數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)任課教師：劉麗君

電氣工程及自動化學(xué)院

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辦公室：工學(xué)院大樓403B（電工電子教研室）課程基本要求：課程目標(biāo)

本課程是電類專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是一門理論和實(shí)際緊密結(jié)合的課程。本課程的任務(wù)是使同學(xué)掌握數(shù)字電子技術(shù)的基本原理、基本理論、基本知識，具有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能，對學(xué)生進(jìn)行邏輯思維能力訓(xùn)練，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程準(zhǔn)備必要的知識，并為從事有關(guān)實(shí)際工作奠定必要的基礎(chǔ)。

本課程知識、能力要求

----熟悉數(shù)字電子技術(shù)的有關(guān)基本概念、術(shù)語；掌握邏輯代數(shù)基本定律和邏函數(shù)的公式法化簡及卡諾圖化簡。（第一、二章）----掌握TTL和CMOS門電路及各種集成觸發(fā)器的邏輯功能和外特性。（第三章）----掌握常用組合邏輯電路的功能及分析方法，學(xué)會一般的組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法（用SSI和MSI器件）（第四章）----掌握常用的時序電路的功能及分析方法，學(xué)會同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法。（第五、六章）----熟悉常用脈沖波形產(chǎn)生與變換電路的工作原理及其應(yīng)用。（第十章）----了解A/D，D/A電路及半導(dǎo)體存儲器、可編程邏輯器件的原理及其應(yīng)用（第七、十一章）課程信息

本課程總計(jì)84學(xué)時，其中理論課64學(xué)時、實(shí)驗(yàn)課20學(xué)時（采用單開課的形式）。理論課內(nèi)容安排如下：理論內(nèi)容第一章數(shù)制和碼制第二章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)第三章門電路第四章組合邏輯電路第五章觸發(fā)器第六章時序邏輯電路第七章半導(dǎo)體存儲器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)換器教學(xué)基本要求1、了解數(shù)字電路的基本概念2、了解常用二～十、二～一十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換3、掌握常用二進(jìn)制碼，特別是8421BCD碼第一章數(shù)制和碼制數(shù)字量和模擬量模擬量：可以在一定范圍內(nèi)取任意實(shí)數(shù)值的物理量，如：溫度、壓力、距離和時間等。數(shù)字量：在時間上和數(shù)量上都是離散的物理量，如：自動生產(chǎn)線上的零件記錄量，臺階的階數(shù)。§1.1

概述

數(shù)字信號和模擬信號電子電路中的信號模擬信號數(shù)字信號隨時間連續(xù)變化的信號時間和幅度都是離散的模擬信號：tu正弦波信號t鋸齒波信號u數(shù)字信號：數(shù)字信號產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表盤的讀數(shù)數(shù)字電路信號：tu模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別：工作任務(wù)不同：模擬電路研究的是輸出與輸入信號之間的大小、相位、失真等方面的關(guān)系；數(shù)字電路主要研究的是輸出與輸入間的邏輯關(guān)系（因果關(guān)系）。模擬電路中的三極管工作在線性放大區(qū),是一個放大元件；數(shù)字電路中的三極管工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài),起開關(guān)作用。三極管的工作狀態(tài)不同：數(shù)字電路研究的問題基本電路元件基本數(shù)字電路邏輯門電路觸發(fā)器

組合邏輯電路時序電路（寄存器、計(jì)數(shù)器、脈沖發(fā)生器、脈沖整形電路）

A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字電路的特點(diǎn)：1.

工作信號——不連續(xù)變化的離散（數(shù)字）信號2.主要研究對象——電路輸入/輸出之間的邏輯關(guān)系3.

主要分析工具——邏輯代數(shù)4.主要描述工具——邏輯表達(dá)式、真值表、卡諾圖、邏輯圖、時序波形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等。數(shù)字邏輯數(shù)字信號---在時間上和數(shù)值上均是離散的信號。在數(shù)字電路中，常用數(shù)字“0”和“1”來表示信號狀態(tài)。這里的“0”和“1”，不是十進(jìn)制數(shù)中的數(shù)字，而是邏輯0和邏輯1。

邏輯“0”和邏輯“1”表示彼此相關(guān)又互相對立的兩種狀態(tài)。例如，“是”與“非”、“真”與“假”、“開”與“關(guān)”、“低”與“高”等等。因而常稱為數(shù)字邏輯。

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§1.2幾種常用的數(shù)制

一、特點(diǎn)：

1、任何一位數(shù)可以而且只可以用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9這十個數(shù)碼表示。

2、進(jìn)位規(guī)律是“逢十進(jìn)一”。即9+1=10=1×101+0×100例如：

式中，102

、101

是根據(jù)每一個數(shù)碼所在的位置而定的，稱之為“權(quán)”。

3、在十進(jìn)制中，各位的權(quán)都是10的冪，而每個權(quán)的系數(shù)只能是0～9這十個數(shù)碼中的一個。

一、十進(jìn)制權(quán)值權(quán)值基數(shù)：由0~9十個數(shù)碼表示，基數(shù)為10。位權(quán)：10的冪是根據(jù)每一個數(shù)碼所在的位置而定的進(jìn)位規(guī)律是“逢十進(jìn)一”例如：權(quán)位的展開式1、特點(diǎn)2、二進(jìn)制數(shù)的一般表達(dá)式為:1、任何一位數(shù)只可以用0、1和小數(shù)點(diǎn)表示。2、進(jìn)位規(guī)律是：“逢二進(jìn)一”。3、各位的權(quán)都是2的冪。

二、二進(jìn)制例：例

試將二進(jìn)制數(shù)(01010110)B轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。解：將每一位二進(jìn)制數(shù)乘以位權(quán)然后相加便得相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。3、二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)：

易于電路實(shí)現(xiàn)---每一位數(shù)只有兩個值，可以用管子的導(dǎo)通或截止，燈泡的亮或滅、繼電器觸點(diǎn)的閉合或斷開來表示。基本運(yùn)算規(guī)則簡單

(01010110)B=26+24+22+21=（86)D特點(diǎn)：

三、

八進(jìn)制

1、八進(jìn)制數(shù)以8為基數(shù)，采用0,1,2,3,4,5,6,7八個數(shù)碼表示任何一位數(shù)。

2、進(jìn)位規(guī)律是“逢八進(jìn)一”。

3、各位的權(quán)都是8的冪。特點(diǎn)：

1、十六進(jìn)制數(shù)采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A、B、C、D、E、F十六個數(shù)碼表示。

2、進(jìn)位規(guī)律是“逢十六進(jìn)一”。

3、各位的權(quán)都是16的冪。四、十六進(jìn)制end表1幾種數(shù)制之間的關(guān)系對照表十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)0123456789100000000001000100001100100001010011000111010000100101010012345671011120123456789A十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)111213141516171819200101101100011010111001111100001000110010100111010013141516172021222324BCDEF1011121314二、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：

常用方法是“按權(quán)展開相加”。

1.整數(shù)部分

將十進(jìn)制數(shù)連續(xù)不斷地除以2,直至商為零，所得余數(shù)由低位到高位排列，即為所求二進(jìn)制數(shù)一、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)：整數(shù)部分小數(shù)部分§1.3不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換例如:(63)D==(?)B6321=b013153171=b11=b21=b31=b42222余數(shù)故(63)D=(111111)B1=b5例

將(0.706)D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，要求其誤差不大于2-10。解：0.706×2=1.412……1……b－10.412×2=0.824……0……b－20.824×2=1.648……1……b－30.648×2=1.296……1……b－40.296×2=0.592……0……b－50.592×2=1.184……1……b－6

0.184×2=0.368……0……b－7

0.368×2=0.736……0……b－8

0.736×2=1.472……1……b－9

(0.706)D=(0.101101001)B2.小數(shù)部分：采用乘積取整法

三、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制：四、八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制：將每位八進(jìn)制數(shù)展開成三位二進(jìn)制數(shù)，排列順序不變即可。轉(zhuǎn)換時，由小數(shù)點(diǎn)開始，整數(shù)部分自右向左，小數(shù)部分自左向右，三位一組，不夠三位的添零補(bǔ)齊，則每三位二進(jìn)制數(shù)表示一位八進(jìn)制數(shù)。因?yàn)榘诉M(jìn)制的基數(shù)8=23

，所以，可將三位二進(jìn)制數(shù)表示一位八進(jìn)制數(shù)，即000～111

表示0～7例

(10110.011)B=例

(752.1)O=(26.3)O

(111101010.001)B五、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制：

因?yàn)?6進(jìn)制的基數(shù)16=24

，所以，可將四位二進(jìn)制數(shù)表示一位16進(jìn)制數(shù)，即0000～1111

表示0-F。六、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制：將每位16進(jìn)制數(shù)展開成四位二進(jìn)制數(shù)，排列順序不變即可。§1.4二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算一、二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算特點(diǎn)結(jié)論：二、反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算1原碼：符號位與二進(jìn)制數(shù)的組合2補(bǔ)碼：補(bǔ)碼原理3反碼：將二進(jìn)制數(shù)按位求反§

1.5幾種常用的編碼用文字、符號及數(shù)碼表示特定的對象過程，稱為編碼。常見的代碼有:

也稱自然權(quán)碼，其排列簡單，完全符合二～十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律。當(dāng)用四位二進(jìn)制碼時，有0000～1111十六種組合，分別代表0～15的十進(jìn)制數(shù)。當(dāng)用五位二進(jìn)制碼時，有當(dāng)用n位二進(jìn)制碼時，有

00000～11111三十二種組合，分別代表0～31的十進(jìn)制數(shù)。2n

個代碼。1自然二進(jìn)制碼2BCD碼

BCD碼是用四位二進(jìn)制碼表示1位十進(jìn)制數(shù)的一種編碼方式。

有多種可能，故而便產(chǎn)生了多種BCD碼，其中使用最多的是8421BCD碼(簡稱8421碼)。

四位二進(jìn)制碼可產(chǎn)生16個數(shù)0000～1111，而表示十進(jìn)制數(shù)只需要十個代碼，其余六個成為多余。選擇哪十個，丟棄哪六個？編碼順序二進(jìn)制代碼十進(jìn)制數(shù)8421碼

十進(jìn)制數(shù)2421碼

十進(jìn)制數(shù)5211碼十進(jìn)制數(shù)余3碼

十進(jìn)制數(shù)余3循環(huán)碼

000000000000000000001000110001100011000120010200102001000010300113001130011000114010040100401002010010100401005010150101301012010130101601106011030110101107011170111401114011120111810008100051000510009100191001610016100110101071010910101110115101181011121100611007110091100511001311017110181101611011411108111081110151111911119111171111權(quán)842124215211無權(quán)無權(quán)

常見的幾種BCD編碼有權(quán)碼和無權(quán)碼無權(quán)碼：每一位的1在不同代碼中并不代表固定的數(shù)值。如余3碼、余3循環(huán)碼有權(quán)碼：在這種編碼方式中，每一位二值代碼中的1都代表一個固定數(shù)值，把每一位的1代表的十進(jìn)制數(shù)加起來，得到的結(jié)果就是它所代表的十進(jìn)制數(shù)碼。如8421就是指這種編碼中各位的權(quán)分別為8、4、2、1。屬于有權(quán)碼的還有2421碼、5211碼2421碼：恒權(quán)代碼，便于求補(bǔ)．0與9和1與8.互為反碼.8421為恒權(quán)代碼，與十進(jìn)制數(shù)相對應(yīng)，是一種常用的代碼.

各種編碼特點(diǎn)：余3碼：無權(quán)代碼，在用余3碼作十進(jìn)進(jìn)制加法運(yùn)算時若兩數(shù)之和為10，正好等于二進(jìn)制數(shù)的16，于是便從高位自動產(chǎn)生進(jìn)位信號．利用互為反碼的特點(diǎn)便于求補(bǔ)。5211碼：恒權(quán)代碼．是8421碼構(gòu)成的計(jì)數(shù)器的分頻比.3格雷碼

格雷碼是一種無權(quán)碼，其編碼如表所示。P14二進(jìn)制碼b3b2b1b0格雷碼G3G2G1G000000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000

編碼特點(diǎn)是：任何兩個相鄰代碼之間僅有一位不同。

該特點(diǎn)是其它所有碼不具備的,常用于模擬量的轉(zhuǎn)換。當(dāng)模擬量發(fā)生微小變化，而可能引起數(shù)字量發(fā)生變化時，格雷碼僅僅改變一位，這與其它碼同時改變2位或更多的情況相比，更加可靠。例如，8421碼中的0111和1000是相鄰碼，當(dāng)7變到8時，四位均變了。若采用格雷碼，0100和1100是相鄰碼，僅最高一位變了。

end4ASCII碼

ASCII碼是美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，它是用七位二進(jìn)制碼表示，其編碼見P15表1.5.3。它共有128個代碼，可以表示大、小寫英文字母、十進(jìn)制數(shù)、標(biāo)點(diǎn)符號、運(yùn)算符號、控制符號等，普遍用于計(jì)算機(jī)、鍵盤輸入指令和數(shù)據(jù)等。舉例

：將十進(jìn)制數(shù)83分別用8421碼、2421碼和余3碼表示。

解：由表可得

(83)D＝（10000011)8421

(83)D＝（11100011)2421

(83)D＝（10110110)余347教學(xué)基本要求:1、熟悉邏輯代數(shù)常用基本定律、恒等式和規(guī)則；2、掌握邏輯代數(shù)的變換與邏輯代數(shù)的卡諾圖化簡；第二章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)

邏輯代數(shù)——

研究邏輯電路的數(shù)學(xué)工具。

又稱布爾代數(shù)。

邏輯---指的是條件和結(jié)果的關(guān)系，電路的輸入信號即條件，輸出信號即結(jié)果。

邏輯1、邏輯0，此時的“1”和“0”，只表示兩個對立的邏輯狀態(tài)，而不表示數(shù)值的大小。

在邏輯代數(shù)中，有三種最基本的邏輯運(yùn)算：“與運(yùn)算”、“或運(yùn)算”、“非運(yùn)算”

1.真值表---描述邏輯關(guān)系的表格

2.邏輯表達(dá)式---輸入信號為自變量，輸出為函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)方式

3.邏輯符號---在畫電路時使用的符號這三種基本的邏輯運(yùn)算可用“真值表”、“邏輯表達(dá)式”和“邏輯符號”來描述除此之外，還可以用硬件描述語言（HDL)來表示邏輯運(yùn)算。－用開關(guān)串聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)圖1與邏輯運(yùn)算開關(guān)A、B控制燈泡L，只有當(dāng)A和B同時閉合時，燈泡才能點(diǎn)亮1.與運(yùn)算AB

燈不通不通通通不通通不通通不亮不亮不亮亮ABL&ABL=A·BABL000ABL001101010001=A·B定義：某事件有若干個條件，只有當(dāng)所有條件全部滿足時，這件事才發(fā)生。

－用開關(guān)并聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)只要開關(guān)A和B中有一個閉合，或兩個都閉合，燈泡就會亮。圖2或邏輯運(yùn)算定義：某事件有若干個條件，只要其中一個或一個以上的條件得到滿足，這件事就發(fā)生。

2.或運(yùn)算圖1.5.3非邏輯運(yùn)算

下圖表示一個簡單的非邏輯電路，當(dāng)繼電器通電，燈泡熄滅；繼電器不通電，燈泡點(diǎn)亮。定義：一某事件的產(chǎn)生取決于條件的否定，這種關(guān)系稱為非邏輯。

圖3非邏輯運(yùn)算3.非運(yùn)算圖4非邏輯門電路的符號

上述三種是最基本的邏輯運(yùn)算，經(jīng)過組合，可以構(gòu)成各種復(fù)雜的邏輯。非運(yùn)算的其它邏輯符號：4復(fù)合邏輯運(yùn)算與非邏輯運(yùn)算F1=AB或非邏輯運(yùn)算F2=A+B與或非邏輯運(yùn)算F3=AB+CD異或運(yùn)算ABF101101