閻石主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第五版高等教育出版社課程主要教材及參考書康華光主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版)》

高等教育出版社

考核

平時(shí)成績(jī)

30%考試

70%答疑每周四下午東六棟516室5、掌握基本邏輯運(yùn)算及邏輯函數(shù)的表示方法教學(xué)基本要求1、了解數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路的基本概念2、了解數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)及表示方法3、掌握常用二～十、二～一十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換4、了解常用二進(jìn)制碼，熟悉8421BCD碼1.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)1.2數(shù)制1.3二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算1.4二進(jìn)制代碼1.5二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算1.6邏輯函數(shù)及其表示方法1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用1906年美國(guó)李.德福雷斯特發(fā)明了真空三極管1958年美國(guó)基爾比制成第一塊集成電路

6個(gè)月后諾伊斯制成第一塊硅集成電路1948年

晶體管之父威廉?肖克利發(fā)明了第一只晶體管誕生1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)80年代后-ULSI，10億個(gè)晶體管/片目前--芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米(0.13~0.09m)量級(jí)微處理器的時(shí)鐘頻率高達(dá)3GHz（109Hz）90年代后-97年一片集成電路上有40億個(gè)晶體管。60~70代-IC技術(shù)迅速發(fā)展：SSI、MSI、LSI、VLSI。10萬(wàn)個(gè)晶體管/片。將來(lái)-高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結(jié)構(gòu)的電路1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展電路設(shè)計(jì)方法伴隨器件變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代a)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：b)現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法：采用自下而上的設(shè)計(jì)方法；由人工組裝,經(jīng)反復(fù)調(diào)試、驗(yàn)證、修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差,設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)?，F(xiàn)代EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化。采用從上到下設(shè)計(jì)方法，電路設(shè)計(jì)、分析、仿真、修訂全通過(guò)計(jì)算機(jī)完成。1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)則的不同，

--數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。從集成度不同

--數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。從電路的形式不同，

--數(shù)字電路可分為集成電路和分立電路從器件不同

--數(shù)字電路可分為CMOS

和TTL電路1、數(shù)字集成電路的分類1.1.2數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)可編程邏輯器件、多功能專用集成電路106以上甚大規(guī)模大型存儲(chǔ)器、微處理器10,000~99,999超大規(guī)模小型存儲(chǔ)器、門陣列100~9999大規(guī)模計(jì)數(shù)器、加法器12~99中規(guī)模邏輯門、觸發(fā)器最多12個(gè)小規(guī)模典型集成電路門的個(gè)數(shù)分類集成度:每一芯片所包含的門個(gè)數(shù)1.1.2數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)2、數(shù)字集成電路的特點(diǎn)1)電路簡(jiǎn)單,便于大規(guī)模集成,批量生產(chǎn)2)可靠性、穩(wěn)定性和精度高,抗干擾能力強(qiáng)3)體積小,通用性好,成本低.4)具可編程性,可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化5)高速度低功耗6)加密性好1.1.2數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)3、數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測(cè)試(1)數(shù)字電路的分析方法1.1.2

數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字電路的分析:根據(jù)電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。(2)

數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì):從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷O(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路。設(shè)計(jì)方式:分為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和基于EDA軟件的設(shè)計(jì)方式。

分析工具：邏輯代數(shù)。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。1.模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)1.1.3

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)電子電路中的信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)時(shí)間、數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)例：正弦波信號(hào)、鋸齒波信號(hào)等。例：產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)、數(shù)字表盤的讀數(shù)等。時(shí)間、數(shù)值上離散的信號(hào)1.1.3數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：時(shí)間上連續(xù)：任意時(shí)刻有一個(gè)相對(duì)的值數(shù)值上連續(xù)：可以是在一定范圍內(nèi)的任意值例如：電壓、電流、溫度、聲音等缺點(diǎn)：很難度量容易受噪聲的干擾難以保存優(yōu)點(diǎn)：用精確的值表示事物u模擬信號(hào)波形t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。真實(shí)的世界是模擬的典型的模擬信號(hào)包括：工頻信號(hào)、射頻信號(hào)、視頻信號(hào)等。工頻信號(hào)（50Hz)，調(diào)幅波的射頻信號(hào)（530Hz~1600kHz),調(diào)頻波的射頻信號(hào)（88MHz~108MHz)。甚高頻（vhf)和超高頻（UHF)視頻信號(hào)（>6GHz)。數(shù)字信號(hào)：時(shí)間上離散：只在某些時(shí)刻有定義數(shù)值上離散:

變量只能是有限集合的一個(gè)值常用0、1二元數(shù)值表示例如：開關(guān)位置，數(shù)字邏輯u數(shù)字信號(hào)波形t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。模擬電路主要研究：輸入、輸出信號(hào)間的大小、相位關(guān)系、失真與否。模擬電路包括交直流放大器、濾波器、信號(hào)發(fā)生器等。在模擬電路中，晶體管一般工作在放大狀態(tài)；在數(shù)字電路中，三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài)。數(shù)字電路主要研究：電路輸出、輸入間的邏輯關(guān)系。主要的工具是邏輯代數(shù)，電路的功能用真值表、邏輯表達(dá)式及波形圖等表示。模擬電路與數(shù)字電路比較1.電路的特點(diǎn)2.研究的內(nèi)容2、模擬信號(hào)的數(shù)字表示由于數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、分析和傳輸，通常都將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào).

0

0

模擬信號(hào)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器

3V

數(shù)字輸出

0

0

0

0

1

1

模數(shù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)

t/s

v/mV

0

v/mV0

t/s

t1

t2

t0

0

00001110t3

t/s

0000110000001001000010001.1.3數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)1.1.4數(shù)字信號(hào)的描述方法1、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平

0、1數(shù)碼---表示數(shù)量時(shí)稱二進(jìn)制數(shù)

---表示事物狀態(tài)時(shí)稱二值邏輯數(shù)字邏輯（二值數(shù)字邏輯）：在數(shù)字電路中，數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上均是離散的，常用數(shù)字“0”和“1”來(lái)表示。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，故稱之為二值數(shù)字邏輯或簡(jiǎn)稱為數(shù)字邏輯。邏輯“0”和邏輯“1”表示彼此相關(guān)又互相對(duì)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。電壓(V)二值邏輯電平+51H(高電平)00L(低電平)邏輯電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯）在電路中用低、高電平表示0、1兩種邏輯狀態(tài)表示方式(a)用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b)16位數(shù)據(jù)的圖形表示/V

5

0

t/ms

50

100

150

200

邏輯0

邏輯1

2、數(shù)字波形1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

0

1

0

1

數(shù)字波形------是信號(hào)邏輯電平對(duì)時(shí)間的圖形表示.1.1.4數(shù)字信號(hào)的描述方法ΔtΔt為一拍數(shù)字波形(a)1110110001高電平低電平有脈沖(b)*非歸零型*歸零型

比特率--------每秒鐘轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的位數(shù)無(wú)脈沖10(1)數(shù)字波形的兩種類型:2、數(shù)字波形1.1.4數(shù)字信號(hào)的描述方法(2)周期性和非周期性

TtW非周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形

周期性數(shù)字波形1.1.4

數(shù)字信號(hào)的描述方法 Q(%)

占空比：

tr脈沖寬度

tw

0.5V

4.5V

2.5V

幅值=5.0V

0.0V

5.0V

tf0.5V

2.5V

4.5V

非理想脈沖波形(3)實(shí)際脈沖波形及主要參數(shù)理想脈沖波形1.1.4

數(shù)字信號(hào)的描述方法

上升時(shí)間脈沖寬度下降時(shí)間脈沖幅度脈沖周期占空比q=tW/T占空比Q-----表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比幾個(gè)主要參數(shù):上升時(shí)間tr

和下降時(shí)間tf

----從脈沖幅值的10%到90%上升

下降所經(jīng)歷的時(shí)間(典型值ns)脈沖寬度(tw

)----

脈沖幅值的50%的兩個(gè)時(shí)間所跨越的時(shí)間周期(T)----表示兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔1.1.4

數(shù)字信號(hào)的描述方法例：設(shè)周期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)6ms，低電平持續(xù)10ms，求占空比q。解：tw=6msT=6+10=16ms

則q=tw/Tq=6/16100%=37.5%(4)時(shí)序圖----表明各個(gè)數(shù)字信號(hào)時(shí)序關(guān)系的多重波形圖。

由于各信號(hào)的路徑不同，這些信號(hào)之