1、課程概述電子產(chǎn)品數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用80年代后- ULSI ， 1 0 億個(gè)晶體管/片 、 ASIC 制作技術(shù)成熟目前- 芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米(0.130.09m)量級(jí)微處理器的時(shí)鐘頻率高達(dá)3GHz（109Hz）90年代后- 97年一片集成電路上有40億個(gè)晶體管。6070代-IC技術(shù)迅速發(fā)展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。10萬(wàn)個(gè)晶體管/片。將來(lái)- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結(jié)構(gòu)的電路發(fā)展特點(diǎn):以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)電子管時(shí)代1906年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用。電壓控制器件電真空技術(shù)晶體管時(shí)代電流控

2、制器件 半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體二極管、三極管器件半導(dǎo)體集成電路課程介紹1. 課程的性質(zhì)3. 課程研究?jī)?nèi)容5. 教材和參考書(shū)4. 課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法2. 教學(xué)目標(biāo)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是電氣信息類專業(yè)具入門(mén)性質(zhì)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。 1.課程性質(zhì) 獲得適應(yīng)信息時(shí)代的數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為以后深入學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)及其相關(guān)學(xué)科和專業(yè)打好以下兩方面的基礎(chǔ):2.課程目標(biāo)1、正確分析、設(shè)計(jì)數(shù)字電路，特別是集成電路的基礎(chǔ)； 2、為進(jìn)一步學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)專用集成電路(ASIC)的基礎(chǔ)。數(shù)字信號(hào)傳輸、變換、產(chǎn)生等。內(nèi)容涉及相關(guān)器件、功能電路及系統(tǒng)。 硬件 處理數(shù)字信號(hào)的電

3、子電路及其邏輯功能 數(shù)字電路的分析方法 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法 各種典型器件在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件 系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的軟件工具ABEL、VHDL、 VerlogHDL、EDA工具軟件QuartusII等3. 課程研究?jī)?nèi)容a、發(fā)展快b、應(yīng)用廣 (2)學(xué)習(xí)方法打好基礎(chǔ)、關(guān)注發(fā)展、主動(dòng)更新、注重實(shí)踐(1)課程特點(diǎn)摩爾定律:集成度按10倍/6年的速度發(fā)展。c、工程實(shí)踐性強(qiáng)4.課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法a、掌握基本概念、基本電路和基本分析、設(shè)計(jì)方法b、能獨(dú)立的應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)去分析和解決數(shù)字電路的實(shí)際問(wèn)題的能力。康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分第五版高等教育出版社蔡惟錚主編基礎(chǔ)電子技術(shù) 集成電子技術(shù) 高等教育出版社 電子

4、工程手冊(cè)編委會(huì)等編中外集成電路簡(jiǎn)明速查手冊(cè)-TTL、CMOS電子工業(yè)出版社 5.主要教材及參考書(shū)李哲英主編電子技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ)基礎(chǔ) 高等教育出版社王金明,楊吉斌編數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與VerliogHDL 電子工業(yè)出版社羅杰、譚力編數(shù)字ASIC設(shè)計(jì)講義鄭家龍、王小海主編集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 高等教育出版社 第一章 數(shù)制和碼制第二章 邏輯代數(shù)基礎(chǔ)第三章 門(mén)電路第四章 組合邏輯函數(shù)第五章 觸發(fā)器第六章 時(shí)序邏輯電路第七章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器第八章 可編程邏輯器件第九章 硬件描述語(yǔ)言簡(jiǎn)介第十章 脈沖波形的產(chǎn)生和整形第十一章 數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換第一章 數(shù)制和碼制1.1 概述數(shù)字量和模擬量 數(shù)字量：在時(shí)間上和數(shù)量上都

5、是不連續(xù)的。 （存在一個(gè)最小數(shù)量單位）例：產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)、數(shù)字表盤(pán)的讀數(shù)、數(shù)字電路信號(hào)等。 模擬量：在時(shí)間上或數(shù)量上都是連續(xù)的。 數(shù)字電路和模擬電路：例：正弦波信號(hào)、鋸齒波信號(hào)等。 工作信號(hào)，研究的對(duì)象，分析/設(shè)計(jì)方法以及所用的數(shù)學(xué)工具都有顯著的不同t V(t) 數(shù)字信號(hào)高電平低電平上跳沿下跳沿模擬信號(hào) t V(t) 模擬電路主要研究：輸入、輸出信號(hào)間的大小、相位、失真等方面的關(guān)系。主要采用電路分析方法，動(dòng)態(tài)性能用微變等效電路分析。 在模擬電路中，三極管或晶體管一般工作在線性放大區(qū)或恒流區(qū)；在數(shù)字電路中，三極管或晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在飽和區(qū)或可變電阻區(qū)和截止區(qū)。 數(shù)字電路主要研究：電路

6、輸出、輸入間的邏輯關(guān)系。主要的工具是邏輯代數(shù)，電路的功能用真值表、邏輯表達(dá)式及波形圖表示。模擬電路與數(shù)字電路比較1. 電路的特點(diǎn)2. 研究的內(nèi)容 信號(hào)處理（采樣保持、電壓比較、有源濾波） 模擬電路的基本元件和基本電路基本電路元件:基本模擬電路:晶體三極管場(chǎng)效應(yīng)管集成運(yùn)算放大器 信號(hào)放大及運(yùn)算 (信號(hào)放大、功率放大） 信號(hào)發(fā)生（正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、）數(shù)字電路的基本元件和基本電路基本電路元件基本數(shù)字電路 邏輯門(mén)電路 觸發(fā)器 組合邏輯電路 時(shí)序電路（寄存器、計(jì)數(shù)器、脈沖發(fā)生器、 脈沖整形電路） 存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)制和碼制數(shù)制：多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法以及從低位到高位的進(jìn)位

7、規(guī)則。數(shù)碼形式表示數(shù)量的大小碼制：編制代碼所要遵循的規(guī)則。數(shù)碼形式表示不同的事物或事物的不同狀態(tài)1.1 概述基本概念數(shù)字量和模擬量數(shù)字電路和模擬電路數(shù)制和碼制1. 2 幾種常用的數(shù)制數(shù)制：每一位的構(gòu)成從低位向高位的進(jìn)位規(guī)則常用到的數(shù)制： 十進(jìn)制，二進(jìn)制，八進(jìn)制，十六進(jìn)制Hexadecimal：十六進(jìn)制的Decimal：十進(jìn)制的Binary：二進(jìn)制的十進(jìn)制：以十為基數(shù)的記數(shù)體制。表示數(shù)的十個(gè)數(shù)碼：1、2、3、4、5、6、7、8、9、0遵循逢十進(jìn)一的規(guī)律。157=一個(gè)十進(jìn)制數(shù)數(shù) N 可以表示成： 若在數(shù)字電路中采用十進(jìn)制，必須要有十個(gè)電路狀態(tài)與十個(gè)記數(shù)碼相對(duì)應(yīng)。這樣將在技術(shù)上帶來(lái)許多困難，而且很不

8、經(jīng)濟(jì)。 二進(jìn)制：以二為基數(shù)的記數(shù)體制 。表示數(shù)的兩個(gè)數(shù)碼：0、1遵循逢二進(jìn)一的規(guī)律。（1001）B = (9)D二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)：用電路的兩個(gè)狀態(tài)-開(kāi)關(guān)來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)，數(shù)碼的存儲(chǔ)和傳輸簡(jiǎn)單、可靠。二進(jìn)制的缺點(diǎn)：位數(shù)較多，使用不便；不符合人們的習(xí)慣，輸入時(shí)將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，運(yùn)算結(jié)果輸出時(shí)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制和八進(jìn)制十六進(jìn)制記數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)八進(jìn)制記數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、74162+14 161+6 160= (1254)D(4E6)H=481+580= (37)D(45)O= 任

9、意進(jìn)制 (N進(jìn)制)數(shù)D 可以按十進(jìn)制展開(kāi)式的形式表示成：十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制00000000001000101102001002203001103304010004405010105506011006607011107708100010809100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F不同進(jìn)制數(shù)的對(duì)照表1.3不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換一、二十轉(zhuǎn)換 將二進(jìn)制數(shù)按下式展開(kāi)，然后將所有各項(xiàng)的數(shù)值按十進(jìn)制相加，就可以得到等值的十進(jìn)制數(shù)。二、十二轉(zhuǎn)換整數(shù)部分:例1：十進(jìn)制數(shù)25轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程：225 余1 K0122

10、余0 K162 余0 K232 余1 K312 余1 K40(25)D=(11001)B例2: 十進(jìn)制數(shù)173轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程：二、十二轉(zhuǎn)換小數(shù)部分:例：三、二十六轉(zhuǎn)換例：將(01011110.10110010)2化為十六進(jìn)制四、十六二轉(zhuǎn)換例：將(8FAC6)16化為二進(jìn)制說(shuō)明：十六進(jìn)制的一位對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的四位五、八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換例：將(011110.010111)2化為八進(jìn)制例：將(52.43)8化為二進(jìn)制說(shuō)明：八進(jìn)制的一位對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的三位。六、十六進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制： 乘權(quán)相加 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：除權(quán)取余 1.4 二進(jìn)制運(yùn)

11、算1.4.1 二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算的特點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算： 1：和十進(jìn)制算數(shù)運(yùn)算的規(guī)則相同 2：逢二進(jìn)一 特 點(diǎn)：加、減、乘、除 全部可以用移位和相 加這兩種操作實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu) 二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)：用電路的兩個(gè)狀態(tài)-開(kāi)關(guān)來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)，數(shù)碼的存儲(chǔ)和傳輸簡(jiǎn)單、可靠。二進(jìn)制的缺點(diǎn)：位數(shù)較多，使用不便；不合人們的習(xí)慣，輸入時(shí)將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，運(yùn)算結(jié)果輸出時(shí)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。1.4二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算1.4.2 反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算 二進(jìn)制數(shù)的正、負(fù)號(hào)也是用0/1表示的。在定點(diǎn)運(yùn)算中，最高位為符號(hào)位（0為正，1為負(fù)）如 +89 = （0 1011001） -89 = （1 1011001）二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼：最高位為符號(hào)位

12、（0為正，1為負(fù)）正數(shù)的補(bǔ)碼和它的原碼相同負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼 = 數(shù)值位逐位求反(反碼) + 1 如 +5 = （0 0101） -5 = （1 1011）通過(guò)補(bǔ)碼，將減一個(gè)數(shù)用加上該數(shù)的補(bǔ)碼來(lái)實(shí)現(xiàn) 10 5 = 5 10 + 7 12= 5 （舍棄進(jìn)位） 7+5=12 產(chǎn)生進(jìn)位的模 7是-5對(duì)模數(shù)12的補(bǔ)碼 補(bǔ)碼的運(yùn)算原理1011 0111 = 0100 （11 - 7 = 4）1011 + 1001 = 10100 =0100（舍棄進(jìn)位） （11 + 916 = 4）0111 + 1001 =240111是- 1001對(duì)模24 （16） 的補(bǔ)碼兩個(gè)補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)相加時(shí)的符號(hào)位討論例：用二進(jìn)制補(bǔ)

13、碼運(yùn)算求出1310 、1310 、1310 、1310結(jié)論：將兩個(gè)加數(shù)的符號(hào)位和來(lái)自最高位數(shù)字位的進(jìn)位相加，結(jié)果就是和的符號(hào) 解：1.5 幾種常用的編碼數(shù)值文字符號(hào)二進(jìn)制代碼編碼為了表示字符 編碼可以有多種，數(shù)字電路中所用的主要是二十進(jìn)制碼（BCD -Binary-Coded-Decimal碼）。信息 為了分別表示N個(gè)字符，所需的二進(jìn)制數(shù)的最小位數(shù)：一、十進(jìn)制代碼：BCD碼用四位二進(jìn)制數(shù)表示09十個(gè)數(shù)碼。四位二進(jìn)制數(shù)最多可以表示16個(gè)字符，因此，從16種表示中選十個(gè)來(lái)表示09十個(gè)字符，可以有多種情況。不同的表示法便形成了一種編碼。這里主要介紹：8421碼5421碼余3碼2421碼權(quán)重：(325

14、6)D=3103+ 2102+ 5101+ 6100個(gè)位(D0)的權(quán)重為100 ，十位(D1)的權(quán)重為101 ，百位(D2)的權(quán)重為102 ，千位(D3)的權(quán)重為103十進(jìn)制數(shù) (N)D二進(jìn)制編碼 (K3K2K1K0)B(N)D= W3K3 +W2K2+W1K1+W0K0W3W0為二進(jìn)制各位的權(quán)重8421碼，就是指W3=8、 W2= 4、 W1= 2、 W0= 1。用四位二進(jìn)制數(shù)表示09十個(gè)數(shù)碼，該四位二進(jìn)制數(shù)的每一位也有權(quán)重。2421碼，就是指W3=2、 W2= 4、 W1= 2、 W0= 1。5421碼，就是指W3=5、 W2= 4、 W1= 2、 W0= 1。1.5 幾種常用的編碼幾種常

15、用的十進(jìn)制代碼：十進(jìn)制數(shù)8421碼余3碼2421碼5211碼余3循環(huán)碼000000011000000000010100010100000100010110200100101001001000111300110110001101010101401000111010001110100501011000101110001100601101001110010011101701111010110111001111810001011111011011110910011100111111111010二、格雷碼特點(diǎn)：1.每一位的狀態(tài)變化都按一定的順序循環(huán)。 2.編碼順序依次變化，按表中順序變化時(shí)，相鄰代碼只有一位改變狀態(tài)。應(yīng)用：減少過(guò)渡噪聲 編碼順序二進(jìn)制格雷碼編碼順序二進(jìn)制碼格雷碼00000000081000110010001000