间的转换。5、理解二进制代码。〔重点〕：1、数制的分类。2、不同数制间的转换。〔课时安排〕：6学时〔内容〕：§1-1概述一、数字信号与数字电路1、模拟信号（1）定义：在模拟电子技术中，被传递、加工、处理的信号，即为模拟信号。（2）特点：在时间和幅值上是连续变化的信号（如P1图1.1.1）。（3）模拟电路：具有上述功能的电路。2、数字信号（1）定义：在数字电子技术中，被传递、加工、处理的信号，即为数字信号。（2）特点：在时间和幅值上是断续变化的离散信号（如P1图1.1.1）。高低电平常用1和0表示。（3）数字电路：具有上述功能的电路。3、数字电路数字电路又称为逻辑电路，主要研究输出和输入信号间的对应逻辑关系，分析工具为逻辑代数。二、数字电路的分类1、根据电路结构不同2、根据半导体导电类型不同数字电子技术教案2三、数字电路的优点1、便于高度集成。2、工作可靠性高，抗干扰能力强。3、数字信息便于长期保存。4、数字集成电路产品系列多，通用性强、成本低。5、保密性好。知识拓展：脉冲波形的主要参数1、脉冲幅度Um：脉冲电压波形变化的最大值。2、脉冲上升时间tr：脉冲波形从0.1Um上升到0.9Um所需时间。3、脉冲下降时间tf：脉冲波形从0.9Um下降到0.1Um所需时间。4、脉冲宽度tw：脉冲上升沿0.5Um到下降沿0.5Um所需时间。tr、tf、tw单位为时间单位。5、脉冲周期T：在周期性脉冲中，相邻两个脉冲波形重复出现所需的时间。6、脉冲频率f：每秒时间内，脉冲出现的次数。7、占空比q：脉冲宽度tw与脉冲周期T的比值。即为q=tw/Tq是描述脉冲波形疏密的参数。§1-2数制与数码一、数制1、定义：计数的进位制。2、分类：常用的有二进制，十进制，八进制，十六进制。（1）十进制①定义：以10为基数的计数体制。②数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。③规律：逢十进一，即9+1=10。④表示方法：（37.438）10=32101108103104107103其中110、010、110、210、310分别为整数和小数部分的权，均为基数10的幂。数码与权的乘积，称为加权系数。故十进制数的数值为各位加权系数之和。（2）二进制①定义：以2为基数的计数体制。②数码：0、1。数字电子技术教案3③规律：逢二进一，即1+1=10。④表示方法：（1010.01）2=210123212020212021*八进制①定义：以8为基数的计数体制。②数码：0、1、2、3、4、5、6、7。③规律：逢八进一。④表示方法：（37.43）8=210183848783（3）十六进制①定义：以16为基数的计数体制。②数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。③规律：逢十六进一。④表示方法：（8ED.C7）16=21012167161616168CDE3、对照表：（P4表1.2.1略）二、不同数制间的转换1、各种数制转换成十进制数方法：将数值按权展开，求出各加权系数之和即可。2、十进制转换为二进制（八进制）和十六进制（1）十进制转换为二进制（整数部分和小数部分）①整数部分转换：“除2取余法”。（将整数部分逐次被2除，依次记下余数，直到商为0，第一个余数为二进制的最低位，最后一个余数为最高位。）②小数部分转换：“乘2取整法”。（将小数部分连续乘以2，取乘数的整数部分作为二进制的小数。）③举例：将（37.438）10转换为二进制数。解：得（37.438）10=（100101.0111）2*十进制转换为八进制（整数部分和小数部分）①整数部分转换：“除8取余法”。②小数部分转换：“乘8取整法”。③举例：将（254.76）10转换为八进制数。解：得（254.76）10=（376.605）8（2）十进制转换为十六进制（整数部分和小数部分）①整数部分转换：“除16取余法”。②小数部分转换：“乘16取整法”。③举例：将（1276.47）10转换为八进制数。解：得（254.76）10=（4FC.785）163、二进制与（八进制）十六进制间的互换（1）二进制与八进制间的相互转换①二进制转换为八进制：由于八进制的基数8=32，故每位八进制数用3位二进数字电子技术教案4制数构成。方法：整数部分从低位开始，每3位二进制数为一组，最后不足3位的，则在高位加0补足3位为止；小数部分则从高位开始，每3位二进制数为一组，最后不足3位的，则在低位加0补足3位，然后用对应的8进制数来代替，再按原顺序排列写出对应的八进制数。例：将（1110010.1101）2转换为八进制数。解：得（1110010.1101）2=（162.64）8②八进制转换为二进制：方法：将每位八进制数用3位二进制数来代替，再按原来的顺序排列即可。例：将（745.361）8转换为二进制数。解：得（745.361）8=（111100101.011110001）2（1）二进制转换为十六进制：由于十六进制的基数16=42，故每位16进制数用4位二进制数构成。方法：整数部分从低位开始，每4位二进制数为一组，最后不足4位的，则在高位加0补足4位为止；小数部分则从高位开始，每4位二进制数为一组，最后不足4位的，则在低位加0补足4位，然后用对应的16进制数来代替，再按原顺序排列写出对应的十六进制数。例：将（1100011.011）2转换为十六进制数。解：得（1100011.011）2=（63.6）16（2）十六进制转换为二进制：方法：将每位十六进制数用4位二进制数来代替，再按原来的顺序排列即可。例：将（69E.BF）16转换为二进制数。解：得（69E.BF）16=（11010011110.10111111）2三、二进制代码在数字系统中，二进制数码不仅可表示数值的大小，而且还可用来表示特定的信息。1、定义：将若干个二进制数码0和1按一定规则排列起来表示某种特定含义的代码，即为二进制代码。2、二-十进制代码（BCD码）将十进制数0-9十个数字用二进制数表示的代码，即为二-十进制代码（BCD码）。又由于十进制数有10个不同的数码，需用4位二进制数来表示，而4位二进制代码有16种不同的组合，则需从中取出10种组合来表示。（P7表1.2.2）表给出了不同的组合（常用的二-十进制代码）。作业数字电子技术教案5第二章逻辑代数基础〔教学要求〕：1、理解逻辑代数的含义。2、掌握基本逻辑函数、导出逻辑函数的运算。3、掌握逻辑函数的表示方法：真值表、逻辑函数式、逻辑图。4、掌握逻辑代数的基本公式、基本定律、基本规则。5、掌握逻辑函数的化简方法：代数法，卡诺图法。〔重、难点〕：重点：1、逻辑函数的表示方法。2、逻辑函数的化简方法。难点：逻辑函数的化简方法。〔课时安排〕：8学时〔内容〕：§2-1概述一、逻辑代数逻辑代数又称布尔代数，是由英国数学家乔治.布尔于19世纪中叶首先提出来并用于描述客观事物逻辑关系的数学方法。后来将其应用于继电器开关电路的分析和设计上，形成了二值开关代数。后来又广泛用于数字逻辑电路和数字系统中，成为逻辑电路分析和设计的有力工具，就是现在的逻辑代数。二、逻辑代数的表示方法逻辑代数是描述客观事物间的逻辑关系，用0和1表示，这两个数值不具有数量大小的意义，仅表示客观事物的两种相反状态。§2-2逻辑函数及其表示法一、基本逻辑函数及运算基本逻辑关系有与逻辑、或逻辑和非逻辑三种，对应的逻辑运算有与运算、或运算和非运算。1、与逻辑（1）开关电路（如图一示）（2）电路功能由图一可知，A、B的状态决定了Y的状态（可把A、B看成变量，Y看成函数值），这种因果关系称为与逻辑。这种逻辑关系可用表一表示，该表称为真值表。由表可得A、B、Y之间的运算关系式：数字电子技术教案6Y=A*B（3）符号（如图示）。2、或逻辑（1）开关电路（如图二示）（2）电路功能由图二可知，当A、B的状态只要有一个或者两个均具备时，Y才会点亮，（可把A、B看成变量，Y看成函数值），这种因果关系称为或逻辑。这种逻辑关系可用表二表示，该表称为真值表。由表可得A、B、Y之间的运算关系式：Y=A+B（3）符号（如图示）。3、非逻辑（1）开关电路（如图三示）（2）电路功能由图三可知，A的状态与Y的状态互为否定，（可把A、B看成变量，Y看成函数值），这种因果关系称为非逻辑。这种逻辑关系可用表三表示，该表称为真值表。由表可得A、Y之间的运算关系式：Y=A（3）符号（如图示）。二、常用导出的逻辑运算1、与非运算、或非运算、与或非运算（1）运算方法：与非运算为先与运算后非运算；或非运算为先或后非运算；与或非运算为先与运算后或运算再非运算。（2）逻辑表达式：数字电子技术教案7（3）逻辑图与逻辑符号与非门或非门与或非门2、异或运算和同或运算异或运算和同或运算均为二变量逻辑运算（设逻辑变量为A、B，函数为Y）（1）异或运算当输入A、B相异时，输出Y为1；当输入A、B相同时，输出Y为0.则其真值表为：由表可得逻辑表达式为BABABAY又逻辑符号为（2）同或运算当输入A、B相同时，输出Y为1；当输入A、B相异时，输出Y为0.则其真值表为：由表可得逻辑表达式为BABABAY数字电子技术教案8又逻辑符号为（3）异或运算与同或运算的关系有二者的真值表可知：二者是互为反函数。三、逻辑函数及其表示方法逻辑函数表示方法有多种，常用的有：真值表、逻辑函数式、逻辑图3种。1、真值表（1）定义：根据给定的逻辑问题，把输入逻辑变量各种可能取值的组合和对应的输出函数值排列成的表格。（2）特点：①逻辑函数与逻辑变量是一一对应关系；②真值表具有唯一性；③当逻辑函数有n个变量时，共有n2个不同的变量取值组合。（3）列表：列表时，为避免遗漏，变量取值的组合一般按n位自然二进制数递增的顺序列出。2、逻辑函数式（1）定义：是用与、或、非等基本逻辑运算来表示输入变量和输出函数间因果关系的式子。（2）列逻辑函数式：①在真值表中，把任意一组变量取值中的1用原变量代替，0用反变量代替，可得一组变量的与组合；②把逻辑函数值为1的与组合进行逻辑加即可。（3）特点：由真值表直接写出的逻辑函数式是标准的与-或逻辑式。3、逻辑图（1）定义：是用基本逻辑门和复合逻辑门的逻辑符号组成的对应于某一逻辑功能的电路图。（2）画逻辑图：把逻辑函数式中各逻辑运算用相应的门电路逻辑符号代替即可。4、举例（P15-16例2.2.1、2.2.2略）§2-3逻辑代数的基本定律和规则一、逻辑代数的基本公式逻辑代数的基本公式是不需要证明的、直观的、可以看出的恒等式。1、逻辑常量运算公式逻辑常量只有1和0，则2、逻辑变量、常量运算公式数字电子技术教案9设A为逻辑变量，则二、逻辑代数的基本定律1、与普通代数相似的定律其中分配律中的第二式普通代数中是没有的，现证明如下：右式=（A+B）（A+C）=A*A+A*C+A*B+B*C=A+A*C+A*B+B*C=A(1+C+B)+BC=A+BC=左式2、吸收律上式中的④可以表述如下：若一个逻辑式中有三个与项，其中一个含有原变量，一个含有反变量，则这两个与项中的其余因子都是第三个与项中的因子，则第三个与项是冗余项，可以消去。则又可推广如下式，AB+AC+BCDE=AB+AC3、摩根定律（又为反演律）数字电子技术教案10其正确性可用真值表来证明，或直接代入数值（0、1）即可证明。二式也可推广如下：*逻辑代数的基本规则1、代入规则（1）定义：对于任一个含有变量A的逻辑等式，可以将等式两边的所有变量A用同一个逻辑函数替代，替代后的等式仍然成立，即为代入规则。代入规则的正确性是由逻辑变量和逻辑函数的二值性保证的。（2）特点：利用代入规则，可把基本定律加以推广。（3）举例：略。2、反演规则（1）定义：对任何一个逻辑函数式Y，如果将式中所有的“*”换成“+”，“+”换成“*