数字电子技术ch1（机电32学时）

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1、数字电子技术 32+8学时,电工电子教学基地 方奕乐 2013年2月,非电类学科基础课程,认 识 本 课 程,1、课程定位,性质,数字逻辑电路是机电类专业必修的技术基础课。,前导和后续课程,电路基础（电工学A1） 模拟电子技术（电工学A2）,前导课程,后续课程,第4学期,数字电子技术,微机原理与接口技术 单片机 数字控制技术,课程目标,知识目标,获得数字电路方面的基本理论知识,培养分析解决实际数字电路中问题的能力,能灵活利用手边的元器件完成具有特定功能的电路。,1、课程定位,2、教学内容,Use this box to highlight callout text which is not i

2、ncluded in your bullet copy,教学内容选取,1、数字逻辑基础 2、组合逻辑电路 3、时序逻辑基础 4、时序逻辑电路,理论教学：1-9（周二、周四 32学时）,1、组合逻辑电路设计 2、JK触发器的应用,3、考核方式,实验（15%）,平时（作业、课堂提问、练习、考勤）（15%）,期末考试（70%）,过程性考核,终结性考核,4、教学资料,教材：数字电路与逻辑设计 朱定华主编.北京：清华大学出版社，2011,参考书目： 康华光主编 电子技术基础（数字部分） 高等教育出版社 林红等编 数字电路与逻辑设计 清华大学出版社 邓元庆等编 数字电路与系统设计 西安电子科技大学出版社,

3、第一章 数字逻辑基础,2013 年 2月,第一章 数字逻辑基础,本章内容,1. 二、十、十六进制之间的转换方法,2.逻辑函数的代数化简和卡诺图化简方法,本章重点：,3.逻辑函数的描述方法,知识准备：,模拟量：在时间和数值上都是连续变化的物理量,模拟信号：表示模拟量的信号。 如电压、电流、温度、声音等。,模拟量、模拟信号、模拟电路,模拟电路：处理模拟信号的电路。,数字量：时间和数值上都不连续变化的物理量,数字信号：表示数字量的信号。 如电子表的秒信号、记录零件数目等。,数字量、数字信号、数字电路,数字电路：产生、存储、变换、处理、传送数字信号的电路。,脉冲信号：持续时间短暂的跃变信号,数字电路：

4、不仅能完成算术运算而且能完成逻辑运算,数字逻辑电路或逻辑电路,数字量、数字信号、数字电路,分析和设计逻辑电路的基本数学工具-逻辑代数,采用0、1二种数值表示数字量，又称为二进制信号。,数字电路中的运算主要是逻辑运算， 而对数字电路的设计主要是进行逻辑设计。,1.1 数制和代码 数制：按某种进位制来表示某个数的值。,几种常用的数制 1.十进制(Decimal) 2.二进制(Binary) 3.十六进制(Hexadecimal)与八进制（Octal）,1.1.1 十进制数和二进制数,1.十进制（D）的特点,以10为基数，每位数可用0，1，.，9十个数码表示， 当所表征的数值较大时，可用多位数码来表

5、示， 其低位与相邻高位间的关系是“逢十进一”。,例：十进制数143.75其按权展开式为 143.75=1102+ 4101+ 3100+ 710-1+ 510-2,一般地,任意一个十进制数均可表示为,2.二进制（B）的特点,以2为基数，每位数仅用0或1两个数码来表示。 其低位与相邻高位间的关系是“逢二进一”。,任意一个二进制数均可表示为:,例：二进制数101.11B其按权展开式为 101.11B =122+ 021+ 120+12-1+ 12-2,优点：结构简单 储存和传递可靠 运算简便,1.1.2 十六进制数和八进制数 1.十六进制（H）的特点 以16为基数，每位数用十六个数码来表示，即09

6、、A（ 10 ）、B（ 11 ）、C（12）、D（13）、E（14）、F（15）。当用多位数码来表示数值时，其低位与相邻高位间的关系是“逢十六进一”。 任意一个十六进制数均可表示为: 例：十六进制数(2A.7F)H其按权展开式为 (2A.7F)H =2161+ A160+716-1+ F16-2,1.1.2 十六进制数和八进制数 2.八进制（o）的特点 数符：0 7（8为基数） 进位：逢八进一 按权展开：,由于数字电路中常用的数制有十进制、二进制和十六进制。 故需熟练掌握其相互间的转换。,1.1.3 不同进制数之间的转换 1.二进制数转换为十六进制数 以小数点为中心分别向左右按四位一划分，然后

7、把每四位所对应的值对应地转换成一位十六进制数,整理即可。 2.十六进制数转换为二进制数 用4位二进制数代替1位十六进制数 例： 3AB9H = 0011 1010 1011 1001B,例：将二进制数1011110.1011001B转换为等值的十六进制数。 0101,1110.1011,0010B 5 E . B 2H,1.1.3 不同进制数之间的转换 3.十六进制数转换为十进制数 将十六进制数按权展开相加 例:1F3D.5H=163116215161316013+ 16-15 =4096125615163113+0.06255 =409638404813+0.3125=7997.3125 4

8、.十进制数转换为十六进制数 十进制整数除基（16）取余法 例： 将38947转换成16进制,所以,1.1.3 不同进制数之间的转换 4.十进制数转换为十六进制数 十进制小数乘基（16）取整法 如： 将0.6875转换成十六进制,整数部分=11(B),所以,练习：将十进制数39.625转化为十六进制数。,5.二进制数与十进制数间的相互转换 以十六进制数为桥梁实现二进制数与十进制数间的转换 将二进制数按权展开相加 如：将二进制数1011.01转换成十进制数 1011.01B=231220211201+ 2-10+ 2-20 =802100.25 =11.25 采用整数“除基取余”法和小数“乘基取整

9、”法将十进制数转换为二进制数,所以,如：将39.625转换成二进制数,1.1.4 二进制符号数的表示法,1.机器数与真值,机器数：用数的符号和数值部分一起编码表示符号数 真 值：机器数所代表的实际数值 无符号数：符号位也当做数值的数,2.原码,最高位为符号位,0为“+”,1为“-”；数值取绝对值 真 值： X1=105=+01101001B X2=-105=-01101001B 机器数： X1原= 01101001B X2原=11101001B 原码表示简单直观,加减运算复杂,二进制数与十进制数一样有正负之分。在计算机中，常用数的符号和数值部分一起编码的方法表示符号数。常用的有原码、反码和补码

10、表示法。这几种表示法都将数的符号数码化。通常正号用“0”表示，负号用“1”表示。,1.1.4 二进制符号数的表示法,3.反码,正数的反码与原码表示相同；负数反码为它的绝对值按位（连同符号位）取反 真 值： X1=105=+01101001B X2=-105=-01101001B 机器数： X1反= 01101001B X2反=10010110B,4.补码,真 值： X1=105=+01101001B X2=-105=-01101001B 机器数： X1补= 01101001B X2补=10010111B 直接求补码：从低位向高位扫描，保留直至第一个“1”的所有位，以后各位按位取反,正数的补码表

11、示与原码相同；负数的补码为其绝对值的补数，连同符号位按位取反后加1,【上节知识复习】,1、分别写出49和49的二进制原码、反码和补码。设码长为8位,2、求十六进制补码64H、AF3CH的真值。,4.补码,用补码表示时，可以把减法转换为加法 例：64-10=64+（-10）=54 64补= 40H=0100 0000B 10补= 0AH=0000 1010B -10补= 1111 0110B,补码表示的优点：加减运算方便,注：微机中，凡是符号数一律用补码表示，运算的结果也是用补码表示,数字系统不仅用到数字，还要用到各种字母、符号和控制信号等。为了表示这些信息，常用一组特定的二进制数来表示所规定的

12、字母、数字和符号，称为二进制代码。建立这种二进制代码的过程称为编码。常用的二进制代码有二-十进制代码(BCD码)和ASCII码。,1.1.5 二进制代码,1.二-十进制代码（BCD码）,BCD码用四位二进制数表示09十个数码。主要有：,8421码,5421码,2421码,含权码,4221码,不含权: 余3码,常见BCD码一览表,余3码:8421BCD码+0011,有权BCD码 每位二进制码元都有确定的位权值，可以根据位权展开求它所代表的十进制数 8421码（自然权码）、2421码、5121码,例：(863)10=(1000 0110 0011)8421BCD （0011 1001 0101）8

13、421BCD（395）10（110001011）2 (0011 1001 0101）8421BCD （001110010101）2,1.1.5 二进制代码,8421BCD码是BCD代码中最常用的一种。其代码中从左到右每一位的“1”分别表示8、4、2、1，故取名为8421码。它属于有权码。其特点是：编码的含义与自然二进制数的值相同，便于记忆和应用。,2.循环码,循环码又称为反射码、格雷码 。循环码中每1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。任意相邻两个代码（注意，十进制数0和15也相邻），只有一个码元不同。,3.ASCII码：标准信息交换码,查表1-6可得对应的ASCII码,ASC

14、II码是一种用7位二进制数码表示数字、字母或符号的代码。它已成为计算机通用的标准代码，主要用于打印机、绘图机等外设与计算机之间传递信息。,1.2 逻辑运算,逻辑关系 事物（条件、事件）之间的一种因果关系,反应和处理这种因果关系的数学工具 逻辑代数,逻辑代数由逻辑变量和逻辑运算组成,变量取值不是1就是0，没有第三种可能。二值逻辑变量 1和0并不表示数值的大小，它们代表两种不同的逻辑状态 只有两种对立逻辑状态的逻辑关系称为二值（数字）逻辑,1.2.1基本逻辑运算,三种基本逻辑运算：逻辑“与”、 逻辑“或” 、逻辑“非”,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。,

15、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。,描述逻辑关系的图表称为真值表,1.与运算（AND）,2. 或逻辑（OR）,当决定某一事件的所有条件中，只要有一个具备，该事件就会发生，这样的因果关系叫做或逻辑。,或逻辑符号,A,B,Y,3. 非逻辑（NOT）,当某一条件具备了，事情不会发生；而此条件不具备时，事情反而发生。这种逻辑关系称为非逻辑或逻辑非。,非逻辑符号,A,Y,1、与非,真值表,2、或非,真值表,1.2.2 复合逻辑运算,3、异或,真值表,4、同或,真值表,F=XY=XY+XY,在数字电路中，通常用电路

16、的高电平和低电平来分别代表逻辑1和逻辑0，在这种规定下的逻辑关系称为正逻辑。反之，用低电平表示逻辑1，用高电平表示逻辑0，在这种规定下的逻辑关系称为负逻辑。 将电平和逻辑取值之间对应关系给以规定称为逻辑规定。,对于一个数字电路，既可以采用正逻辑，也可采用负逻辑。同一电路，如果采用不同的逻辑规定，那么电路所实现的逻辑运算是不同的。,1.2.3 正负逻辑问题,1.正负逻辑的规定,几种逻辑运算的正逻辑和负逻辑电平关系。,逻辑运算正逻辑电平关系 逻辑运算负逻辑电平关系,正与负或 负与正或 正与非负或非 负与非正或非,1.2.3 正负逻辑问题,1.正负逻辑的规定,2.正负逻辑的等效变换,逻辑函数：描述输入逻辑变量和输出逻辑变量之间因果关系。逻辑函数有各种不同的表