最新数字电子技术教案Word下载.docx
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一、各种数制转换成十进制
二、十进制转换为二进制
三、二进制与八进制、十六进制间相互转换
1.2.3二进制代码
一、二-十进制代码
8421码、5421码和余3码
二、可靠性代码
1．格雷码
2．奇偶校验码
作业：
P421.2.3.4
1.1预备知识
电信号—随时间变化的电流或电压。
1、数字信号与模似信号
模拟信号—幅度随时间连续变化
数字信号—断续变化（离散变化），时间上离散幅值上整量化，多采用0、1二种数值组成又称二进制信号。
举例P1图1.1.1。
2、模拟电路与数字电路
模拟电路—传输或处理模拟信号的电路，如：
电压、功率放大等；
数字电路—处理、传输、存储、控制、加工、算运算、逻辑运算、数字信号的电路。
如测电机转速：
电机-光电转换-整形-门控-计数器-译码器-显示
时基电路
微电子技术的迅猛发展导致了数字电路的飞速发展。
1、按电路类型分类
（1）组合逻辑电路输出只与当时的输入有关，如：
编码器、加减法器、比较器、数据选择器。
（2）时序逻辑电路输出不仅与当时的输入有关，还与电路原来的状态有关。
如：
触发器、计数器、寄存器
SSI→MSI→LIS→VLSI
表1.1.1数字集成电路分类
3、按半导体的导电类型分类
（1）双极型电路
（2）单极型电路
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。
1.1.4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。
1.2.1数制
1、表示法
与同学讨论二、八、十六进制的表示方法及特点
1．八进制
逢八进一；
系数0～7；
基数8；
权8n。
2．十六进制
逢十六进一；
系数：
0～9、A、B、C、D、E、F；
基数16；
权16n。
表1.2.1十进制、二进制、八进制、十六进制对照表
1.2.2不同数制间的转换
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：
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
1．二进制和八进制间的相互转换
（1）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
（2）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
（1）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
（2）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
讨论：
码的作用；
BCD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。
表1.2.3格雷码与二进制码关系对照表
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
小结：
板书计划：
一、绪论
二、数制
三、数制之间的转换
四、码制
第1章逻辑代数基础
1.1逻辑函数及其表示方法
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。
三种基本逻辑运算和几种导出逻辑运算；
真值表、逻辑式、逻辑图之间的相互转换。
将真值表转换为逻辑式。
教具：
课堂讨论：
讨论简单逻辑运算的逻辑口诀；
分析逻辑式与逻辑图之间的相互转换以及如何由逻辑式或逻辑图列真值表。
现代教学方法与手段：
数字电路网络课程数字电路网络课程
与、或、非逻辑的运算口诀、逻辑符号。
第2章逻辑代数基础
2.1概述
2.2逻辑函数及其表示法
2.2.1基本逻辑函数及运算
一、与逻辑
二、或逻辑
三、逻辑非
2.2.2几种导出的逻辑运算
一、与非运算、或非运算、与或非运算
二、异或运算和同或运算
2.2.3逻辑函数及其表示法
一、逻辑函数的建立
二、逻辑函数的表示方法
1．真值表
2．逻辑函数式
3．逻辑图
7
布尔：
英国数学家，1941年提出变量“0”和“1”代表不同状态。
本章主要介绍逻辑代数的基本运算、基本定律和基本运算规则，然后介绍逻辑函数的表示方法及逻辑函数的代数化简法和卡诺图化简法。
逻辑代数有其自身独立的规律和运算法则，而不同于普通代数。
1、与运算———所有条例都具备事件才发生
开关：
“1”闭合，“0”断开
灯：
“1”亮，“0”灭
真值表：
把输入所有可能的组合与输出取值对应列成表。
逻辑表达式：
L=K1*K2（逻辑乘）
逻辑符号：
原有符号：
逻辑功能口决：
有“0”出“0”，全“1”出“1”。
2、或运算———至少有一个条件具备，事件就会发生。
L=K1+K2（逻辑加）
有“1”出“1”全“0”出“0”
3、非运算：
—结果与条件相反
逻辑表达式：
相同为“1”，不同为“0”
举例子说明建立（抽象）逻辑函数的方法，加深对逻辑函数概念的理解。
例2.2.1两个单刀双掷开关A和B分别安装在楼上和楼下。
上楼之前，在楼下开灯，上楼后关灯；
反之下楼之前，在楼上开灯，下楼后关灯。
试建立其逻辑式。
表2.2.6［例2.2.1］真值表
例2.2.2比较A、B两个数的大小
逻辑函数的真值表具有唯一性。
逻辑函数有n个变量时，共有个不同的变量取值组合。
在列真值表时，变量取值的组合一般按n位二进制数递增的方式列出。
用真值表表示逻辑函数的优点是直观、明了，可直接看出逻辑函数值和变量取值之间的关系。
写标准与-或逻辑式的方法是：
（l）把任意一组变量取值中的1代以原变量，0代以反变量，由此得到一组变量的与组合，如A、B、C三个变量的取值为110时，则代换后得到的变量与组合为AB。
（2）把逻辑函数值为1所对应的各变量的与组合相加，便得到标准的与-或逻辑式。
3．逻辑图
逻辑图是用基本逻辑门和复合逻辑门的逻辑符号组成的对应于某一逻辑功能的电路图。
例2.2.3已知真值表，试写出逻辑式并画出逻辑图。
P198
：
1.1逻辑代数的基本定律和规则
理解并掌握逻辑代数的基本公式、基本定律和三个重要规则。
基本公式和基本定律；
三个重要规则。
吸收律和摩根定律；
代入规则。
吸收律和摩根定律的证明；
三个重要规则的验证。
与、或、非；
与非、或非、同或、异或逻辑的运算口诀、逻辑符号。
提纲
2.3逻辑代数的基本定律和规则
2.3.1逻辑代数的基本公式
一、逻辑常量运算公式
二、逻辑变量、常量运算公式
2.3.2 逻辑代数的基本定律
一、与普通代数相似的定律
二、吸收律
三、摩根定律
2.3.3逻辑代数的三个重要规则
一、代入规则
二、反演规则
三、对偶规则
10
表2.3.1逻辑常量运算公式
变量A的取值只能为0或为1，分别代入验证。
2.3.2逻辑代数的基本定律
逻辑代数的基本定律是分析、设计逻辑电路，化简和变换逻辑函数式的重要工具。
第④式的推广：
（2.3.1）
由表2.3.4可知，利用吸收律化简逻辑函数时，某些项或因子在化简中被吸收掉，使逻辑函数式变得更简单。
对于任一个含有变量A的逻辑等式，可以将等式两边的所有变量A用同一个逻辑函数替代，替代后等式仍然成立。
这个规则称为代入规则。
代入规则的正确性是由逻辑变量和逻辑函数值的二值性保证的。
若两函数相等，其对偶式也相等。
（可用于变换推导公式）。
1.2.2逻辑涵数的公式化简法
理解化简的意义和标准；
掌握代数化简的几种基本方法并能熟练运用。
5种常见的逻辑式；
用并项法、吸收法、消去法、配项法对逻辑函数进行化简。
运用代数化简法对逻辑函数进行化简。
逻辑代数的基本公式、基本定律和三个重要规则。
1.2.3化简的意义与标准
一、化简逻辑函数的意义
二、逻辑函数式的几种常见形式和变换
三、逻辑函数的最简与-或式
2.4.2逻辑函数的代数化简法
一、并项法
二、吸收法
三、消去法
四、配项法
2.4.3代数化简法举例
P352.1
2.4逻辑涵数的公式化简法
2.4.1化简的意义与标准
根据逻辑问题归纳出来的逻辑函数式往往不是最简逻辑函数式，对逻辑函数进行化简和变换，可以得到最简的逻辑函数式和所需要的形式，设计出最简洁的逻辑电路。
这对于节省元器件，优化生产工艺，降低成本和提高系统的可靠性，提高产品在市场的竞争力是非常重要的。
常见的逻辑式主要有5种形式，如逻辑式
可表示为
三、逻辑函数的最简与-或式
对与或式而言：
最简：
在实际化简逻辑函数时，需要灵活运用上述几种方法，才能得到最简与-或式.
1.2.3逻辑涵数的卡诺图化简法
掌握最小项的卡诺图表示；
熟练运用卡诺图化简逻辑函数。
用卡诺图表示逻辑函数；
用卡诺图化简逻辑函数；
具有无关项的逻辑函数的化简。
用卡诺图化简逻辑函数以及具有无关项的逻辑函数的化简。
逻辑函数的几种表示方法的相互转换。
1.2.3逻辑函数的卡诺图化简法
1.2.3最小项与卡诺图
一、最小项的定义和性质
1．最小项的定义
2．最小项的基本性质
二、表示最小项的卡诺图
1．相邻最小项
2．最小项的卡诺图表示
2.5.2用卡诺图表示逻辑函数
一、逻辑函数的标准与-或式
二、用卡诺图表示逻辑函数
1．已知逻辑函数式为标准与-或式，画逻辑函数卡诺图。
2．已知逻辑函数真值表，画逻辑函数卡诺图
3．逻辑函数为一般表达式时，画逻辑函数卡诺图。
2.5.3用卡诺图化简逻辑函数
2.5.4具有无关项的逻辑函数的化简
一、逻辑函数中的无关项
二、利用无关项化简逻辑函数
2.5逻辑函数的卡诺图化简法
2.5.1最小项与卡诺图
特点：
每项都有n个变量
每个乘积它中每个变量出现且仅出项1次
a．只有一组取值使之为“1”
b．任二最小项乘积与“0”
c．所的最小项之和为“1”
逻辑相邻项——只有一个变量取值不同其余变量均相同的最小项
两个相邻最小项可以相加合并为一项，同时消去互反变量，合并结果为相同变量。
对于五变量及以上的卡诺图，由于很复杂，在逻辑函数的化简中很少使用。
如一个或逻辑式中的每一个与项都是最小项，则该逻辑式叫做标准与-或式，又称为最小项表达式，并且标准与-或式是唯一的。
1．最小项表达式卡诺图
例2.5.2试画出例2.5.1中的标准与-或式的卡诺图。
（1）画出4变量最小项卡诺图，如图2.5.4所示。
2．真值表卡诺图
逻辑函数真值表和逻辑函数的标准与-或式是—一对应的关系，所以可以直接根据真值表填卡诺图。
3．一般表达式样卡诺图
（1）、化为最小项表达式
（2）、把卡诺图中含有某个与项各变量的方格均填入1，直到填完逻辑式的全部与项。
2.5.3用卡诺图化简逻辑函数
步骤：
①画卡诺图②正确圈组③写最简与或表达式
用“×
”（或“d”）表示
利用无关项化简原则：
①、无关项即可看作“1”也可看作“0”。
②、卡诺图中，圈组内的“×
”视为“1”，圈组外的视为“0”。
例2.5.6为8421BCD码，当其代表的十进制数≥5时，输出为“1”，求Y的最简表达式。
（用于间断输入是否大于5）
先列真值表，再画卡诺图
第2章逻辑门电路
2.1分立元件门电路
熟悉二、三极管的开关特性，掌握三极管导通、截止条件；
了解分立元件与门、或门、非门及与非门、或非门的工作原理和逻辑功能。
二、三极管的开关特性和开关等效电路。
分立元件门电路的工作原理。
与、或、非及与非、或非逻辑的运算口诀、逻辑符号。
分立元件门电路
2.1.2二极管的开关特性
一、静态开关特性及开关等效电路
二、动态开关特性
2.1.3三极管的开关特性
二、动态开关特性
2.2二极管门电路
一、二极管与门电路
二、二极管或门电路
组合逻辑门电路
一、与非门电路
二、或非门电路
门电路——用以实现各种基本逻辑关系的电子电路
正逻辑——用1表示高电平、用0表示低电平的情况；
负逻辑——用0表示高电平、用1表示低电子的情况。
二、动态开关特性（PowerPoint）
在高速开关电路中，需要了解二极管导通与截止间的快速转换过程。
当输入电压UI由正值UF跃变为负值UR的瞬间，VD并不能立刻截止，而是在外加反向电压UR作用下，产生了很大的反向电流IR，这时iD＝IR≈-UR／R，经一段时间trr后二极管VD才进人截止状态，如图3.2.3（c）所示。
通常将trr称作反向恢复时间。
产生trr的主要原因是由于二极管在正向导通时，P区的多数载流子空穴大量流入N区，N区的多数载流子电子大量流入P区，在P区和N区中分别存储了大量的电子和空穴，统称为存储电荷。
当UI由UF跃变为负值UR时，上述存储电荷不会立刻消失，在反向电压的作用下形成了较大的反向电流IR，随着存储电荷的不断消散，反向电流也随之减少，最终二极管VD转为截止。
当二极管VD由截止转为导通时，在P区和N区中积累电荷所需的时间远比trr小得多，故可以忽略。
3.2.2三极管的开关特性
3.2.3二极管门电路
表3.2.3或门输入和输出的逻辑电平
表3.2.4或门的真值表
表3.2.5非门的真值表
列出其真值表
作业：
课时授课计划-7
课号：
2.4TTL集成逻辑门电路
TTL集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性。
熟悉TTL集成逻辑门电路的结构、工作原理和外部特性。
；
工作原理
PowerPoint
授课班次：
课时分配：
提纲
2.4TTL集成逻辑门电路
2.4.1TTL与非门
一、TTL与非门的工作原理
1．电路结构
2．工作原理
二、工作速度
1．采用抗饱和三极管
2．采用有源泄放电路
三、电压传输特性和噪声容限
1．电压传输特性
2．关门电平、开门电平和阈值电压
3．噪声容限
四、输入负载特性
五、输出负载特性
1．输出低电平负载特性
2．输出高电平负载特性
六、传输延迟时间
低功耗肖特基系列
内部电路只需了解原理，外部特性要掌握。
一、TTL与非门的工作原理利用PowerPoint
①输入有低电平0.3V：
K点电位为1VV1导通V2V5截止，V3V4导通。
（F为3.6V高电平。
）
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