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1、2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.1,第七章：数字电路基础,本章内容： 7.1 数字电路概述 7.2 基本逻辑门电路 7.3 TTL逻辑门电路 7.4 逻辑函数及其表示方法 7.5 逻辑函数的化简法,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.2,7.1 数字电路概述,1、数字信号,数字信号,表示数字量的信号，研究时要注重它的有无或出现次数，数字信号的出现时间一般由时钟信号控制，而取值的离散性更使数字信号在处理、存储和传输等方面比模拟信号有很多优势。,一
2、、数字电路的特点,正逻辑,高电平,逻辑“1”,低电平,逻辑“0”,一般情况下，采用正逻辑。,负逻辑,高电平,逻辑“0”,低电平,逻辑“1”,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.3,数字电路：处理数字信号的电路称为数字电路。,、数字电路中的电子器件工作于饱和状态或截至状态，起开关作用； 、基本电路单元结构简单（逻辑门电路、触发器），易于大规模集成； 、研究对象是输出与输入信号间的逻辑关系（因果关系），即电路的逻辑功能； 、基本数字电路：组合逻辑电路时序逻辑电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整形电路） 、易于采用EDA工
3、具进行分析与设计； 、应用范围非常广泛。,2、数字电路的特点,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.4,二、数制与码制,1、数制,数制是指进位计数的方法与规则，如十进制、二进制等等。,、十进制,逢十进一、借一当十,(123.45)10110221013100410-1510-2,位置 表示法,多项式表示法,通式：,权,模,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.5,、二进制,权,模,逢二进一、借一当二,、R进制,权,模,逢R进一、借一当R,、十六进制,逢
4、16进一、借一当16,系数： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15 表示为：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、 B、 C、 D 、 E、 F,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.6,、数制间的转换,、R进制转换成十进制,方法：按权展开，求和。,、十进制转换成R进制,方法：,整数部分：除R取余，逆序排列,小数部分：乘R取整，顺序排列,整数,小数,逆序,顺序,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.7,、其它
5、数制间的转换,方法：先转成十进制数，再转成所需数制。,特例：十六进制和二进制的相互转换,十六进制转二进制：将每位十六进制数转成4位二进制数，依序排列即可； 二进制转十六进制：以小数点为基准，整数部分从右往左，小树部分从左往右，将二进制数按4位一组分组，不足位置补0，然后将每组的4位二进制数转换成1位十六进制数，依序排列即可。,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.8,2、二进制运算*,、四则运算,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.9,、计算机中的数
6、值表示,无符号数：没有符号位，表示正数。8位无符号整数可表示0255；,有符号数：第1位（最高位）为符号位，“0”表示正数，“1”表示负数。8位有符号整数可表示-128127；,定点数：小数点固定,浮点数：小数点不固定，由符号位、指数部分、小数部分组成。,定点整数：没有小数部分,定点小数：纯小数，默认小数点在符号位之后,10111001,-0.0111001,single float：X XXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX,符号位,指数部分（7位）,小数部分（24位）,B,C,2018/10/21,School of Physics, Peking Univers
7、ity,第七章 No.10,、原码、反码、补码,原码：将数值表示成二进制数，并在最高位增加一个符号位，正数为0，负数为1，即得到该数值的原码。,反码：正数的反码等于原码，负数的反码为保留符号位，按位求反。,补码：正数的补码等于原码，负数的补码为反码加1。,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.11,3、十进制数的二进制代码,、有权代码,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.12,、无权代码,二进制数 0 0 1 0 1,求异,循环码 0 1 1 1,2
8、018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.13,4、字符编码*,、ASCII码（美国信息交换标准代码）,American Standard Code for Information Interchange,b7为奇偶校验位,国际标准ISO 646,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.14,、通用字符集 (UCS：Universal Character Set),编码长度32位，目前只分配了16位共65534个字符，包含了用于表达所有已知语言的字符，不仅包括
9、拉丁语、希腊语、斯拉夫语、希伯来语、阿拉伯语、亚美尼亚语和乔治亚语的描述，还包括中文、日文和韩文这样的象形文字，以及平假名、片假名、孟加拉语、旁遮普语果鲁穆奇字符(Gurmukhi)、泰米尔语、印埃纳德语(Kannada) 、Malayalam、泰国语、老挝语、汉语拼音(Bopomofo)、Hangul、Devangari、Gujarati、Oriya、Telugu等等。,ISO10646,、汉字编码国家标准（16位）,GB2312：收录6763个简体字； GBK：对GB2312的扩充，收入中、日、韩汉字20912个； GB18030：对GBK的扩展，收入中、日、韩汉字27533个，GB180
10、30是中国所有非手持/嵌入式计算机系统的强制实施标准。,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.15,7.2 基本逻辑门电路,一、晶体三极管的开关特性,1、晶体管工作状态,、放大状态,晶体管工作在放大区， 发射结正偏，集电结反偏。,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.16, 、饱和状态,晶体管工作在饱和区， 发射结正偏，集电结正偏。,CE间近似于短路，相当于开关的接通状态。, 、截止状态,晶体管工作在截止区， 发射结反偏，集电结反偏。,CE间近似于断路
11、，相当于开关的断开状态。,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.17,2、晶体管的开关时间,0,ui,t,0,ic,t,icm,0,u0,t,Uom,0.9icm,0.1icm,td,tr,ton,ts,tf,toff,开启时间：,关断时间：,延迟时间,上升时间,退饱和时间,下降时间,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.18,二、二极管门电路,1、二极管与门,VCC（5V）,R,A,B,C,Y,二极管与门电路,只有在A、B、C都接高电平5V时，二极管
12、截止，输出Y才为高电平。该电路具有与门的逻辑功能。,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.19,2、二极管或门,A,B,C,Y,二极管或门电路,A、B、C任何一个都接高电平5V时，输出Y即为高电平。该电路具有或门的逻辑功能。,R,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.20,三、三极管非门电路,Rc,R1,VCC,A,Y,三极管非门电路,A,Y,1,-VEE,R2,2018/10/21,School of Physics, Peking Universi
13、ty,第七章 No.21,四、复合门电路（DTL电路）,DTL与非门电路,DTL与非门电路,A、B、C任何一个接低电平（0.3V）时，P被钳位在1V左右，D4、D5、T截止，输出Y为高电平；,Diode Transistor Logic,A、B、C都接高电平（5V）时，D1、D2、D3均截止，此时,这个电流很容易使T饱和，输出Y为低电平。,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.22,7.3 TTL逻辑门电路*,一、TTL与非门电路,Transistor Transistor Logic,TTL与非门电路,1、电路结构,e1
14、,e2,e3,b,c,等效,e1,e2,e3,c,b,类似与门,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.23,2、工作原理,、,不防设A为低电平（0.2V）,则,T1管深度饱和,T2、T3截止，,Y为高电平,iB1,T2,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.24,、,T1管工作于倒置放大状态，,Y为低电平,T2饱和，,D、T4截止， T3深度饱和，,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章
15、No.25,3、电压传输特性,ab段：ui1.4V，T2、T3饱和，T4、D截止，输出低电平。,截止区,线性区,转折区,饱和区,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.26,4、输入端噪声容限,低电平噪声容限：,高电平噪声容限：,输出低电平的最大值,输出高电平的最小值,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.27,1、负载能力,拉电流负载：输出高电平时，负载电流的增大会使输出电压下降； 灌电流负载：输出低电平时，负载电流的增大会使输出电压上升。,负载能力用扇出系数表示，一般的TTL门电路的扇出系数为810。,二、TTL与非门的主要性能参数,2018/10/21,School of Physics, Peking University,第七章 No.28,2、传输延迟时间,0,ui,t,0.5Uim,0,u0,t,Uom,Uim,0.5Uom,tpd1,
