数字电子线路第一章

电子技术基础精品课程——数字电子技术基础电子技术基础——数字部分信息工程学院登录电子技术教学平台：武汉理工大学→网络学堂→网络教学平台→用学号作为用户名和密码登录→申请选吴友宇老师的数字电子技术课程，等审批后即可。或直接通过以下网址进入再登录，——数字电子技术基础课程介绍1.课程的性质及特点3.课程研究内容5.参考书4.课程的学习方法及要求2.教学目标前言电子技术基础精品课程——数字电子技术基础前言1.课程的性质及特点•特点2.教学目标是电气信息类专业具入门性质的重要的专业基础课。（1）（2）非纯理论课程，实践性较强（3）常以工程实践及试验方法处理分析数字电路的问题获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力，为以后深入学习数字电子技术及其相关学科和专业打好以下两方面的基础:1)正确分析、设计数字电路，特别是集成电路的基础；2)为进一步学习设计专用集成电路(ASIC)的基础。发展快、应用广电子技术基础精品课程——数字电子技术基础前言3.课程研究内容将以器件为基础，以信号为主线，研究数字信号传输、变换、产生等各种数字电路的工作原理，特点及其性能指标。内容涉及相关器件、功能电路及系统。硬件处理数字信号的电子电路及其逻辑功能数字电路的分析方法数字电路的设计方法各种典型器件在电子系统中的应用软件系统分析、设计的软件工具——ABEL、VHDL、VerlogHDL、EDA工具软件QuartusII等电子技术基础精品课程——数字电子技术基础前言打好基础、关注发展、主动更新、注重实践4.课程的学习方法及基本要求a、掌握基本概念、基本电路和基本分析、设计方法b、具有独立的应用所学的知识去分析和解决数字电路的实际问题的能力。（1）逻辑代数是分析和设计数字电路的重要工具，应熟练掌握。（2）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。（3）本课程实践性很强。应重视习题、基础实验和课程设计等实践性环节。（4）注意加强查阅数字集成电路产品手册等技术资料的能力。学好本课程之后，能够对一般性的，常用的，数字电子电路进行分析，调试，同时对简单的单元电路进行设计。电子技术基础精品课程——数字电子技术基础5.参考书•康华光.电子技术基础,数字部分,第五、四版.高教出版社前言•阎石.数字电子技术基础,第五、四版.高等教育出版社•电子工程手册编委会．中外集成电路简明速查手册-TTL、CMOS．电子工业出版社•王金明,杨吉斌．数字系统设计与VerliogHDL.电子工业出版社•罗杰、谭力编．数字ASIC设计•有关书的习题解答等。电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1数制和数码1.1数字信号及与数字电路1.2数制1.3二进制数运算1.4二进制数码1数制和数码基本要求：1）掌握各种进制之间的转换；2）掌握原码、反码、补码之间的关系。作业：1.9，1.20将十进制数转换为二进制、八进制、十六进制、8421BCD码电子技术基础精品课程——数字电子技术基础---时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等uOtOtu•模拟信号1.1数字信号及数字电路1.1.1数字信号及电平电子技术基础精品课程——数字电子技术基础数字信号波形---在时间上和数值上均是离散的信号。•数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同，分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同•数字信号1.1数字电路与数字信号电子技术基础精品课程——数字电子技术基础电压(V)+50正逻辑10电平H(高电平)L(低电平)•逻辑电平与电压值及二值数字逻辑值的关系数字电路中的输入、输出电压量通常归为2个逻辑电平值，分别定义为高电平和低电平，并用二值数字逻辑值表示。数码0、1---表示数量时称二进制数二值数字逻辑---表示事物状态时称二值逻辑1.1数字电路与数字信号负逻辑01电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(a)用逻辑电平描述的数字波形(b)16位数据的图形表示1.1.2数字量的波形图数字波形------是信号逻辑电平对时间的图形表示.1.1数字电路与数字信号电子技术基础精品课程——数字电子技术基础非理想脉冲波形•实际脉冲波形及主要参数1.1数字电路与数字信号电子技术基础精品课程——数字电子技术基础几个主要参数:占空比Q-----表示脉冲宽度占整个周期的百分比上升时间tr和下降时间tf----从脉冲幅值的10%到90%上升下降所经历的时间(典型值ns)脉冲宽度(tw)----脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间周期(T)----表示两个相邻脉冲之间的时间间隔tr脉冲宽度tw0.5V4.5V2.5V幅值=5.0V0.0V5.0Vtf0.5V2.5V4.5V1.1数字电路与数字信号电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(4)时序图----表明各个数字信号时序关系的多重波形图。由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保持同步关系。为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一定的时差，但这些时差必须限定在规定范围内，各个信号的时序关系用时序图表达。1.1数字电路与数字信号电子技术基础精品课程——数字电子技术基础高电平低电平有脉冲*非归零型*归零型比特率--------每秒钟转输数据的位数无脉冲•数字波形的两种类型:1.1数字电路与数字信号电子技术基础精品课程——数字电子技术基础•周期性和非周期性非周期性数字波形周期性数字波形1.1数字电路与数字信号电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1.1.3模拟信号的数字表示由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换为数字信号.00模拟信号模数转换器35V数字输出001010模数转换的实现1.1数字电路与数字信号电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1.2.2十进制1.2数制1.2.3二进制1.2.4十-二进制的转换1.2.4十六进制和八进制1.2数制1.2.1数制简介电子技术基础精品课程——数字电子技术基础iii10KD)N(一般表达式:1.2.2十进制十进制采用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”。4587.29=4103+5102+8101+7100+2101+9102系数位权任意进制数的一般表达式为:iiirrK(N)各位的权都是10的幂。1.2.1数制简介数制:多位数码中的每一位数的构成及低位向高位进位的规则1.2数制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1.2.3二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”.1）二进制数的表示方法各位的权都是2的幂。1.2数制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础（1）易于电路表达---0、1两个值，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。2）二进制的优点（2）二进制数字装置所用元件少,电路简单、可靠。（3）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vORdVDDvIRcVCCVCCvCEiCRcvovIRbVCC1.2.3二进制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础3）二进制数波形表示1023222120MSBLSB101010101010100000000011111111001100110000111100000000111111113210765410118149151213十进制数1.2.3二进制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础计算机A计算机B10101100串行数据传输10101100计算机A计算机B012345671010MSBLSB00110110CP串行数据（1）二进制数据的串行传输4）二进制数据的传输1.2.3二进制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础打印机01100MSB11LSB计算机0并行数据传输27262524232221(LSB)20并行数据(MSB)0123456710CP1010101010101010（2）二进制数据的并行传输将一组二进制数据所有位同时传送。传送速率快,但数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。1.2数制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础1)十进制数转换成二进制数a.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1.2.4二---十进制之间的转换1.2数制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础解：根据上述原理，可将(37)D按如下的步骤转换为二进制数余1余0余137b0b1b2b3b4余0余02218292422…………………………………………………………………………………………………………b5余1201……………………由上得(37)D=(100101)B例1.2.2将十进制数(37)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?1.2.4二---十进制之间的转换电子技术基础精品课程——数字电子技术基础解：由于27为128，而133－128=5=22＋20，例1.2.3将(133)D转换为二进制数所以对应二进制数b7=1，b2=1，b0=1，其余各系数均为0，所以得(133)D=(10000101)B1.2.4二---十进制之间的转换电子技术基础精品课程——数字电子技术基础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不难推知，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。1.2.4二---十进制之间的转换电子技术基础精品课程——数字电子技术基础解由于精度要求达到0.1%，需要精确到二进制小数10位，即1/210=1/1024。0.39×2=0.78b-1=00.78×2=1.56b-2=10.56×2=1.12b-3=10.12×2=0.24b-4=00.24×2=0.48b-5=00.48×2=0.96b-6=00.96×2=1.92b-7=10.92×2=1.84b-8=10.84×2=1.68b-9=10.68×2=1.36b-10=1所以BD..01100011110390%1.0。到例将十进制小数(0.39)D转换成二进制数,要求精度达1.2.4二---十进制之间的转换电子技术基础精品课程——数字电子技术基础十六进制数中只有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1nmiiiH16a)N(一般表达式：101H16121661610(A6.C)例如1.2.5十六进制和八进制各位的权都是16的幂。1.2数制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(2）二----十六进制之间的转换二进制转换成十六进制：因为16进制的基数16=24，所以，可将四位二进制数表示一位16进制数，即0000～1111表示0-F。例(111100010101110)B=将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。例(BEEF)H=(78AE)H(1011111011101111)B十六进制转换成二进制：例(111100010101110)B=1.2.5十六进制和八进制电子技术基础精品课程——数字电子技术基础(3）八进制八进制数中只有0,1,2,3,4,5,6,7八个数码，进位