数字电子技术机械工业出版社张建华主编

数字电子技术电子技术课程组一、本课程的性质和任务数字电子技术是电器类、自控类和电子类专业在电子技术方面入门性质的技术基础课。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、基础知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为深入学习计算机、数控类有关课程以及为今后从事专业工作打下良好的基础。性质：任务：输出信号与输入信号之间的对应逻辑关系逻辑代数只有高电平和低电平两个取值导通(开)、截止(关)便于高度集成化、工作可靠性高、抗干扰能力强和保密性好等研究对象分析工具信号电子器件工作状态主要优点二、数字电路特点将晶体管、电阻、电容等元器件用导线在线路板上连接起来的电路。将上述元器件和导线通过半导体制造工艺做在一块硅片上而成为一个不可分割的整体电路。根据电路结构不同分分立元件电路集成电路根据半导体的导电类型不同分双极型数字集成电路单极型数字集成电路以双极型晶体管作为基本器件以单极型晶体管作为基本器件例如CMOS例如TTL、ECL三、数字电路的分类集成电路分类集成度电路规模与范围小规模集成电路SSI1~10门/片或10~100个元件/片逻辑单元电路包括：逻辑门电路、集成触发器中规模集成电路MSI10~100门/片或100~1000个元件/片逻辑部件包括：计数器、译码器、编码器、数据选择器、寄存器、算术运算器、比较器、转换电路等大规模集成电路LSI100~1000门/片或1000~100000个元件/片数字逻辑系统包括：中央控制器、存储器、各种接口电路等超大规模集成电路VLSI大于1000门/片或大于10万个元件/片高集成度的数字逻辑系统例如：各种型号的单片机，即在一片硅片上集成一个完整的微型计算机根据集成密度不同分四、数字电子技术的研究内容逻辑代数基础门电路组合逻辑电路触发器时序逻辑电路半导体存储器和可编程器件脉冲波形的产生和整形A/D和D/A转换五、如何学好这门课2、学习方法*重视实验课1、树立学习信心*上课认真听讲*自己做作业主要要求：了解数字电路的特点和分类。了解脉冲波形的主要参数。1.1概述一、模拟信号和数字信号•模拟信号：在时间和数值上连续变化的信号。－－时间上连续，幅值上也连续例如：温度、正弦电压。•数字信号：在时间和数值上变化是离散的信号。－－时间上离散，幅值上整数化例如：人数、物件的个数。tt二、模拟电路和数字电路模拟电路：工作在模拟信号下的电子电路。数字电路：工作在数字信号下的电子电路。具体讲，数字电路就是对数字信号进行产生、存储、传输、变换、运算及处理的电子电路。三、数字电路的优点精确度较高；有较强的稳定性、可靠性和抗干扰能力；具有算术运算能力和逻辑运算能力，可进行逻辑推理和逻辑判断；电路结构简单，便于制造和集成；使用方便灵活。理解BCD码的含义，掌握8421BCD码，了解其他常用BCD码。主要要求：掌握十进制数和二进制数的表示及其相互转换。了解八进制和十六进制。1.2数制和码制1、数制的几个概念位权（位的权数）：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。进位计数制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码，且多位数码每一位的构成及低位到高位的进位都要遵循一定的规则，这种计数制度就称为进位计数制，简称数制。基数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。一数制类别十进制(Decimal)二进制(Binary)八进制(Octal)十六进制(Hexadecimal)数码0,1,……,90,10,1,……,70,1,…,9,A~F基数102816进位规则逢10进1逢2进1逢8进1逢16进1第i位的权值10i2i8i16i2、几种常用数制结论：①一般地，R进制需要用到R个数码，基数是R；运算规律为逢R进一。②如果一个R进制数M包含ｎ位整数和ｍ位小数，即(M)R＝(an-1an-2…a1a0·a－1a－2…a－m)R－－－位置记数法＝an-1×Rn-1＋an-2×Rn-2＋…＋a1×R1＋a0×R0＋a－1×R-1＋a－2×R-2＋…＋a－m×R–m－－－按权展开法＝R1nmiiRai＝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0123456789101112131415000000000100010000110010000101001100011101000010010101001011011000110101110011110123456710111213141516170123456789ABCDEF103210123237511212120212120210111011).().(1010128525450687643848687834376).(.).(102101216066493916116116111610163113).()(AB2101101061051021015612.例：数制转换：任意进制按权展开即可得到十进制数。1.任意进制数转换为十进制数按权展开，相加即可得。2.十进制数转换为任意进制数整数部分：除基数R倒取余法小数部分：乘基数R取整法例2.将十进制数(25.638)10转换为二进制数。3、数制间的转换(25)10=(11001)2(0.638)10=(0.1010)2(25.638)10=(11001.1010)23.二进制数和八进制数、十六进制数间的转换八进制数和十六进制数的基数分别为8=23，16=24，所以三位二进制数恰好相当一位八进制数，四位二进制数相当一位十六进制数，它们之间的相互转换是很方便的。1）2进制数转换为8进制、16进制数.小数点三（四）位一组，不足右补零三（四）位一组，不足左补零2）8进制、16进制数转换为2进制数8进制数2进制数：1位变3位16进制数2进制数：1位变4位例:求(1101111010.1011)2=(?)8=(?)16二进制1101111010.1011八进制1572.54所以(01101111010.1011)2=(1572.54)8二进制001101111010.1011十六进制37A.B所以(01101111010.1011)2=(37AB)160000例:求(375.46)8=(?)2(678.A5)16=(?)2八进制375.46二进制011111101.100110十六进制678.A5二进制011001111000.10100101所以(375.46)8=(011111101.100110)2所以(678.A5)16=(11001111000.10100101)2二代码用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。这一定位数的二进制数就称为代码。数字系统只能识别0和1，怎样才能表示更多的数码、符号和字母呢？用编码可以解决此问题。用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的0~9十个数码。简称BCD码。有多种编码方式。1、二－十进制码（BCD码）对于N个信息，要用几位的二进制数才能满足编码呢？2n≥N000000110000000000100001010000010001011000100101001000100111001101100011001101010100011101000100010001011000101110001100011010011100100111010111101011011010111110001011111010111110100111001111110010108421码余3码2421码5421码余3循环码编码0123456789权842124215421十进种类制数几种常见的BCD码8421BCD码和十进制间的转换是直接按位（按组）转换。如：(36)10=(00110110)8421BCD=(110110)8421BCD(101000101111001)8421BCD=(5179)102、可靠性编码1.格雷码（Gray码）格雷码是一种典型的循环码。循环码特点：①相邻性：任意两个相邻码组间仅有一位的状态不同。②循环性：首尾两个码组也具有相邻性。十进制数格雷码十进制数格雷码00000811001000191101200111011113001011111040110121010501111310116010114100170100151000两位格雷码0011000011110000000011111111三位格雷码四位格雷码00011110101101000110100101111110010011001000000001011010110111101100一种典型的格雷码2.奇偶校验码代码(或数据)在传输和处理过程中，有时会出现代码中的某一位由0错变成1，或1变成0。奇偶校验码由信息位和一位奇偶检验位两部分组成。信息位：是位数不限的任一种二进制代码。检验位：仅有一位，它可以放在信息位的前面，也可以放在信息位的后面。编码方式有两种：使得一组代码中信息位和检验位中“1”的个数之和为奇数，称为奇检验；使得一组代码中信息位和检验位中“1”的个数之和为偶数，称为偶检验。十进制数8421BCD奇校验码8421BCD偶校验码信息位校验位信息位校验位000001000001000100001120010000101300111001104010000100150101101010601101011007011100111181000010001910011100108421BCD奇偶校验码3.ASCII码（AmericanStandardCordforInformationInterchange）ASCII码，即美国信息交换标准代码。采用7位二进制编码，用来表示27（即128）个字符。主要要求：掌握逻辑代数的常用运算。理解并初步掌握逻辑函数的建立和表示的方法。1.3逻辑函数及其表示方法掌握真值表、逻辑式和逻辑图的特点及其相互转换的方法。一、基本逻辑函数及运算基本逻辑函数与逻辑或逻辑非逻辑与运算(逻辑乘)或运算(逻辑加)非运算(逻辑非)1.与逻辑决定某一事件的所有条件都具备时，该事件才发生灭断断亮合合灭断合灭合断灯Y开关B开关A开关A、B都闭合时，灯Y才亮。规定:开关闭合为逻辑1断开为逻辑0灯亮为逻辑1灯灭为逻辑0真值表111YAB000001010逻辑表达式Y=A·B或Y=AB与门(ANDgate)若有0出0；若全1出1开关A或B闭合或两者都闭合时，灯Y才亮。2.或逻辑决定某一事件的诸条件中，只要有一个或一个以上具备时，该事件就发生。灭断断亮合合亮断合亮合断灯Y开关B开关A若有1出1若全0出0000111YAB101110逻辑表达式Y=A+B或门(ORgate)≥13.非逻辑决定某一事件的条件满足时，事件不发生；反之事件发生。开关闭合时灯灭，开关断开时灯亮。AY0110Y=A1非门(NOTgate)又称“反相器”二、常用复合逻辑运算由基本逻辑运算组合而成与非逻辑(NAND)先与后非若有0出1若全1出0100011YAB101110011或非逻辑(NOR)先或后非若有1出0若全0出1100YAB001010与或非逻辑(AND–OR–INVERT)先与后或再非异或逻辑(Exclusive–OR)若相异出1若相同出0同或逻辑(Exclusive-NOR，即异或非)若相同出1若相异出0000011YAB101110100111YAB001010注意：异或和同或互为反函数，即[例]试对应输入信号波形分别画出下图各电路的输出波形。解：Y1有0出0全1出10110011000110011Y2Y3相同出0相异出1三、逻辑符号对照国家标准曾用标准美国标准四、逻辑函数及其表示方法逻辑函数描述了某种逻辑关系。常采用真值表、逻辑函数式、卡诺图和逻辑图等表示。1.真值表列出输入变量的各种取值组合及其对应输出逻辑函数值的表格称真值表。列真值表方法