数 字 电 子 技 术

1. 数 字 电 子 技 术

2. 前 言 1.课程特点：数字电路是一门技术基础课程，它是学习微机原理、接口技术等计算机专业课程的基础。既有丰富的理论体系，又有很强的实践性。 2.数字电路内容：（1）基础；（2）组合逻辑电路；（3）时序逻辑电路；（4）其它电路。 3.学习重点：（1）在具体的数字电路与分析和设计方法之间，以分析和设计方法为主；（2）在具体的设计步骤与所依据的概念和原理之间，以概念和原理为主；（3）在集成电路的内部原理与外部特性之间，以外部特性为主。

3. 教材信息 教材：阎石《数字电子技术基础》（第四、五版） 参考书：康华光《电子技术基础》（数字部分） J.M.Yarbrough著，李书浩等译，《数字逻辑应用与设计》（第一版） 实验地点 硬件实验：H301 EDA实验：H505 另：习题册、实验指导书、实验报告纸等 H505

4. 绪 论 • 数字系统基本概念 • 数制及数制转换 • BCD码 • 余3码（偏权码） • 无权码——格雷码（循环码，反射码) • 数符及字符编码

5. 绪 论 1秒 数字电路 何为数字电路？ ⑥ 显示 译码 ⑤ ① ② ④ 光电转换 整型放大 门 计数器 ③ 秒脉冲发生器 ① ② ③ ④ ⑤ 0100 ⑥

6. 1 1 1 1 0 0 0 0 一、几个重要概念: 模拟电路——处理模拟信号的电路 数字电路——处理数字信号的电路 模拟信号——数值的变化在时间上是连续的,如语音信号 数字信号—— 数值的变化在时间上是不连续的，离散的

7. 与模拟电路学习的区别： 研究模拟信号时，我们注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系。相应的电子电路就是模拟电路，包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。 研究数字电路时注重电路输出、输入间的逻辑关系，因此不能采用模拟电路的分析方法。主要的分析工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式或波形图表示。 在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态；在数字电路中，三极管工作在开关状态下，即工作在饱和状态或截止状态。

8. 数字电路中，数字信号常用波形表示叫脉冲波形。数字电路中，数字信号常用波形表示叫脉冲波形。

9. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 • 二 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 二、数字电路的特点 • 使用二进制。 • 数字电路中，基本工作信号是二进制的数字信号0和1，反映在电路上就是低电平和高电平两种状态

10. 0 + 0 0 1 + 0 1 0 + 1 1 1 + 1 1 0 0 – 0 0 1 – 0 1 0 – 1 1 1 – 1 0 为何使用二进制？ 1. 实现容易 2. 计算简单

11. 由于使用二进制给数字电路带来优点： • 电路简单 • 对电器元件要求不高 • 可靠稳定 • 精确 • 存储 • 计算机处理

12. 2. 数字电路分析方法 模拟电路——等效电路法 数字电路——逻辑分析法 逻辑代数、数学工具 数字电路研究的是信号有无（有1，无0）以及输入输出与各单元之间的逻辑关系

13. 3. 数字电路功能 • 对数字信号进行运算：＋ － × ÷ • 进行逻辑推理判断： 举重比赛评判电路、自动售饮料机电路、时序锁设计……. 因为具有这两个功能，所以数字电路应用相当广泛

14. 0110100100101001 1100100100101100 1110101100101001 三、数字电路的应用 数字通讯——利用0和1编成各种代码，分别代表不同的含义，用以实现信息传送

15. 数字控制——利用数字电路逻辑功能，设计出各种控制装置，实现对生产过程等的自动控制数字控制——利用数字电路逻辑功能，设计出各种控制装置，实现对生产过程等的自动控制

16. 数字测量——显示十进制数、对测量结果进行分析处理数字测量——显示十进制数、对测量结果进行分析处理

17. 计算机技术渗透到国民经济、人民生活的一切领域，可以说与“数字”相关的事物代表着现代和先进……计算机技术渗透到国民经济、人民生活的一切领域，可以说与“数字”相关的事物代表着现代和先进…… • 数字电视 • 数字图书馆 • 数字化部队 • …….

18. 课程目标 • 课程结束应具备以下能力 • 具有查阅手册合理选用中、小规模数字集成电路组件的能力。 • 具有用逻辑思维方法分析常用数字电路逻辑功能的能力。 • 初步具备设计数字电路的能力。

19. (245.25)10 = 2×102 + 4×101+ 5×100 + 2×10-1 + 5×10-2 数 制(自学内容) 1）、十进制数 • 数码： 有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9共十个数码 • 数码的位置规定了数码的等级“权/数位”：10i • 计数规律：逢十进一、借一当十、 • 高数位的1相当于低数位的10 • 计数体制：以10为基数

20. 2）、二进制数 • 数码： 有 0, 1 共2个数码 • 计数规律：逢二进一、借一当二、 • 1＋1＝10 • 计数体制：以2为基数 例如 (1001.1)B =1×23+0×22+0×21+1×20+1×2-1 = (9. 5)D

21. 4）、八进制数 • 数码： 有 0, 1，2，3，4，5，6，7共8个数码 • 计数规律：逢八进一、借一当八、 • 7＋1＝10 • 计数体制：以8为基数 例如 (123)O =1×82+2×81+3×80 = (83)D

22. 3）、十六进制数 • 数码： 有 0 , 1，2，3，4，5，6，7，8，9， • A,B,C,D,E,F共16个数码 • 计数规律：逢16进一、借一当16、 • F＋1＝10 • 计数体制：以16为基数 例如 (4E6)H =4×162+E×161+6×160 = (1250)D

23. 计数制转换 ：十进制 二进制 十进制转换到二进制: 低位 2 215 整数部分和小数部分分别转换 2 107 1 d0 2 53 1 d1 2 26 1 d2 整数部分采用 基值重复相除 取余数法 小数部分采用 基值重复相乘 取整数法 2 13 0 d3 2 6 1 d4 2 3 0 d5 2 1 1 d6 215D=11010111B 0 1 d7 高位

24. 0. 50 × 2 1. 00 例 (0.6875)D=?B 整数 0.6875 × 2 1 1. 3750 转换结果为：0.675D =0.1011B 0.375 × 2 0 0. 750 0.75 × 2 1 1. 50 1

25. 计数制转换 : 二进制 十六进制 最后一组 不足用0补！ ① 二进制到十六进制： 将二进制整数 从右向左 每隔4 位分为一组 将每组按二进 制数向十进制 数转换的方法 进行转换 整数 将二进制小数 从左向右 每隔4位分为一组 将每组按二进 制数向十进制 数转换的方法 进行转换 小数

26. 例：(10110101)B= ？H 1011 0101 B 5 例：(0.1011)B=？H 0.1011 0. B

27. ② 十六进制到二进制： 将每位十六进制数转换为4位二进制数 例：0.B H= ?B 0.1011 0. B

28. 计数制转换 ：二进制八进制 最后一组 不足用0补！ ① 二进制到八进制： 将二进制整数 从右向左 每隔3位分为一组 将每组按二进 制数向十进制 数转换的方法 进行转换 整数 将二进制小数 从左向右 每隔3位分为一组 将每组按二进 制数向十进制 数转换的方法 进行转换 小数

29. 例：(10110101)B= ？O 010 110 101 2 6 5 最后一组 不足用0补！ 例：(0.1011)B=？O 0. 101 100 0. 5 4

30. ② 八进制到二进制： 将每位八进制数转换为 3位二进制数 例：(0.54)O= ?B 0. 101 100 0. 5 4

31. 计数制转换 ：任意数制之间的转换 （除2、8、10、16 进制以外的其它数制之间的转换。） 最好采用间接转换法，将原进制数转换为十进制数，再将十进制数转换为目的进制数 例1：将三进制数 (121)3转换为五进制数。 第一步将三进制数转换为十进制数: (121)3 = 1×32 + 2×31 + 1×30 = (16)10按十进制数的权展开，相加。 第二步再将十进制数转换为五进制数。 (16)10 = (31)5 除 5取其余数。

32. 结论： • 不同数制的“数”可以等效转换，二、八、十六进制数之间的转换非常容易。 • 表示同一含义时，数制愈大，所需位数愈少，用二进制数表示时，位数最长。 (F) 16 = (15) 10 = (17) 8 = (120) 3 = (1111) 2

33. 编 码 编码——赋予二进制代码特定含义的过程 如：BCD码——用4位二进制数表示1位十进制数的编码 有权BCD码 余3码（偏权码） 无权码——格雷码（循环码，反射码) 字符和数符编码

34. 1.有权BCD码 十进制数 8421 2421 4221 5421 0 0000 0000 0000 0000 1 0001 0001 0001 0001 2 0010 0010（1000） 0010（0100）0010 3 0011 0011（1001） 0011（0101）0011 4 0100 0100（1010） 1000（0110）0100 5 0101 1011（0101） 0111（1001）1000（0101） 6 0110 1100（0110） 1100（1010）1001（0110） 7 0111 1101（0111） 1101（1011）1010（0111） 8 1000 1110 1110 1011 9 1001 1111 1111 1100

35. 十进制数 8421 余3码 0 0000 0011 1 0001 0100 2 0010 0101 3 0011 0110 4 0100 0111 5 0101 1000 6 0110 1001 7 0111 1010 8 1000 1011 9 1001 1100 0+3 2.余3码（偏权码）

36. 十进制数 二进制 格雷码 BCD格雷码 余3格雷码 0 0000 0000 0000 0010 1 0001 0001 0001 0110 2 0010 0011 0011 0111 3 0011 0010 0010 0101 4 0100 0110 0110 0100 5 0101 0111 0111 1100 6 0110 0101 0101 1101 7 0111 0100 0100 1111 8 1000 1100 1100 1110 9 1001 1101 1101 1010 10 1010 1111 3.无权码——格雷码（循环码，反射码) 任何两位相邻编码只有1位码元不同

37. 图形表示——蛇形（顺时针） 0 1 2位格雷码： 00、01、11、10 0 1 00 01 11 10 3位格雷码： 000、001、011、010 、110、111、101、100 0 1

38. 00 01 11 10 00 01 11 10 4位格雷码： 0000、0001、0011、0010 、0110、0111、0101、0100、1100、1101、1111、1110、1010、1011、1001、1000

39. 无权码优点——可靠性编码 例： 使十进制数3变为4 格雷码 8421码 3 0011 0010 0100 0110 4 码元变化3 码元变化1 广泛用于输入、输出场合

40. 数符a b c d e f g 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 1 1 0 1 1 0 1 3 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 1 0 0 1 1 5 1 0 1 1 01 1 6 1 01 1 1 1 1 7 1 1 100 0 0 8 1 1 1 1 1 1 1 9 1 1 1 1 0 1 1 a b f g c e d 4.数符和字符编码

41. 本章重点 ♦ 数字系统基本概念 ♦ 数制及数制转换 ♦ BCD码 ♦ 余3码（偏权码） ♦ 无权码——格雷码（循环码，反射码) ♦ 数符及字符编码