1、第第1章章 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課課 程程 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介一一.課程特點(diǎn)課程特點(diǎn)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一樣，也是一門數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一樣，也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，它們有許多共同之處，也有著明顯的區(qū)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，它們有許多共同之處，也有著明顯的區(qū)別。由于通常總是把模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)安排在前面講授，所別。由于通常總是把模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)安排在前面講授，所以要特別注意數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)，以便能更好地以要特別注意數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)，以便能更好地學(xué)好本課程。學(xué)好本課程。 1 .數(shù)字電路中工作的數(shù)字電路中工作的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，這種信號(hào)在

2、時(shí)間上，這種信號(hào)在時(shí)間上和數(shù)值上都是離散的。在二進(jìn)制系統(tǒng)中，數(shù)碼只有和數(shù)值上都是離散的。在二進(jìn)制系統(tǒng)中，數(shù)碼只有1和和0兩種兩種可能，反映到電路上就是高電平和低電平。可能，反映到電路上就是高電平和低電平。 而在模擬電路而在模擬電路工作的信號(hào)是模擬信號(hào)，這種信號(hào)在時(shí)間上和數(shù)值上都是連工作的信號(hào)是模擬信號(hào)，這種信號(hào)在時(shí)間上和數(shù)值上都是連續(xù)變化的。續(xù)變化的。 2.數(shù)字電路中，在穩(wěn)態(tài)時(shí)三極管一般都數(shù)字電路中，在穩(wěn)態(tài)時(shí)三極管一般都工作在截止區(qū)或飽和工作在截止區(qū)或飽和區(qū)區(qū)，即工作在開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是一種過(guò)渡狀態(tài)。而在，即工作在開(kāi)、關(guān)狀態(tài)，放大區(qū)只是一種過(guò)渡狀態(tài)。而在模擬電路中，三極管通常都是工作在放大

3、區(qū)，即放大狀態(tài)。模擬電路中，三極管通常都是工作在放大區(qū)，即放大狀態(tài)。3.數(shù)字電路數(shù)字電路研究的主要問(wèn)題是研究的主要問(wèn)題是電路的輸入和輸出狀態(tài)之間的電路的輸入和輸出狀態(tài)之間的邏輯邏輯關(guān)系，關(guān)系，即電路的邏輯功能。即電路的邏輯功能。 而模擬電路研究的主要問(wèn)題是怎樣而模擬電路研究的主要問(wèn)題是怎樣不失真地放大模擬信號(hào)。不失真地放大模擬信號(hào)。 4.數(shù)字電路中，利用的數(shù)字電路中，利用的主要工具是邏輯代數(shù)主要工具是邏輯代數(shù)，描述電路邏輯功能，描述電路邏輯功能的主要方法是真值表、邏輯函數(shù)表達(dá)式、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖等。的主要方法是真值表、邏輯函數(shù)表達(dá)式、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖等。經(jīng)常遇到的問(wèn)題則是怎樣利用它們對(duì)已知

4、電路進(jìn)行經(jīng)常遇到的問(wèn)題則是怎樣利用它們對(duì)已知電路進(jìn)行邏輯分析邏輯分析，根，根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)。 而在模擬電路中，經(jīng)常利用圖解法而在模擬電路中，經(jīng)常利用圖解法和微變等效電路法等對(duì)電路進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的定量分析，以確定和微變等效電路法等對(duì)電路進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的定量分析，以確定放大倍數(shù)是多少、波形是否失真、怎樣改善電路的放大性能等問(wèn)放大倍數(shù)是多少、波形是否失真、怎樣改善電路的放大性能等問(wèn)題。題。 5.從電路結(jié)構(gòu)上看，模擬電路的主要單元電路是放大器。而數(shù)從電路結(jié)構(gòu)上看，模擬電路的主要單元電路是放大器。而數(shù)字電路的字電路的主要單元電路則是邏輯門和觸發(fā)器主要單元電路則是邏輯門和觸發(fā)

5、器。雖然適應(yīng)各種需要。雖然適應(yīng)各種需要的數(shù)字電路千變?nèi)f化，但是分析和設(shè)計(jì)的方法基本上是一樣的。的數(shù)字電路千變?nèi)f化，但是分析和設(shè)計(jì)的方法基本上是一樣的。只要我們對(duì)這些單元電路的組成、工作原理和性能掌握得比較好，只要我們對(duì)這些單元電路的組成、工作原理和性能掌握得比較好，而且又學(xué)會(huì)了邏輯分析和邏輯設(shè)計(jì)的基本方法，熟悉了若干典型而且又學(xué)會(huì)了邏輯分析和邏輯設(shè)計(jì)的基本方法，熟悉了若干典型電路，那就可以說(shuō)初步具備了分析和解決一般數(shù)字電路問(wèn)題的能電路，那就可以說(shuō)初步具備了分析和解決一般數(shù)字電路問(wèn)題的能力力 。 二二.基本要求基本要求1.熟悉二極管和三極管的開(kāi)關(guān)特性及數(shù)字電路的單元電路（與門、熟悉二極管和三極管

6、的開(kāi)關(guān)特性及數(shù)字電路的單元電路（與門、或門、非門、與非門、或非門、異或或門、非門、與非門、或非門、異或 門、與或非門，基本門、與或非門，基本RS觸發(fā)器、觸發(fā)器、維持阻塞維持阻塞D觸發(fā)器和主從觸發(fā)器和主從JK觸發(fā)器等）的組成、基本工作原理和性能。觸發(fā)器等）的組成、基本工作原理和性能。 2.熟練掌握邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算，基本公式和常用公式及邏輯函數(shù)的熟練掌握邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算，基本公式和常用公式及邏輯函數(shù)的四種表示方法四種表示方法真值表、函數(shù)表達(dá)式、卡諾圖和邏輯圖。學(xué)會(huì)運(yùn)用真值表、函數(shù)表達(dá)式、卡諾圖和邏輯圖。學(xué)會(huì)運(yùn)用公式化簡(jiǎn)法和圖形化簡(jiǎn)法化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)。公式化簡(jiǎn)法和圖形化簡(jiǎn)法化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)。 3.熟練掌

7、握組合電路和時(shí)序電路的基本分析方法。熟練掌握組合電路和時(shí)序電路的基本分析方法。 4.熟悉典型數(shù)字電路（編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、全加器、寄熟悉典型數(shù)字電路（編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、全加器、寄存器、異步計(jì)數(shù)器、同步計(jì)數(shù)器等）的結(jié)構(gòu)、基本工作原理和性能。存器、異步計(jì)數(shù)器、同步計(jì)數(shù)器等）的結(jié)構(gòu)、基本工作原理和性能。 5.熟悉用熟悉用555定時(shí)器組成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器定時(shí)器組成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器的典型電路和基本工作原理。的典型電路和基本工作原理。 三三.與其他課程的關(guān)系與其他課程的關(guān)系 先修課程：高等數(shù)學(xué)、電路分析基礎(chǔ)、普通物理、模擬電路等后續(xù)課程：信號(hào)與

8、系統(tǒng)、單片機(jī)原理、微機(jī)原理、數(shù)字信號(hào)處理等1.1 數(shù)字電路概述數(shù)字電路概述1.1.1 數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路模擬信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上不連續(xù)的（即離散的）信號(hào)。uu模擬信號(hào)波形數(shù)字信號(hào)波形tt對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱為模擬電路。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。1.1.2 數(shù)字電路的的特點(diǎn)與分類數(shù)字電路的的特點(diǎn)與分類（1）工作信號(hào)是二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，在時(shí)間上和數(shù)值上是離散的（不連續(xù)），反映在電路上就是低電平和高電平兩種狀態(tài)（即0和1兩個(gè)邏輯值）。（2）在數(shù)字電路中，研究的主要問(wèn)題是電路的邏輯功能，即輸入信號(hào)的狀態(tài)和輸

9、出信號(hào)的狀態(tài)之間的關(guān)系。（3）對(duì)組成數(shù)字電路的元器件的精度要求不高，只要在工作時(shí)能夠可靠地區(qū)分0和1兩種狀態(tài)即可。1、數(shù)字電路的特點(diǎn)、數(shù)字電路的特點(diǎn)2、數(shù)字電路的分類、數(shù)字電路的分類（2）按所用器件制作工藝的不同：數(shù)字電路可分為雙極型（TTL型）和單極型（MOS型）兩類。（3）按照電路的結(jié)構(gòu)和工作原理的不同：數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩類。組合邏輯電路沒(méi)有記憶功能，其輸出信號(hào)只與當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而與電路以前的狀態(tài)無(wú)關(guān)。時(shí)序邏輯電路具有記憶功能，其輸出信號(hào)不僅和當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而且與電路以前的狀態(tài)有關(guān)。（1）按集成度分類：數(shù)字電路可分為小規(guī)模（SSI，每片數(shù)十器件）、中規(guī)模

10、（MSI，每片數(shù)百器件）、大規(guī)模（LSI，每片數(shù)千器件）和超大規(guī)模（VLSI，每片器件數(shù)目大于1萬(wàn)）數(shù)字集成電路。集成電路從應(yīng)用的角度又可分為通用型和專用型兩大類型。本節(jié)小結(jié)數(shù)字信號(hào)的數(shù)值相對(duì)于時(shí)間的數(shù)字信號(hào)的數(shù)值相對(duì)于時(shí)間的變化過(guò)程是跳變的、間斷性的。對(duì)變化過(guò)程是跳變的、間斷性的。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。模擬信號(hào)通過(guò)模路稱為數(shù)字電路。模擬信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，即可用數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，即可用數(shù)字電路進(jìn)行傳輸、處理。字電路進(jìn)行傳輸、處理。1. 2 數(shù)制與編碼數(shù)制與編碼（1）進(jìn)位制：表示數(shù)時(shí)，僅用一位數(shù)碼往往不夠用，必須用進(jìn)位計(jì)

11、數(shù)的方法組成多位數(shù)碼。多位數(shù)碼每一位的構(gòu)成以及從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱進(jìn)位制。1.2.1 數(shù)制數(shù)制（2）基 數(shù)：進(jìn)位制的基數(shù)，就是在該進(jìn)位制中可能用到的數(shù)碼個(gè)數(shù)。（3） 位 權(quán)（位的權(quán)數(shù)）：在某一進(jìn)位制的數(shù)中，每一位的大小都對(duì)應(yīng)著該位上的數(shù)碼乘上一個(gè)固定的數(shù)，這個(gè)固定的數(shù)就是這一位的權(quán)數(shù)。權(quán)數(shù)是一個(gè)冪。數(shù)碼為：09；基數(shù)是10。運(yùn)算規(guī)律：逢十進(jìn)一，即：9110。十進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開(kāi)式：1、十進(jìn)制、十進(jìn)制103、102、101、100稱為十進(jìn)制的權(quán)。各數(shù)位的權(quán)是10的冪。同樣的數(shù)碼在不同的數(shù)位上代表的數(shù)值不同。任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以表示為各個(gè)數(shù)位上的數(shù)碼與其對(duì)應(yīng)的權(quán)的乘積之和，稱權(quán)

12、展開(kāi)式。即：(5555)105103 510251015100又如：(209.04)10 2102 0101910001014 1022、二進(jìn)制、二進(jìn)制數(shù)碼為：0、1；基數(shù)是2。運(yùn)算規(guī)律：逢二進(jìn)一，即：1110。二進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開(kāi)式：如：(101.01)2122021120021122(5.25)10加法規(guī)則：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法規(guī)則：0.0=0， 0.1=0 ，1.0=0，1.1=1運(yùn)算運(yùn)算規(guī)則規(guī)則各數(shù)位的權(quán)是的冪各數(shù)位的權(quán)是的冪二進(jìn)制數(shù)只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，它的每一位都可以用電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，且運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，相應(yīng)的運(yùn)算電路也容易實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼為：07；基數(shù)是8。運(yùn)算規(guī)

13、律：逢八進(jìn)一，即：7110。八進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開(kāi)式：如：(207.04)10282081780081482(135.0625)103、八進(jìn)制、八進(jìn)制4、十六進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)碼為：09、AF；基數(shù)是16。運(yùn)算規(guī)律：逢十六進(jìn)一，即：F110。十六進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開(kāi)式：如：(D8.A)1613161816010161(216.625)10各數(shù)位的權(quán)是各數(shù)位的權(quán)是8的冪的冪各數(shù)位的權(quán)是各數(shù)位的權(quán)是16的冪的冪結(jié)論結(jié)論一般地，N進(jìn)制需要用到N個(gè)數(shù)碼，基數(shù)是N；運(yùn)算規(guī)律為逢N進(jìn)一。如果一個(gè)N進(jìn)制數(shù)M包含位整數(shù)和位小數(shù)，即 (an-1 an-2 a1 a0 a1 a2 am)2則該數(shù)的權(quán)展開(kāi)式為：(M)2 an-1

14、Nn-1 an-2 Nn-2 a1N1 a0 N0a1 N-1a2 N-2 amN-m 由權(quán)展開(kāi)式很容易將一個(gè)N進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。幾幾種種進(jìn)進(jìn)制制數(shù)數(shù)之之間間的的對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)0123456789101112131415000000000100010000110010000101001100011101000010010101001011011000110101110011110123456710111213141516170123456789ABCDEF1.2.2 數(shù)制轉(zhuǎn)換數(shù)制轉(zhuǎn)換（1）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)：將二進(jìn)制數(shù)由小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始，整數(shù)部分向左，小數(shù)

15、部分向右，每3位分成一組，不夠3位補(bǔ)零，則每組二進(jìn)制數(shù)便是一位八進(jìn)制數(shù)。將N進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)，即可以轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。1、二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換1 1 0 1 0 1 0 . 0 10 00 (152.2)8（2）八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)：將每位八進(jìn)制數(shù)用3位二進(jìn)制數(shù)表示。= 011 111 100 . 010 110(374.26)82、二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換1 1 1 0 1 0 1 0 0 . 0 1 10 0 00 (1E8.6)16= 1010 1111 0100 . 0111 0110(AF4.76)16 二進(jìn)制

16、數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換，按照每4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)于一位十六進(jìn)制數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)采用的方法 基數(shù)連除、連乘法原理：將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 整數(shù)部分采用基數(shù)連除法，小數(shù)部分 采用基數(shù)連乘法。轉(zhuǎn)換后再合并。 2 44 余數(shù) 低位 2 22 0=K0 2 11 0=K1 2 5 1=K2 2 2 1=K3 2 1 0=K4 0 1=K5 高位 0.375 2 整數(shù) 高位 0.750 0=K1 0.750 2 1.500 1=K2 0.500 2 1.000 1=K3 低位整數(shù)部分采用基數(shù)連除法，先得到的余數(shù)為低位，后得到的余數(shù)為高位。小數(shù)部分采

17、用基數(shù)連乘法，先得到的整數(shù)為高位，后得到的整數(shù)為低位。所以：(44.375)10(101100.011)2采用基數(shù)連除、連乘法，可將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為任意的N進(jìn)制數(shù)。 用一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示十進(jìn)制數(shù)碼、字母、符號(hào)等信息稱為編碼。 用以表示十進(jìn)制數(shù)碼、字母、符號(hào)等信息的一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)稱為代碼。1.2.3 編碼編碼 數(shù)字系統(tǒng)只能識(shí)別0和1，怎樣才能表示更多的數(shù)碼、符號(hào)、字母呢？用編碼可以解決此問(wèn)題。 二-十進(jìn)制代碼：用4位二進(jìn)制數(shù)b3b2b1b0來(lái)表示十進(jìn)制數(shù)中的 0 9 十個(gè)數(shù)碼。簡(jiǎn)稱BCD碼。 2421碼的權(quán)值依次為2、4、2、1；余3碼由8421碼加0011得到；格雷碼是一種循環(huán)碼，其特

18、點(diǎn)是任何相鄰的兩個(gè)碼字，僅有一位代碼不同，其它位相同。 用四位自然二進(jìn)制碼中的前十個(gè)碼字來(lái)表示十進(jìn)制數(shù)碼，因各位的權(quán)值依次為8、4、2、1，故稱8421 BCD碼。常常用用B BC CD D碼碼十進(jìn)制數(shù) 8421碼 余3碼 格雷碼 2421碼5421碼012345678900000001001000110100010101100111100010010011010001010110011110001001101010111100000000010011001001100111010101001100110100000001001000110100101111001101111011110000000100100011010010001001101010111100權(quán)842124215421本節(jié)小結(jié)日常生活中使用十進(jìn)制，但在計(jì)算機(jī)中基日常生活中使用十進(jìn)制，但在計(jì)算機(jī)中基本上使用二進(jìn)制，有時(shí)也使用八進(jìn)制或十六進(jìn)本上使用二進(jìn)制，有時(shí)也使用八進(jìn)制或十六進(jìn)制。利用權(quán)展開(kāi)式可將任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。利用權(quán)展開(kāi)式可將任意進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為其它進(jìn)制數(shù)時(shí)，整數(shù)制數(shù)。將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為其它進(jìn)制數(shù)時(shí)，整數(shù)部分采用基數(shù)除法，小數(shù)部分采用基數(shù)乘法。部分采用基數(shù)除法，小數(shù)部分采用