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1、2.1 数字电路基础知识第第二二章章 嵌嵌入入式式应应用用技技术术的的硬硬件件基基础础主要内容数字电路基础知识嵌入式应用的常用元器件嵌入式应用技术的常用术语2.1 数字电路基础知识2.1 数数字字电电路路基基础础知知识识2.1.1 嵌嵌入入式式应应用用中中常常用用的的数数制制及及其其转转换换（1）单单片片机机中中常常用用的的进进制制任任意意数数S,(基基数数为为N)均均可可展展开开为为：S=KiNi其其中中Ki是是第第i位位的的系系数数，它它可可能能是是0N-1共共N个个数数码码中中的的任任意意一一个个。不不同同的的数数制制基基数数N不不同同，数数字字码码不不同同。十十进进制制： S=Ki10
2、i基基数数：N=10二二进进制制： S=Ki2i基基数数：N=2十十六六进进制制： S=Ki16i2.1 数字电路基础知识2.1.1 嵌嵌入入式式应应用用中中常常用用的的数数制制及及其其转转换换（2）常常用用进进制制之之间间的的相相互互转转换换二二进进制制与与十十进进制制间间的的相相互互转转换换二二进进制制十十进进制制 : 按按展展开开式式计计算算即即可可。十十进进制制二二进进制制 : 整整数数部部分分与与小小数数部部分分分分别别转转换换。整整数数部部分分：除除2取取余余。第第一一个个余余数数为为最最低低有有效效位位，最最后后一一个个余余数数为为最最高高有有效效位位，即即得得到到的的余余数数先
3、先为为低低位位后后为为高高位位。小小数数部部分分：乘乘2取取整整，先先为为高高位位后后为为低低位位。2.1 数字电路基础知识二二进进制制与与十十六六进进制制间间的的相相互互转转换换二二进进制制十十六六进进制制 : 以以小小数数点点为为分分界界。整整数数部部分分从从最最右右边边开开始始，每每4 位位分分成成一一组组，若若含含最最高高位位的的组组不不足足4位位，在在其其左左边边加加0补补足足4位位。小小数数部部分分 从从最最左左边边开开始始，向向右右每每4位位一一组组，若若含含最最低低位位的的一一组组不不足足4位位，在在其其右右边边 加加0补补足足4位位。分分割割后后，将将每每组组用用一一位位十十
4、六六进进制制数数码码取取代代即即可可。例例如如，把把 1011111011.110111011转转为为十十六六进进制制，方方法法如如下下： 0010 1111 1011.1101 1101 1000 2FB .DD8 即即1011111011.110111011B=2FB.DD8H。 十十六六进进制制二二进进制制 : 将将每每1位位十十六六进进制制数数用用4位位二二进进制制数数取取代代，若若最最 前前面面或或最最后后面面有有0则则去去之之。例例如如，将将十十六六进进制制数数C35A.FE转转为为二二进进制制数数， 方方法法如如下下:C35A FE 1100 0011 0101 1010.111
5、1 1110 即即C35A.FEH=1100001101011010.1111111B。2.1 数字电路基础知识十十六六进进制制与与十十进进制制相相互互转转换换十十六六进进制制十十进进制制: 按按展展开开式式计计算算即即可可。十十进进制制十十六六进进制制: 整整数数部部分分与与小小数数部部分分分分别别转转换换。整整数数部部分分：除除以以16取取余余数数，先先为为低低位位后后为为高高位位。小小数数部部分分：乘乘以以16取取整整数数，先先为为高高位位后后为为低低位位。2.1 数字电路基础知识TTL是是Transistor-Transistor Logic的的缩缩写写，TTL电电路路是是晶晶体体管管
6、-晶晶体体管管逻逻辑辑电电路路的的简简称称，这这种种数数字字集集成成电电路路的的输输入入端端和和输输出出端端的的电电路路结结构构都都采采用用了了半半导导体体三三极极管管。TTL电电路路属属于于双双极极型型数数字字集集成成电电路路，双双极极型型数数字字集集成成电电路路是是利利用用电电子子和和空空穴穴两两种种不不同同极极性性的的载载流流子子进进行行电电传传导导的的器器件件，其其主主要要特特点点是是信信号号传传输输延延时时短短，开开关关速速度度快快、工工作作频频率率高高，但但制制造造工工艺艺较较复复杂杂。TTL电电路路是是双双极极型型数数字字集集成成电电路路中中的的主主流流产产品品，它它具具有有结结
7、构构简简单单、品品种种齐齐全全、功功耗耗适适中中、速速度度快快、使使用用方方便便等等优优点点，各各种种电电子子计计算算机机、仪仪器器仪仪表表和和自自动动控控制制设设备备都都经经常常采采用用它它作作为为基基本本逻逻辑辑元元件件。2.1.2 数数字字电电路路中中几几个个名名词词解解释释2.1 数字电路基础知识CMOS电电路路是是在在MOS电电路路的的基基础础上上发发展展起起来来的的一一种种互互补补对对称称场场效效应应管管集集成成电电路路。MOS是是Metal-Oxide-Simiconductor的的缩缩写写，MOS管管是是金金属属-氧氧化化物物-半半导导体体场场效效应应管管的的简简称称，这这种种
8、类类型型的的管管子子是是由由金金属属、氧氧化化物物和和半半导导体体组组成成的的。而而场场效效应应管管(FET-Field EffectTransistor)也也是是一一种种具具有有PN结结的的半半导导体体器器件件，它它是是利利用用电电场场的的效效应应来来控控制制电电流流，因因此此得得名名。CMOS电电路路，大大致致有有两两大大类类型型：一一类类是是普普通通系系列列 ；另另一一类类是是高高速速系系列列，可可与与TTL的的74LS系系列列电电路路兼兼容容。2.1.2 数数字字电电路路中中几几个个名名词词解解释释2.1 数字电路基础知识电电平平就就是是电电位位，在在数数字字电电路路中中，人人们们习习
9、惯惯用用高高、低低电电平平一一词词来来描描述述电电位位的的高高低低。高高电电平平是是一一种种状状态态，而而低低电电平平则则是是另另外外一一种种不不同同的的状状态态，它它们们表表示示的的都都是是一一定定的的电电压压范范围围，而而不不是是一一个个固固定定不不变变的的数数值值。例例如如，在在TTL电电路路中中，常常规规定定高高电电平平的的额额定定值值为为3V，低低电电平平的的额额定定值值为为0.2V。而而从从0V到到0.8V都都算算作作低低电电平平，从从2V到到5V都都算算作作高高电电平平。在在数数字字电电路路中中，如如果果用用数数字字1表表示示高高电电平平状状态态，用用数数字字0表表示示低低电电平
10、平状状态态，则则称称之之为为正正逻逻辑辑；如如果果用用数数字字0表表示示高高电电平平状状态态，用用数数字字1表表示示低低电电平平状状态态，则则称称之之为为负负逻逻辑辑。一一般般情情况况使使用用正正逻逻辑辑。2.1.2 数数字字电电路路中中几几个个名名词词解解释释2.1 数字电路基础知识2.1.3门门电电路路三三种种最最基基本本逻逻辑辑关关系系三三种种最最基基本本的的逻逻辑辑门门其其它它基基本本逻逻辑辑门门三三态态输输出出与与非非门门(3S门门)2.1 数字电路基础知识三三种种最最基基本本逻逻辑辑关关系系“与与”逻逻辑辑关关系系 :当当决决定定一一件件事事情情的的各各个个条条件件全全部部具具备备
11、时时，这这 件件事事才才会会发发生生，这这样样的的因因果果关关系系我我们们称称之之为为“与与”逻逻辑辑关关系系。 “或或”逻逻辑辑关关系系 :在在决决定定一一件件事事情情的的各各个个条条件件中中，只只要要具具备备一一 个个或或 者者一一个个以以上上的的条条件件，这这件件事事就就会会发发生生，这这样样的的因因果果关关系系我我们们称称之之 为为“或或”逻逻辑辑关关系系。 “非非”逻逻辑辑关关系系 :非非就就是是相相反反，就就是是否否定定。ABZAR Z 灯泡BAZ 灯泡 灯泡电源电源电源 与逻辑关系例或逻辑关系例非逻辑关系例2.1 数字电路基础知识三三种种最最基基本本的的逻逻辑辑门门ABZ0000
12、10100111与与门门：实实现现与与逻逻辑辑关关系系的的电电路路称称为为与与门门。表表达达式式为为:Z=AB或或门门：实实现现或或逻逻辑辑关关系系的的电电路路称称为为或或门门。表表达达式式为为:Z=A+B非非门门：实实现现非非逻逻辑辑关关系系的的电电路路称称为为非非门门。表表达达式式为为:Z=A与与门门逻逻辑辑真真值值表表ABZ000011101111或或门门逻逻辑辑真真值值表表AZ0110非非门门逻逻辑辑真真值值表表2.1 数字电路基础知识其其它它基基本本逻逻辑辑门门与与非非门门：与与非非门门逻逻辑辑功功能能是是：只只有有所所有有输输入入为为1时时，输输出出才才是是0，否否则则输输出出为为
13、1。其其表表达达式式为为：Z=A B。或或门门：或或非非门门逻逻辑辑功功能能是是：只只有有所所有有输输入入为为0时时，输输出出才才是是1，只只要要有有一一个个或或一一个个以以上上的的输输入入为为1，输输出出就就是是0。其其的的表表达达式式为为：Z=A+B。异异或或门门和和同同或或门门：异异或或门门有有两两个个输输入入端端A、B，一一个个输输出出端端Z。异异或或门门的的逻逻辑辑功功能能是是：当当两两个个输输入入端端相相异异（一一个个为为1，另另一一个个为为0）时时，输输出出为为1，当当两两个个输输入入相相同同时时，输输出出为为0。其其的的表表达达式式为为：Z=AB ，用用符符号号代代表表异异或或
14、。异异或或门门的的倒倒相相就就是是异异或或非非门门，也也叫叫同同或或门门，其其的的表表达达式式为为：Z=AB，或或Z=AB。BA2.1 数字电路基础知识三三态态输输出出与与非非门门(3S门门)BA三三态态输输出出与与非非门门，又又称称三三态态电电路路、三三态态门门、TS(Three State或或Tristate)输输出出电电路路、3S门门。普普通通门门只只有有“1”和和“0”两两种种状状态态，三三态态门门除除有有这这两两种种状状态态外外，还还有有第第三三种种状状态态高高阻阻状状态态(或或称称禁禁止止状状态态)。三三态态门门中中有有个个通通常常记记为为E的的使使能能端端(也也叫叫三三态态控控制
15、制端端)，当当E=0时时，输输出出端端Z与与输输入入端端A相相同同，而而当当E=1时时，输输出出端端Z呈呈高高阻阻状状态态。利利用用这这种种特特点点，通通过过E=1控控制制让让出出输输出出端端，供供其其它它线线路路使使用用。实实现现这这种种三三态态输输出出关关系系的的电电路路称称为为三三态态门门。三三态态门门的的符符号号见见下下图图，其其逻逻辑辑真真值值表表见见下下表表。与与非非门门逻逻辑辑符符号号EAZ Z0000111任意高阻三三态态门门真真值值表表返返回回2.2 嵌入式应用的常用元器件2.2 嵌嵌入入式式应应用用的的常常用用元元器器件件2.2.1 二二极极管管原原理理:由由P型型半半导导体体和和N型型半半导导体体形形成成的的P-N结结，在在界界面面处处两两侧侧形形成成 空空间间电电荷荷层层，有有自自建建电电场场。二二极极管管最最重重要要的的特特性性是是单单向向导导电电性性，即即电电 流流只只能能从从二二极极管管的的正正极极流流入入，负负极极流流出出。根根据据这这个个特特性性，可可以以将将二二极极 管管广广泛泛应应用用于于整整流流、检检波波、限限
