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1、数字电子技术应用,学习目标： 通过本课程的学习，理解数字电子技术的基本概念和基本原理。掌握并能熟练运用逻辑代数进行数字电路逻辑功能的分析，掌握各种常用的组合和时序逻辑器件的电路结构、工作原理和在数字电路中的应用，着重培养学生在数字电子技术方面的分析、设计、综合与创新的能力。 学习重点： 学习数字电路最基本的是要认真学好逻辑代数基础，学好构成数字电路的基本单元电路。如：各种逻辑门电路、各种基本组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路等等。会分析电路个部分的逻辑关系。注意不同电路的不同的特点。,课程性质：考试课 总学时： 64学时 （理论48学时，实验实训16学时） 考核：期末考试60%， 平时40%
2、（作业20%，出勤10%，表现10%）,第一章 逻辑代数与逻辑门电路基础,1.1 概述 1.1.1 数字电路及其特点 1.1.2 数字电路的分类 1.1.3 数字电路的应用 1.1.4 脉冲信号,1.1.1 数字电路及其特点,一、 数字电路与模拟电路,1. 基本概念 电信号：指随时间变化的电压和电流。 模拟信号：在时间和幅值上都为连续的信号。 数字信号：在时间和幅值上都为离散的信号。 模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。 数字电路：处理和传输数字信号的电路。,模拟信号： 时间上连续：任意时刻有一个相对的值。 数值上连续：可以是在一定范围内的任意值。 例如：电压、电流、温度、声音等。 真实的世界
3、是模拟的。 缺点：很难度量； 容易受噪声的干扰； 难以保存。 优点：用精确的值表示事物。,模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。 三极管工作在线性放大区。,数字信号： 时间上离散：只在某些时刻有定义。 数值上离散：变量只能是有限集合的一个值，常用0、1二进制数表示。 例如：开关通断、电压高低、电流有无。,数字电路：处理和传输数字信号的电路。 三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。,数字化时代： 音乐：CD、MP3 电影：MPEG、RM、DVD 数字电视 数字照相机 数字摄影机 手机,二、 数字电路特点（与模拟电路相比）,（1）数字电路的基本工作信号是用1和0表示的二进制的数字信号，反映在电路上
4、就是高电平和低电平。 （2）晶体管处于开关工作状态，抗干扰能力强、精度高。 （3）通用性强。结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产。 （4）具有“逻辑思维”能力。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、逻辑判断，故又称为数字逻辑电路。,1. 数字电路的分类 （1）按电路结构分类 组合逻辑电路：电路的输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路原来的状态无关。 时序逻辑电路：电路的输出信号不仅与当时的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。,1.1.2 数字电路的分类,（2）按集成电路规模分类 集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目 小规模集成电路(Small Scale IC
5、，SSI) 中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) 大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) 超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) 特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）,（3）按电路所用器件分为双极型(如TTL、ECL、T2L、HTL)和单极型(如NMOS、PMOS、CMOS)电路。,2. 数字电子技术课程的学习方法,（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
6、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、基础实验和综合实训等实践性环节。 （4）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。,1.1.3 数字电路的应用,科学研究中，先进的仪器设备； 传统的机械行业，先进的数控机床、自动化生产线； 通信、广播、电视、雷达、医疗设备、新型武器、交通、电力、航空、宇航等领域； 日常生活的家用电器； 电子计算机及信息技术。,举例： 用计算机播放电影,数字电路处理的数字信号多是矩形脉冲或尖脉冲。 所谓脉冲，从广义上讲，除了正弦信号以外的信号统称脉冲信号。脉冲波形千变万化种类繁多，如：,1.1.4 脉冲信号,
7、脉冲周期T：在周期性连续脉冲中，相邻两个脉冲出现的时间间隔。 重复频率f：在周期性连续脉冲中，每秒出现脉冲波形的次数。,常见实际脉冲信号,1.2 数制及码制,一、 数制,二、 二进制代码,三、不同数制间的转换,数码：由数字符号构成且表示物理量大小的数字和数字组合。 数制即计数的方法，是计数进位制的简称。 计数制（简称数制）：多位数码中每一位的构成方法，以及从低位到高位的进制规则。 数字电路中，常用的计数进制有：二进制、八进制、十进制、十六进制。,1.2.1 数制,1. 权与幂,以十进制为例，说明权与幂 基数：10 权：10的幂，如：103、102分别为千位百位的权。 加权系数：数码与权的乘积，
8、如2X103、0X102为加权系数。,所以任意一个十进制数D均可展开为加权系数之和,推测任意R进制数的特点： （1）具有R个有序的数字符号：0，1，2，., R-1及小数点。 （2）遵循“逢R进一”的计数规则。 R称为基数， Ri称为权 表达方式: (N)R=(An-1An-2A0 . A-1A-2A-m )R =An-1Rn-1+An-2Rn-2+A0R0+A-1R-1+A-mR-m,二、其他几种进制数,1、二进制（binary system） 数字符号：0、1 计数规则：逢二进一 基数：2 权：2的幂,一般形式为： （N）2 =（bn-1bn-2b 1b0）2 = (bn-12n-1bn-
9、22n-2b121b020)10,例：（1011101）2 = （126+025+124+123+122+021+120）10 =（64+0+16+8+4+0+1）10 =（93）10,优点： 1) 二进制数只有0和1两个数码，任何具有两种不同稳定状态的元件都可用来表示一位二进制数，因此较容易实现。 例如继电器触头的闭合和断开，电位的高和低，脉冲的有和无等。只要规定其中的一种状态为1，另一种次态为0，就可表示一位二进制数。 2) 因为二进制数只有两个数码， 加法规则为： 0十00，1十00十11，1十l10； 乘法规则为： 000，l0010，1l1， 一共六种情况。而十进制数有十个数码，相加
10、和相乘共有110种情况，因而用数字电路实现二进制的运算比较容易。 3)采用二进制可以使用逻辑代数这一数学工具，大大方便了数字电路的分析和设计。,2、 八进制 （octadic system）,数字符号：07 计数规则：逢八进一 基数：8 权：8的幂,例： （128）8=（182+281+880）10 =（64+16+8）10 =（88）10,3、 十六进制 （hexadecimal system）,数字符号：09、A、B、C、D、E、F 计数规则：逢十六进一 基数：16 权：16的幂,例： （5D）16=（5161+13160）10 =（80+13）10 =（93）10,1.2.2 二进制代码
11、,二进制代码：具有特定意义的二进制数码。 编码：代码的编制过程。,二十进制编码（BCD码） Binary Coded Decimals,二十进制代码：将十进制数的09十个数字用二进制表示的代码，也称BCD码 。,表1.2.2 几种常用的BCD码,（1）8421码,选取00001001表示十进制数09。 按自然顺序的二进制数表示所对应的十进制数字 是有权码，从高位到低位的权依次为8、4、2、1，故称为8421码。 10101111等六种状态是不用的，称为禁用码。,例： （1985）10 =（0001 1001 1000 0101）8421BCD,（2）5421码,（3）余3码,选取0000010
12、0和10001100这十种状态。 01010111和11011111等六种状态为禁用码。 是有权码，从高位到低位的权值依次为5、4、2、1。,选取00111100这十种状态。 与8421码相比，对应相同十进制数均要多3 （0011），故称余3码。,2.格雷码（又称循环码）,特点：任意两个相邻的数所对应的代码之间只有一位不同，其余位都相同，故又称循环码。 循环码的这个特点，使它在代码的形成与传输时引起的误差比较小。,格雷码与二进制码关系对照表,1.2.3 数制间的转换 1二、八、十六进制十进制转换 把二、八、十六进制数转换为等值的十进制数时只要将二、八、十六进制数按权展开，然后把所有各项的数值按
13、十进制数相加，就可得到等值的十进制数。例如 (101101)2 123十022十121十120十02-1十12-2 (1125)10 （76.01）8=7*81+6*80+0*8 -1 +1*8 -2 =56+6+0.15625=（62.15625）10 （AB)16=A*161+B*160=10*16+11*1=171,2十进制二进制、八进制、十六进制转换 采用基数乘除法 ￥ 整数转换： 采用基数相除法，取余数为代码 例：十进制-二进制 除2取余法,所以：(44)10(101100)2,￥ 小数转换： 采用基数相乘法，取进位为代码 例：十进制-二进制 乘2取整法,说明：有时可能无法得到0的结
14、果，这时应根据转换精度的要求适当取一定位数。,所以：(0.375)10(0.011)2, 提问： (0.0625)10( )2 (27)10( )2 (19125)10( )2 讨论例1.2.2 例1.2.3 讨论： (25.25)10( )8 (60.5)10( )16 P12 题1、3、4,（1）二进制数转换为十六进制数： 将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每4位分成一组，不够4位补零，则每组二进制数便是一位十六进制数。,（2）十六进制数转换为二进制数：将每位十六进制数用4位二进制数表示。,3.二进制与十六进制间相互转换 采用直接转换法 二进制十六进制,1 1 1 0 1
15、 0 1 0 0 . 0 1 1,0 0 0,0, (1D4.6)16,= 1010 1111 0100 . 0111 0110,(AF4.76)16,十六进制二进制,每位十六进制数用四位二进制数来代替,1.3 逻辑代数中的基本运算,概述 逻辑代数它研究的是两值变量的运算规律，所以又叫两值代数；在普通代数中，其变量取值可以从负无穷到正无穷，而逻辑代数中变量的取值只能是0和1。这两个值不是数量上的概念，而是表示完全对立的两个方面：1表示条件具备或事件发生；0表示条件不具备或事件不发生。 即：逻辑运算不是数值运算，而是因果关系(条件和结果的关系)的逻辑判断。在逻辑电路中，常用0或l表示电位的低或高
16、，脉冲的无或有。,1.3.1 基本逻辑代数及运算 基本逻辑运算关系有与逻辑、或逻辑、非逻 辑三种，与之对应的运算为与运算、或运算和非 运算。,1 与运算（逻辑乘）,当决定某一事件的全部条件都具备时，该事件才会发生，这样的因果关系称为与逻辑关系，简称与逻辑。,与逻辑的真值表,A、B全1，Y才为1。,串联开关电路功能表,串联开关电路,设定逻辑变量并状态赋值： 逻辑变量：A和B，对应两个开关的状态； 1闭合，0断开； 逻辑函数：Y，对应灯的状态， 1灯亮，0灯灭。,与逻辑的逻辑符号,逻辑表达式： YA BAB 符号“”读作“与”（或读作“逻辑乘”）； 在不致引起混淆的前提下，“”常被省略。,实现与逻辑的电路称作与门，与逻辑和与门的逻辑符号如图所示，符号“ 按自然二进制递增顺序排列（既不易遗漏，也不会重
