數(shù)字電路數(shù)字電路概述JHR第1頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六JHR第一章數(shù)字電子技術(shù)概述第二章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)及基本邏輯門電路第三章集成邏輯門電路第四章邏輯函數(shù)及其化簡第五章組合邏輯電路第六章觸發(fā)器第七章時序邏輯電路第八章存儲器第九章脈沖的產(chǎn)生與變換目錄第十章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器第2頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六第1章數(shù)字電子技術(shù)概述一、本章主要介紹內(nèi)容1.數(shù)字電子技術(shù)與模擬電子技術(shù)的區(qū)別，數(shù)字信號和數(shù)字電路的基本概念。2.半導體器件（二極管、三極管、MOS管）在數(shù)字電路中主要工作于開關(guān)狀態(tài)，重點介紹它們的開關(guān)運用特性。3.數(shù)字系統(tǒng)中信息可分為數(shù)值和文字符號兩大類。數(shù)值的計數(shù)體制常用的有二進制、十進制、十六進制，重點介紹它們的第3頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六表示方法及相互轉(zhuǎn)換；文字符號常采用特定的二進制代碼來表示，重點介紹常用的BCD碼、格雷碼和奇偶校驗碼。二、本章教學大綱基本要求1.熟練掌握：①二進制、十進制、十六進制數(shù)及其相互轉(zhuǎn)換；②8421BCD碼。2.理解二極管、三極管、MOS管的開關(guān)運用特性。3.一般了解：其它常用BCD碼。三、重點與難點第4頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六重點：各種常用數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換。難點：二極管、三極管、MOS管的開關(guān)特性。第一節(jié)數(shù)字電路概述一、數(shù)字信號和數(shù)字電路工程上把電信號分為兩大類：模擬信號、數(shù)字信號。

◆模擬信號：指在時間上和數(shù)值上都是連續(xù)變化的信號。如電視圖象和伴音信號；生產(chǎn)過程中由傳感器檢測的某種物理量轉(zhuǎn)化成的電信號等。

◆模擬電路：傳輸、處理模擬信號的電路稱為模擬電路。第5頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六◆數(shù)字信號：指在時間上和數(shù)值上都是斷續(xù)變化的離散信號。如電子表的秒信號等?！魯?shù)字電路：傳輸、處理數(shù)字信號的電路稱為數(shù)字電路。二、數(shù)字電路的特點1.數(shù)字信號是非連續(xù)變化的電信號，通常只有兩種狀態(tài)。如電位高與低，電流的有與無等。我們用“1”和“0”來表示這兩種狀態(tài)。第6頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六在數(shù)字電路中電子器件（如二極管、三極管）處于開關(guān)狀態(tài)，也是工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。第7頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六2.數(shù)字電路的特點（1）數(shù)字信號是非連續(xù)變化的，只有兩種狀態(tài)，用“1”和“0”表示。（2）數(shù)字電路研究對象是電路的輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系，所以數(shù)字電路也稱邏輯電路。分析方法采用邏輯代數(shù)、真值表、卡諾圖、特性方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、時序波形圖。（3）數(shù)字電路不僅可以對信號進行算術(shù)運算，而且還能夠進行邏輯推演和邏輯判斷。即具有一定的邏輯思維能力。在電子計算機、數(shù)字控制、數(shù)字通信等領(lǐng)域得到廣泛應用。第8頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六三、正邏輯與負邏輯數(shù)字信號是一種二值信號，用兩個電平（高電平和低電平）分別來表示兩個邏輯值（邏輯1和邏輯0）。有兩種邏輯體制：正邏輯體制規(guī)定：高電平為邏輯1，低電平為邏輯0。負邏輯體制規(guī)定：低電平為邏輯1，高電平為邏輯0。第9頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六如果采用正邏輯，圖（1）所示的數(shù)字電壓信號就成為下圖所示的邏輯信號。四、數(shù)字信號的主要參數(shù)第10頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六一個理想的周期性數(shù)字信號，可用以下幾個參數(shù)來描繪：Um－信號幅度；T－信號重復周期；第11頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六tW－脈沖寬度。q－占空比。其定義為：下圖所示為三個周期相同（T＝20ms），但幅度、脈沖寬度及占空比各不相同的數(shù)字信號。第12頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六第13頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六3.數(shù)字邏輯電路的分類（1）按功能分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。組合邏輯電路任何時刻的輸出狀態(tài)，僅取決于該電路當時所有輸入狀態(tài)的組合，與電路過去的輸入、輸出狀態(tài)無關(guān)，它們不具有“記憶”功能。可用于實現(xiàn)加法器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等邏輯功能。時序邏輯電路任何時刻的輸出狀態(tài)，不僅取決于該電路當時的輸入狀態(tài)，還與電路過去的輸入、輸出狀態(tài)有關(guān)，它們具有“記憶”功能。觸發(fā)器等第14頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六存儲元件屬于時序邏輯電路，可用于實現(xiàn)計數(shù)器、寄存器、移位寄存器等存儲部件。組合邏輯電路和時序邏輯電路是計算機的基本組成器件。（2）按組成結(jié)構(gòu)分為分立元件電路和集成電路兩類。分立元件電路是將獨立的晶體管、電阻等元器件用導線連接起來的電路；第15頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六集成電路是將元器件及導線均采用半導體工藝集成制作在同一硅片上，并封裝于一個殼體內(nèi)的電路。一塊芯片上集成的元器件數(shù)量的多少，稱為集成電路的集成度。第16頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六集成電路按集成度劃分小規(guī)模集成電路(SSI，數(shù)十器件/片)中規(guī)模集成電路(MSI，數(shù)百器件/片)大規(guī)模集成電路(LSI，數(shù)千器件/片)超大規(guī)模集成電路(VSI，>1萬器件/片)第17頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)數(shù)字電路中的二極管與三極管一、二極管的開關(guān)特性1.二極管的開關(guān)特性如圖利用二極管的單向?qū)щ娦裕斴斎胄盘栯妷簽楦唠娖絬i＝UIH＝UCC時，二極管截止，第18頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六輸出為高電平u0＝U0H＝UCC，當輸入為低電平ui＝UIL＝0V時，二極管導通，輸出為低電平u0＝U0L＝0V。2.二極管開關(guān)等效電路通常二極管正向?qū)?，稱為二極管的“開”態(tài)；二極管截止，稱為二極管的“關(guān)”態(tài)。在脈沖信號的作用下，二極管可在“開”態(tài)和“關(guān)”態(tài)二種工作狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。第19頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六可見，二極管在電路中表現(xiàn)為一個受外加電壓控制的開關(guān)。當外加電壓為一脈沖信號時，二極管將隨著脈沖電壓的變化在“開”態(tài)與“關(guān)”態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換過程就是二極管開關(guān)的動態(tài)特性第20頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六3.二極管開關(guān)的動態(tài)特性給二極管電路加入一個方波信號，電流的波形怎樣呢？第21頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)數(shù)制一、數(shù)制（計數(shù)體制）常用的數(shù)制有十進制、六十進制、十二進制、二十四進制、二進制、八進制、十六進制等。1.十進制（DecimalNumberSystem）數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。十個不同的數(shù)碼?；鶖?shù)：數(shù)碼的數(shù)目稱作數(shù)制的“基數(shù)”，十進制的基數(shù)為10。計數(shù)規(guī)律：逢十進一、借一當十。第22頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六一般表達式：式中Kｉ為基數(shù)10的ｉ次冪的系數(shù)，它可為0～9中的任一個數(shù)字。（n＝3，m＝2）在數(shù)字電路中一般不直接采用十進制，因為要用10個不同的電路狀態(tài)來表示十進制的10個數(shù)碼，不容易，又不經(jīng)濟。第23頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六

2.二進制（BinaryNumberSystem）二進制與十進制的排列規(guī)律類同，僅區(qū)別于基數(shù)不同。數(shù)碼：0、1基數(shù)：2計數(shù)規(guī)律：逢二進一、借一當二一般表達式：第24頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六二進制的運算法則：加法：0＋0＝00＋1＝1＋0＝11＋1＝10乘法：0×0＝00×1＝1×0＝01×1＝1

第25頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六3.八進制數(shù)數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、八個數(shù)碼?；鶖?shù)：8計數(shù)規(guī)律：逢八進一、借一當八一般表達式：第26頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六4.十六進制數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A（10）、B（11）、C（12）、D（13）、E（14）、F（15）16個數(shù)碼?；鶖?shù)：16計數(shù)規(guī)律：逢十六進一一般表達式：第27頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六二、常用數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換

1.二進制十進制方法一：將各位二進制數(shù)權(quán)值乘上系數(shù)再相加。如：（11010.101）2

（）10第28頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六［解］方法二：按位、權(quán)值進行轉(zhuǎn)換。在十進制數(shù)中，小數(shù)點左側(cè)第一位稱為個位，其權(quán)值為100，第二位稱為十位，其權(quán)值為101，依此類推。第29頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六例如：十進制數(shù)3954代表：3954（3103）＋（9102）＋（5101）＋（4100）（31000）＋（9100）＋（510）＋（41）

3000＋900＋50＋4＝3954在二進制數(shù)中，二進制小數(shù)點左側(cè)第一位仍然稱為二進制個位，其權(quán)值為20，第二位的權(quán)值為21依此類推22、23、24。例如二進制數(shù)10110代表：第30頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六10110（124）＋（023）＋（122）＋（121）＋（020）（116）＋（08）＋（14）＋（12）＋（01）

16＋0＋4＋2＋0＝22

（11010.101）2（）10解（1）寫出二進制數(shù)位的權(quán)值：11010.10124232221202－12－22－3168421.0.50.250.125第31頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六2.十進制

二進制（1）十進制正整數(shù)方法一：采用除二取余法進行轉(zhuǎn)換原理：若某個十進制數(shù)（N）10可轉(zhuǎn)換為三位二進制數(shù)。即（N）10＝（b2b1b0）2則（2）將整數(shù)和小數(shù)取值為1的權(quán)值分別相加：整數(shù)16＋8＋2＝26小數(shù)0.5＋0.125＝0.625所以有（11010.101）2＝（26.625）10第32頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六（b2b1b0）2＝（b2×22＋b1×21＋b0×20）10此式說明（N）10÷2＝b2×21＋b1……余數(shù)b0用上面除得的商再除以2，則得（b2×21＋b1)÷2＝b2……余數(shù)b1不斷用前次的商再除以2，一直到最后商為零。即b2÷2＝0……余數(shù)為b2這種方法稱“除2取余法”第33頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六【例題】（13）10

（）2因此（13）10＝（1101）2第34頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六（2）十進制數(shù)小數(shù)采用基數(shù)乘法（用于小數(shù)轉(zhuǎn)換）如（0.562）10（）2誤差＜2－6

0.562×2＝1.1241b10.124×2＝0.2480b20.248×2＝0.4960b30.496×2＝0.9920b40.992×2＝1.9841b50.984×2＝1.9681b6

整數(shù)讀數(shù)順序第35頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六例如將（13.562）10（）2ε＜2－6解：∵（13）10＝（1101）2（0.562）10＝（0.100011）2∴（13.562）10＝（1101.100011）2ε＜2－6三、2m進制數(shù)2n進制數(shù)的快速轉(zhuǎn)換法2m進制數(shù)（如2,4，8…進制數(shù)）可以快速轉(zhuǎn)換成2n進制數(shù)，m，n均為正整數(shù)，方法是：（1）先將2m進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制；第36頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六（2）再將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成2n進制數(shù)：以小數(shù)點為界分別向左、向右兩個方向每n位二進制數(shù)為一組（兩端的組若位數(shù)不夠時在兩端補0），即可從左向右直接讀出其等值的2n進制數(shù)?！纠}1】將十六進制數(shù)（AF.3D）16轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)。解：（AF.3D）16＝（10101111.00111101）2AF3D＝（010101111.001111010）＝（257.172）8第37頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六【例題2】將二進制數(shù)（1101.1011）2轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)。解：（1101.1011）2＝（001101.101100）15.54＝（15.54）8四、m進制數(shù)n進制數(shù)的通用方法m進制數(shù)轉(zhuǎn)換成n進制數(shù)（m、n均為正整數(shù)），可按以下方法進行：（1）先將m進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)；第38頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六（2）再將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成n進制；整數(shù)部分除n求余，余數(shù)倒級聯(lián)；小數(shù)部分乘n取整，整數(shù)正級聯(lián)。【例題1】將七進制數(shù)（18.6）7轉(zhuǎn)換成等值的十一進制數(shù)。解：（1）將七進制數(shù)（18.6）7轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)：（18.6）7＝1×71＋8×70＋6×7－1＝7＋8＋0.857＝（15.857）10第39頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六（2）將十進制數(shù)（15.857）10中的整數(shù)部分“15”轉(zhuǎn)換成十一進制數(shù)；除11求余，至商為0，余數(shù)倒級聯(lián)。小數(shù)部分“0.857”轉(zhuǎn)換成十一進制數(shù)乘11取整，整數(shù)正級聯(lián)。第40頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六0.857×11＝9.428整數(shù)90.428×11＝4.713整數(shù)40.713×11＝7.848整數(shù)7其余類推所以（18.6）7＝（15.857）10＝（14.947）11

第41頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六第六節(jié)碼制在數(shù)字系統(tǒng)中，常將有特定意義的信息（如數(shù)字、文字、符號）用一定碼制規(guī)定的二進制代碼來表示。一、十進制的代碼BCD碼（BinaryCodedDecimals）計算機中的十進制數(shù)還可用二進制數(shù)來表示，即二進制編碼的十進制數(shù)，簡稱為BCD碼。常用的BCD碼有：8421BCD碼、5421BCD碼、2421BCD碼、余3BCD碼等。第42頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六（1）8421BCD碼8421BCD碼是用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù)，每位二進制數(shù)都有固定的位權(quán)，所以這種代碼也稱為有權(quán)碼。8421BCD碼中每位的位權(quán)從高到低分別為：與常規(guī)的二進制數(shù)位的位權(quán)完全一致，所以這是一種最自然、最簡單的BCD碼。第43頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六在8421BCD碼中不允許出現(xiàn)1010、1011、1100、1101、1110、1111這6個代碼，因為十進制數(shù)0－9中沒有與之對應的數(shù)字符號，這6個代碼稱為“偽碼”。8421BCD碼是以4位二進制為一組來表示的，所以8421BCD碼與十進制數(shù)之間可以直接以組為單位來進行?！纠}1】將十進制數(shù)（126）10轉(zhuǎn)換成對應的8421BCD碼。第44頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六解：126

0001

0010

0110所以（126）10＝（000100100110）8421BCD【例題2】將（11011）2轉(zhuǎn)換成8421BCD碼。解：（11011）2＝1×24＋1×23＋0×22＋1×21＋1×20＝（27）10第45頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六（27）10＝（00100111）8421BCD所以（11011）2＝（00100111）8421BCD（2）2421BCD碼2421BCD碼也是一種有權(quán)碼，其位權(quán)從高到低為21（2）、22（4）、21（2）、20（1）2421BCD碼可以有多種編碼方案，下表給出一種2421BCD碼的方案，這種2421BCD碼中的0和9、1和8、2和7、3和6、4和5，各對編碼值加起來的和第46頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六都是1111。具有這種特性的編碼稱為“自補碼”，它有利于簡化運算器的結(jié)構(gòu)。（3）5421BCD碼5421BCD是另一種有權(quán)碼，由四位二進制數(shù)的形式來表示一位十進制數(shù)，這四位二進制數(shù)表示形式的代碼各位的權(quán)值分別為5、4、2、1。設(shè)5421BCD碼中四位數(shù)字符號為a3a2a1a0,則它們代代表的數(shù)值為：5a3＋4a2＋2a1＋1a0如（1011）5421BCD表示的十進制數(shù)為第47頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六同樣在5421BCD碼中有六個不允許出現(xiàn)的代碼：0101、0110、0111、1101、1110、1111六個“偽碼”。

【例題3】將（173）10（）5421BCD解：（173）

000101110011第48頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六故（173）10＝（000110100011）5421BCD【例題4】（100110101000）5421BCD（）10解：（100110101000）5421BCD（675）故（100110101000）5421BCD＝（675）10第49頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六（4）余3BCD碼余3BCD碼的每一位編碼，都比8421BCD碼相應多0011（3），故此得名。從表中可以看出，余3BCD碼也是一種自補碼。但是，余3BCD碼的各位無固定的位權(quán)值，所以它是一種無權(quán)碼。同樣余3BCD碼只用了四位二進制數(shù)編碼形式中的十個來表示0～9十個數(shù)字，還有六個編碼形式是“偽碼”：

0000、0001、0010、1101、1110、1111。第50頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六【例題5】將173轉(zhuǎn)換成三位余3BCD碼解：（173）各位加3（4106

）（010010100110）故（173）10＝（010010100110）余3BCD第51頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六三種常用的BCD碼第52頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六六、BCD碼的轉(zhuǎn)換各種BCD碼之間可以互相轉(zhuǎn)換，任意進制數(shù)與BCD碼之間也可以互相轉(zhuǎn)換。在這類轉(zhuǎn)換過程中，一般須以十進制數(shù)作為過渡狀態(tài)。【例題6】（100100110101）8421BCD（）5421BCD解：（100100110101）8421BCD＝（935）10（935）10＝（110000110101）5421BCD＝（110001101000）余3BCD第53頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六【例題7】將（100000110101）8421BCD轉(zhuǎn)換成對應的2421BCD碼。解：（100000110101）8421BCD（835）10（111000111011）2421BCD所以（100000110101）8421BCD

＝（111000111011）2421BCD第54頁，共61頁，2023年，2月20日，星期六【例題8】將（896）10轉(zhuǎn)換為余3BCD碼。解：（896）10＝（100010010110）8421BCD＝(101111001001）余3BCD【例題9】將（010110100111）余3BCD轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。