数字电子技术讲解.docx

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数字电子技术讲解

第1章绪论

1.1概述

学习目标：

了解数字电路的特点、应用概况；熟悉逻辑电平、数字信号的概念；了解数字电路的优点；了解脉冲波形的主要参数。

教学重点：

区分数字信号和模拟信号的区别

课时分配：

2学时

教学过程：

1.1.1数字信号和数字电路

信号分为两类：

模拟信号、数字信号

模拟信号：

指在时间上和数值上都是连续变化的信号。

如电视图像和伴音信号。

数字信号：

指在时间上和数值上都是断续变化的离散信号。

如生产中自动记录零件个数的计数信号。

模拟电路：

对模拟信号进行传输和处理的电路

数字电路：

对数字信号进行传输和处理的电路

1.1.2数字电路的分类

（1）按集成度分类：

数字电路可分为小规模（SSI，每片数十器件）、中规模（MSI，每片数百器件）、大规模（LSI，每片数千器件）和超大规模（VLSI，每片器件数目大于1万）数字集成电路。

集成电路从应用的角度又可分为通用型和专用型两大类型。

（2）按所用器件制作工艺的不同：

数字电路可分为双极型（TTL型）和单极型（MOS型）两类。

（3）按照电路的结构和工作原理的不同：

数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。

组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。

时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。

数字电路的产生和发展是电子技术发展最重要的基础。

由于数字电路相对于模拟电路有一系列的优点，使它在通信、电子计算机、电视雷达、自动控制、电子测量仪器等科学领域得到广泛的应用，对现代科学、工业、农业、医学、社会和人类的文明产生着越来越深刻地影响。

1.1.3数字电路的优点和特点

特点：

（1）工作信号是二进制的数字信号，在时间上和数值上是离散的（不连续），反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即0和1两个逻辑值）。

（2）在数字电路中，研究的主要问题是电路的逻辑功能，即输入信号的状态（0和1）和输出信号的状态（0和1）之间的关系。

对于电路本身有分析电路和设计电路两部分。

（3）对组成数字电路的元器件的精度要求不高，只要在工作时能够可靠地区分0和1两种状态即可。

（4）数字电路的分析方法主要用逻辑代数和卡诺图法等进行分析。

（5）数字电路能够对数字信号0和1进行各种逻辑运算和算术运算。

优点：

（1）易集成化。

两个状态“0”和“1”，对元件精度要求低。

（2）抗干扰能力强，可靠性高。

信号易辨别不易受噪声干扰。

（3）便于长期存贮。

软盘、硬盘、光盘。

（4）通用性强，成本低，系列多。

（国际标准）TTL系例数字电路、门阵列、可编程逻辑器件。

（5）保密性好。

容易进行加密处理。

知识拓展脉冲波形的主要参数

在数字电路中，加工和处理的都是脉冲波形，而应用最多的是矩形脉冲。

图1.1.2脉冲波形的参数

（1）脉冲幅度。

脉冲电压波形变化的最大值，单位为伏（V）。

（2）脉冲上升时间。

脉冲波形从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。

（3）脉冲下降时间。

脉冲波形从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。

脉冲上升时间tr和下降时间tf越短，越接近于理想的短形脉冲。

单位为秒（s）、毫秒（ms）、微秒（us）、纳秒（ns）。

（4）脉冲宽度。

脉冲上升沿0.5Um到下降沿0.5Um所需的时间，单位和tr、tf相同

（5）脉冲周期T。

在周期性脉冲中，相邻两个脉冲波形重复出现所需的时间，单位和tr、tf相同。

（6）脉冲频率f：

每秒时间内，脉冲出现的次数。

单位为赫兹（Hz）、千赫兹（kHz）、兆赫兹（MHz），f＝1∕T。

（7）占空比q：

脉冲宽度与脉冲重复周期T的比值。

q＝∕T。

它是描述脉冲波形疏密的参数。

（8）

本节小结：

数字信号的数值相对于时间的变化过程是跳变的、间断性的。

对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。

模拟信号通过模数转换后变成数字信号，即可用数字电路进行传输、处理。

习题：

P3思考题4

1.2数制和码制

教学目标：

理解进制的概念，二进制的表示方法。

掌握二进制数、十进制数、八进制、十六进制数之间的相互转换方法。

理解BCD码的含义，理解8421BCD码，了解其他常用BCD码。

教学重点：

掌握二进制数、十进制数、八进制数、十六进制数之间相互转换方法。

教学难点：

掌握二进制数、十进制数、八进制数、十六进制数之间相互转换方法。

课时分配：

4学时

教学过程：

1.2数制和码制

1.2.1数制

所谓数制就是计数的方法。

在生产实践中，人们经常采用位置计数法，即将表示数字的数码从左至右排列起来。

常见的有十进制、二进制、十六进制。

1．进位制：

表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。

多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。

2．基数：

进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。

3．位权（位的权数）：

在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。

权数是一个幂。

（1）十进制

十进制数是日常生活中使用最广的计数制。

组成十进制数的符号有0，1，2，3，4，5，6，7，8，9等共十个符号，我们称这些符号为数码。

在十进制中，每一位有0～9共十个数码，所以计数的基数为10。

超过9就必须用多位数来表示。

十进制数的运算遵循加法时：

“逢十进一”，减法时：

“借一当十”。

十进制数中，数码的位置不同，所表示的值就不相同。

如：

5555表示5*1000+5*100+5*10+5

也可表示成5*103+5*102+5*101+5*100

同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。

103、102、101、100称为十进制的权。

各数位的权是10的幂。

任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和，称权展开式。

如：

（209.04）10＝2×102＋0×101＋9×100＋0×10－1＋4×10－2

对于位一十进制数可表示为：

式中：

为0～9中的位一数码；10为进制的基数；10的i次为第i位的权；m,n为正整数，n为整数部分的位数，m为小数部分的位数。

（2）二进制

二进制的数码K为0、1，基数R=2。

进/借位的规则为逢2进1，借1当2，

位权为2的整数幂。

其计算公式为：

如：

（101.01）2＝1×22＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2＝（5.25）10

由于二进制数只有0和1两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。

加法和乘法的运算规则

加法

乘法

0+0=0

0×0=0

0+1=1

0×1=0

0+1=1

1×0=0

（3）十六进制（HexadecimalNumber）

二进制数在计算机系统中处理很方便，但当位数较多时，比较难记忆，而且书写容易出错，为了减小位数，通常将二进制数用十六进制表示。

十六进制是计算机系统中除二进制数之外使用较多的进制，其遵循的两个规则为：

　　其有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E，F等共十六个数码，其分别对应于十进制数的0～15进制之间的相互转换。

运算规则：

逢16进1。

位权为16的整数幂。

其计算公式为：

如：

（D8.A）2＝13×161＋8×160＋10×16－1＝（216.625）10

二进制数和十六进制数广泛用于计算机内部的运算及表示，但人们通常是与十进制数打交道，这样在计算机的输入端就必须将十进制数转换为二进制数或十六进制数让计算机进行处理，处理的结果计算机必须将二进制数或十六进制数转换为十进制数，否则人们只能看天书了。

数制的转换可分为两类：

十进制数与非十进数之间的相互转换；非十进制数之间的相互转换。

1.2.2不同数制间的转换

（1）各种数制转换成十进制

二进制、八进制、十六进制转换成十进制时，只要将它们按权展开，求出各加权系数的和，便得到相应进制数对应的十进制数。

例：

（2）十进制转换为二进制

将十进制数的整数部分转换为二进制数采用“除2取余法”；

将十进制小数部分转换为二进制数采用“乘2取整法”。

例1.1.1将十进制数（107.625）10转换成二进制数。

将十进制数的整数部分转换为二进制数采用“除2取余法”，它是将整数部分逐次被2除，依次记下余数，直到商为0。

第一个余数为二进制数的最低位，最后一个余数为最高位。

解：

①整数部分转换

所以，

②小数部分转换

将十进制小数部分转换为二进制数采用“乘2取整法”，它是将小数部分连续乘以2，取乘数的整数部分作为二进制数的小数。

由此可得十进制数（107.625）10对应的二进制数为

（107.625）10＝（1101011.101）2

（3）二进制与八进制、十六进制间相互转换

1）二进制和八进制间的相互转换二进制数转换成八进制数。

二进制数转换为八进制数的方法是：

整数部分从低位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在高位加0补足三位为止；小数点后的二进制数则从高位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在低位加0补足三位，然后用对应的八进制数来代替，再按顺序排列写出对应的八进制数。

例1.1.2将二进制数（11100101.11101011）2转换成八进制数。

（11100101.11101011）2＝（345.726）8

八进制数转换成二进制数。

将每位八进制数用三位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来，便得到了相应的二进制数。

例1.1.3将八进制数（745.361）8转换成二进制数。

（745.361）8＝（111100101.011110001）2

2）二进制和十六进制间的相互转换

二进制数转换成十六进制数。

二进制数转换为十六进制数的方法是：

整数部分从低位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，则在高位加0补足四位为止；小数部分从高位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，在低位加0补足四位，然后用对应的十六进制数来代替，再按顺序写出对应的十六进制数。

例1.1.4将二进制数（10011111011.111011）2转换成十六进制数。

（10011111011.111011）2＝（4FB.EC）16

十六进制数转换成二进制数。

将每位十六进制数用四位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来便得到了相应的二进制数。

例1.1.5将十六进制数（3BE5.97D）16转换成二进制数。

（3BE5.97D）16＝（11101111100101.100101111101）2

1.2.3二进制代码

一、二-十进制代码

将十进制数的0～9十个数字用二进制数表示的代码，称为二-十进制码，又称BCD码。

表1.2.2常用二-十进制代码表（重点讲解8421码、5421码和余3码）

注意：

含权码的意义。

二、可靠性代码

1．格雷码

表1.2.3格雷码与二进制码关系对照表

2．奇偶校验码

为了能发现和校正错误，提高设备的抗干扰能力，就需采用可靠性代码，而奇偶校验码就具有校验这种差错的能力，它由两部分组成。

表1.2.48421奇偶校验码

作业：

P9题1.1题1.5

第2章逻辑代数基础

2.1概述2.2逻辑函数及其表示法

学习目标：

熟练掌握基本逻辑运算和几种常用复合导出逻辑运算；

熟练运用真值表、逻辑式、逻辑图来表示逻辑函数。

教学重点：

三种基本逻辑运算和几种导出逻辑运算；

教学难点：

三种基本逻辑运算和几种导出逻辑运算；

课时分配：

4学时

教学过程：

2.1概述

布尔：

英国数