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1、1数字逻辑与数字系统概述 一些基本概念在电子技术中，被传递、加工和处理的信号可以分为两大类：模拟信号和数字信号(1) 模拟信号：在时间上和幅度上都是连续变化的信号，称为模拟信号，例如正弦波信号、心电信号等。(2) 数字信号： 在时间和幅度上均不连续的信号。(3) 模拟电路： 工作信号为模拟信号的电子电路。(4) 数字电路： 工作信号为数字信号的电子电路。(5) 研究的对 象：数字电路研究的对象是数字电路的输出与输入之间的因果关系，也就是说研究电路的逻辑关系。(6) 数字集成电路分类： 小规模集成电路（SSI ）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）。
2、(7) 数字系统 ：用数字电路构成的实际工程系统称为数字系统。(8) 集成电路： 将多个电子电路器件做在一块芯片上的电路称为集成电路。 主要内容半导体二极管和三极管 数字逻辑基础 逻辑门电路组合逻辑电路 触发器时序逻辑电路运算电路2半导体存储器脉冲波形的产生与整形可编程逻辑器件和现场可编程门阵列数/模和模/数转换 课程意义 数字电路是一门硬件方面的重要基础课。任务是使同学们获得数字电路的基本理论、基本知识、基本技能，掌握数字逻辑的基本分析方法和设计方法，培养学生分析问题、解决问题的能力以及工程实验能力。 学习本门课程应注意的问题 应着重抓好基本理论、基本知识、基本方法的学习。能熟练运用数字电路
3、的分析方法和设计方法。重视实验技术。 教材及参考书教材：数字逻辑与数字系统 (第 3 版) ，王永军 李景华主编 电子工业出版社，2005参考书：（1（ 数字逻辑与数字系统习题解答与实验指导，赵丽红、马文学、康恩 顺编写（2（ 电子技术基础（数字部分，第四版） 康华光编写 高等教育出版社（3（ 数字电路逻辑设计第一版王毓银主编（4（ Digital Design Principles & Practices （Third Edition）John F. Wakerly3第一章 数字逻辑基础本章主要介绍数字电路中常用的几种数制的表示方法及其转换规律，数字系统中常见的几种编码及逻辑代数知识。1.1
4、 计数体制 数是用来表示物理量多少的。常用多位数表示。4 通常，把数的组成和由低位向高位进位的规则称为数制。 在数字系统中，常用的数制包括十进制数(decimal)，二进制数(binary),八进制数(octal)和十六进制数（hexadecimal ） 。1.1.1 十进制数 组成：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 进位规则：逢十进一。 不同位置数的权不同，可用 10i 表示。 i 在(n-1)至-m 间取值。 n 为十进制数的整数位位数， m 为小数位位数。 10 称为基数(radix 或 base)。例：666.66 666.66=6102+6101+6100+ 610-1+610
5、-2任意一个十进制数都可以写成：n 是整数位位数, m 是小数位位数, a i 是第 i 位系数 , 10i 是第 i 位的权，10 是基数。任意进制数的按权展开式：ai 为 0(R 1)中任意一个数字符号，R 为基数，R i 为第 i 位的权值。1.1.2 二进制数 组成：0、1 进位规则：逢二进一一个二进制数 M2 可以写成： 一个二进制数的最右边一位称为最低有效位，常表示为 LSB(Least Significant Bit)， 最左边一位称为最高有效位，常表示为 MSB(Most Significant Bit)。例：试标出二进制数 11011.011 的 LSB，MSB 位，写出各位
6、的权和按权展开式，求出其等值的十进制数。M2=11011.0112=124+123+022+121+120+02-1+12-2+12-3=27.375101.1.3 八进制数和十六进制数 八进制数 组成：0、1、2、3、4、5、6、7、 进位规则：逢八进一1i0nmiiaM1nmiiiRa122nmiiiaM5 权值：8 i 基数：8十六进制数 组成：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、 B、C、D 、E 、F 其中 AF 的等值十进制数分别为 10、11、12、13、14、15 进位规则：逢十六进一八进制数和十六进制数均可写成按权展开式，并能求出相应的等值十进制数：例：求八进制数 6
7、668 的等值十进制数。解：666 8=682+681+680=384+48+6=43810例：一个十六进制数 2AF16 的等值十进制数是多少？解：2AF 16=2162+A161+F160=2162+10161+15160=687101.1.4 二进制数和其它进制之间的转换十进制数转换成二进制数将十进制数 M10 转换为二进制数，一般采用将 M10 的整数部分和小数部分分别转换，然后把其结果相加。设 M10 的整数部分转换成的二进制数为 an-1an-2a1a0可列成下列等式： M10=an-12n-1+an-22n-2+a121+a020（1）整数部分转换设 M10 的整数部分转换成的二
8、进制数为 an-1an-2a1a0可列成下列等式： M10=an-12n-1+an-22n-2+a121+a020 将上式两边同除以 2，两边的商和余数相等。所得商为 an-12n-2+an-22n-3+a221+a1，余数为 a0，经整理后有：再将上式两边同时除以 2，可得余数 a1，依次类推，便可求出二进制数的整数部分的每一位系数 an-1、a 1、a 0。在转换中注意除以 2 一直进行到商数为 0 止。这就是所谓除基取余法(Radix Divide Method)。例：将十进制数 2510 转换为二进制数。解： 25 10=110012（2）小数部分转换设 M10 的小数部分转换成二进制
9、数为，a -1a-2a-m，可写成等式：M10=a-12-1+a-22-2+a-m2-m 将上式两边同时乘以 2 得 2M10=a-120+a-22-1+a-m2-m+1 上式中乘积的整数部分就是系数 a-1，而乘积的小数部分为：2M10-a-1=a-120+a-22-1+a-m2-m+1 对上式两边再同乘以 2，则积的整数部分为系数 a-2，依次类推，便可求出18nmiiiaM166nmiiiaM14231 )(nn6二进制数的小数部分的每一位系数，这就是所谓乘基取整法(Radix Multiply Method)。在转换过程中，乘 2 过程一直继续到所需位数或达到小数部分为 0 止。 例：
10、将 0.2510 转为二进制数。 解：0.25 102=0.5 整数=0= a-1 MSB0.5102=1.0 整数=1= a-2 LSB即 0.2510=0.012 由上两例可得 25.2510=11001.012也可以用不同位权值相加等于十进制数的办法将十进制数转换成二进制数。如 25=16+8+1=24+23+20=11001。二进制数和八进制数之间的转换三位二进制数恰好等于一位八进制数，8=2 3。对于二进制数，从小数点处开始，分别向左、右按三位分为一组，每组就对应一位八进制数，组合后即得到转换的八进制数。将八进制数转换为二进制数时，把每位八进制数写成等值的二进制数，再连接起来，即得到
11、二进制数。例：将八进制数 2748 转换成二进制数。解：274 8=101111002二进制数与十六进制数之间的转换因为 16=24，所以 4 位二进制数代表一位十六进制数。将二进制数从小数点处开始，分别向左、右按每四位分为一组，每组用相应的十六进制数表示，组合后可得到相应的十六进制数。例：将 10101111.00010110112 转换成十六进制数。 解： 10101111.00010110112=AF.16C16几种数制之间的关系对照表：十进制 二进制 八进制 十六进制0 0000 0 01 0001 1 12 0010 2 23 0011 3 34 0100 4 45 0101 5 5
12、6 0110 6 67 0111 7 78 1000 10 89 1001 11 910 1010 12 A11 1011 13 B12 1100 14 C13 1101 15 D714 1110 16 E15 1111 17 F16 10000 20 1017 10001 21 1118 10010 22 1219 10011 23 1320 10100 24 141.2 常用编码 编码：是指用文字、符号、数码等表示某种信息的过程。 数字系统中处理、存储、传输的都是二进制代码 0 和 1，因而对于来自于数字系统外部的输入信息，例如十进制数 09 或字符 AZ，az 等，必须用二进制代码 0
13、和 1 表示。 二进制编码：给每个外部信息按一定规律赋予二进制代码的过程。或者说，用二进制代码表示有关对象（信号）的过程。1.2.1 二十进制编码（BCD 码） 二十进编码是用四位二进制代码表示一位十进制数的编码方式。 BCD 码的本质是十进制，其表现形式为二进制代码。 如果任意取四位二进制代码十六种组合的其中十种，并按不同的次序排列，则可得到多种不同的编码。 常用的几种 BCD 码列于表 1-1 中（参见 P4 表 1-1） 。 8421 BCD 码 8421 码是最常用的一种 BCD（Binary Coded Decimal）码，舍去四位二进制码的最后六个码，十位数和其二进制数有对应关系，
14、为恒权码。 多位十进制数，需用多位 8421 BCD 码表示。例如 36910= 0011 0110 10018421。 余 3 码 特点是每个余 3 码所表示的二进制数要比它对应的十进制数多 3。 2421 和 5421 码 二者均为恒权码。2421 码有 A、B 两种。1.2.2 循环码 循环码是格雷码(Gray Code)中常用的一种，其主要优点是相邻两组编码只有一位状态不同。以中间为对称的两组代码只有最左边一位不同。 右起第一位的循环周期是“0110” ，第二位的循环周期是“00111100” ，第三位的循环周期是“0000111111110000”等等。 例如 0 和 15，1 和
15、14，2 和 13 等。这称为反射性。所以又称作反射码。而8每一位代码从上到下的排列顺序都是以固定的周期进行循环的。 是一种无权码。四位循环码如表 1-2 所示（参见 P5 表 1-2） 。循环码和二进制码之间保持确定关系，即已知一组二进制码，便可求出一组对应的循环码，反之亦然。 设二进制码为 B=B3B2B1B0、循环码为 G=G3G2G1G0Gi=Bi+1B i1.2.3 ASCII 码 ASCII 是 American National Standard Code for Information Interchange 美国国家信息交换标准代码的简称。常用于通讯设备和计算机中。 它是一组八位二进制代码，用 17 这七位二进制代码表示十进制数字、英文字母及专用符号。第八位作奇偶校验位（在机中常为 0） 。 如表 1-3 所示（参见 P5 表 1-3） 。1.3 二极管和三极管的开关特性91.3.1 二极管的开关特性（一） 二极管导通条件及导通时的特点： 正向电压 VF0.7V（二） 二极管截止条件及截止时的特点： VF0.5V （硅管）如图所示：（a）二极管电路（b）输入电压波形（c）理想电流波形（d）实际电流波形在 t1 时刻输入电压由+VF 跳变到-VR,会出现很大的反向电流的原因是电荷存储效应。（三） 二极管反向恢复时间 tre产生反
