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1、2011-3-21数字电子技术基础2011-3-2 1东北大学信息科学与工程学院刘纪红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。能熟练运用电子技术的分析方法和设计2011-3-2 2方法。掌握数字电路基本分析方法和逻辑设计方法；重视实验技术。学会使用数字集成电路。数字电子技术主要内容第1章数字逻辑基础第2章逻辑门电路第3章硬件描述语言第5章触发器第6章时序逻辑电路第7章半导体存储器2011-3-2 3VHDL基础第4章组合逻辑电路第8章可编程逻辑器件第9章数字系统设计基础本课件所用教材逻辑与数字系统设计李晶皎李景宏曹阳编著普通高等教育“十一五”2011-3-2 4国
2、家级规划教材清华大学出版社出版2008年5月第1版书号：ISBN 987-7-302-16852-2定价：32元教材及参考书2011-3-2 5外文教材2011-3-2 62011-3-22学时安排和成绩评定总学时授课56学时平时：20%考试：80 %2011-3-2 7：绪论一、数字电路与数字信号二、数字电路的分类三、数字电路的应用四、数字电路的优点2011-3-2 8四、数字电路的优点模拟电路电子电路分类数字电路传递、处理模拟信号的电子电路传递、处理数字信号的电子电路数字信号模拟信号一、数字电路与数字信号2011-3-2 9时间上和幅度上都断续变化的信号时间上和幅度上都连续变化的信号高电平
3、低电平将晶体管、电阻、电容等元器件用导线在线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根据电路结构不同分分立元件电路集成电路二、数字电路的分类2011-3-2 10板上连接起来的电路。成为一个不可分割的整体电路。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根据集成密度不同分集成电路的分类集成度电路规模与范围小规模集成电路SSI110门.片，或1010个元件/片逻辑单元电路它包括:逻辑门电路、集成触发器10100门.片，或逻辑部件2011-3-2 11中规模集成电路MSI1001000个元件/
4、片它包括: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LSI1001000门/片，或100010000个元件/片数字逻辑系统它包括: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它包括:各种型号的单片机和控制器三、数字电路的应用数字通讯自动控制数字电子计算机2011-3-2 12数字测量仪表家用电器2011-3-23数字电路的典型应用复杂数字电子产品已经大众化2011-3-2 13四、数字电路的优点1.便于高度集成化。2.工作可靠性高、抗干扰能力强。3.数字信息便于长期保存。
5、2011-3-2 144.数字集成电路的产品系列多、通用性强、成本低。5.保密性好，数字信息容易进行加密处理，不易被窃取。第1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，2011-3-2 15数字系统中常见的几种编码及逻辑代数知识。1.1数制数制是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。如果按照进位的方法进行计数，则称为进位计数制。2011-3-2 16在进位计数制中，数的表示涉及到两个基本问题：权和基数。权是一个与相应数位有关的常数，它与该数位的数码相乘后，可得到该数位的数码代表的数值。一个数码处于不同的数位时，代表的数值不相同，因为它拥有的权不同。基数
6、是一个正整数，它等于相邻数位上权的比。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表示整数部分每一位的权2011-3-2 17位的权，整数部分每一位的权，从右到左依次为100，101，102，103，104，；对小数部分每一位的权，从左到右依次为10-1，10-2，10-3，10-4，。基数(radix或base)：10。1.1.1十进制数对任意一个十进制数，都可以用一个多项式形式表示，其中每一项表示相应数位代表的数值。例如十进制数1234 56可表示成2011-3-2 18，.可表示成：(1234.56)10=1103+21
7、02+3101+4100+510-1+610-22011-3-241.1.1十进制数任意一个十进制数D都可以表示为(10)iiDk= 2011-3-2 19式中ki是第i 位的系数，它可以是09这十个数码中的任何一个。如果整数部分的位数是n，小数部分的位数为m，则i 包含从n-1到0的所有正整数和从-1到-m的所有负整数。1.1.1十进制数任意进制(R进制)按十进制展开的一般形式()iiD kR= 2011-3-2 20R为计数的基数，ki为第i 位的系数，Ri为第i 位的权。1.1.2二进制数组成：0、1进位规则：逢二进一权值：2i基数：22011-3-2 21：对任意一个二进制数D，可以用
8、一个多项式形式表示，并可计算出它所表示的十进制数的大小。(2)iiDk= 1.1.2二进制数例如，二进制数1101.01可表示成：(1101.01)2=(123+122+021+120+02-1+12-2)102011-3-2 221.1.3八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：逢八进一2011-3-2 23权值：8i基数：8对任意一个八进制数D，也可以用个多项式形式表示，并可计算出它所表示的十进制数的大小。(8)iiDk= 1.1.3八进制数和十六进制数例如，八进制数3456.12可表示成：(3456.12)8=(383+482+581+680+18-1+
9、28-2)102011-3-2 242011-3-25十六进制数组成：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F1.1.3八进制数和十六进制数2011-3-2 25进位规则：逢十六进一权值：16i基数：161.1.3八进制数和十六进制数对任意一个十六进制数D，也可以用一个多项式形式表示，并可计算出它所表示的十进制数的大小。(16)iDk2011-3-2 26十六进制数ABCD.EF可表示成：(ABCD.EF)16=(10163+11162+12161+13160+1416-1+1516-2)10i= 1.1.3八进制数和十六进制数对R(R为正整数)进位计数制的特点总结如下：
10、1、R进位计数制的基数是R，各数位能选用的数码个数为R，最大的数码应比基数R小1。每数位都有个权权是基数的整次幂2011-3-2 272、每一数位都有一个权，R的整次幂，幂大小取决于该数码所在的位置，而相邻两数位权的比正好为基数R。1.1.3八进制数和十六进制数3、每一个数位的数码代表的数值，等于该数码乘以该数位的权。4、计数规则是“逢R进一”。因此，对任意一个R进制数N都可表示成下面的形2011-3-2 28，个都可表示成下面的形式：(N)R=(AnRn+An-1Rn-1+A0R0+A-1R-1+A-mR-m)10其中，Ai的取值只能是在允许的范围内，第i位的权是Ri。等式左边右括号下角的数
11、表示进制。1.1.4数制间的转换1.非十进制数到十进制数的转换方法：按权相加。这种方法是按照十进制数的运算规则，将非十进制数各位的数码乘以对应的权再累加起来2011-3-2 29。一个R进制数转换成十进制数的过程可用下式表示：(AnA0A-1A-m)R=(AnRn+A0R0+A-1R-1+A-mR-m)101.1.4数制间的转换【例1-1 】将(10011.101)2转换成十进制数。解： (10011.101)2(24+21+20+2-1+2-3)102011-3-2 30(16+2+1+0.5+0.125)10(19.625)102011-3-261.1.4数制间的转换【例1-2】将(24.
12、2)8转换成十进制数。解：(24.2)8(281+480+28-1)10(16+4+0.25)102011-3-2 31(20.25)10【例1-3】将(A3.4)16转换成十进制数。解：(A3.4)16(A161+3160+416-1)10(160+3+0.25)10(163.25)101.1.4数制间的转换2.十进制数到非十进制数的转换将十进制数转换成非十进制数时，整数部分和小数部分要分别进行转换，整数部分的转换般采用除基取余法2011-3-2 32一般采用除基取余法，小数部分的转换一般采用乘基取整法。1.1.4数制间的转换十进制整数转换成非十进制整数R进制整数都可写成按权展开的多项式：(
13、N)10=(AnRn+An-1Rn-1+A1R1+A0R0)R2011-3-2 33转换的关键是寻找多项式每一项的系数An、An-1、A1、A0上式两边同除以基数R可得：(N/R)10=(AnRn-1+An-1Rn-2+A1R0)R+A0/R1.1.4数制间的转换【例1-4】将(288)10转换成二进制数。解：2882144 余数为0，A00144272 余数为0，A10 72236余数为0，A202011-3-2 34 ，36218 余数为0，A301829 余数为0，A40924 余数为1，A51422 余数为0，A60221 余数为0，A70120 余数为1，A81所以，(288)10(
14、100100000)21.1.4数制间的转换【例1-5】将(62)10转换成八进制数。解：6287 余数为6，A06 780 余数为7，A172011-3-2 35所以，(62)10(76)8【例1-6】将(108)10转换成十六进制数。解：108166 余数为12，A0C 6160 余数为6，A16所以，(108)10(6 C)161.1.4数制间的转换十进制小数转换成非十进制小数R进制小数写成按权展开的多项式：(N)10=(A-1R-1+A-2R-2+A-(n-1)R-(n-1)+A-)2011-3-2 36nR-nR 对上式两边同乘以基数R可得：(NR)10=A-1+(A-2R-1+A-(n-1)R-(n-2)+A-nR-(n-1)R2011-3-271.1.4数制间的转换【例1-7】将(0.625)10转换成二进制数解：0.62521+0.25 A-11 0.2520+0.5 A-202011-3-2 37 0.521+0 A-31所以，(0.625)10(0.101)21.1.4数制间的转换【例1-8】将(0.8125)10转换成八进制数。解：0.812586+0.5 A-16 0.584+0 A-242011-3-2 38所以，(0.8125)10
