項(xiàng)目一數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)

1、項(xiàng)目一 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)模塊 邏輯代數(shù)基礎(chǔ)授課班級(jí)××××時(shí)間××年×月×日授課班級(jí)時(shí) 間年 月 日年 月 日年 月 日年 月 日年 月 日年 月 日年 月 日授課章節(jié) 目的和要求1、理解并掌握數(shù)制及其轉(zhuǎn)換方法；2、熟練掌握邏輯變量及邏輯含義；3、掌握邏輯函數(shù)的幾種表示方法；4、了解數(shù)字電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)，可聯(lián)系后續(xù)課程和相關(guān)領(lǐng)域。重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：邏輯函數(shù)的代數(shù)公式法化簡(jiǎn)；難點(diǎn)：代數(shù)化簡(jiǎn)；一數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)在我們生活的周?chē)写嬖谠S多物理量，我們分析它們的信號(hào)波形可以發(fā)現(xiàn)有兩種性質(zhì)不同的物理量。（見(jiàn)圖1和圖2）Ou

2、tOut圖1 模擬信號(hào) 圖2 數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：在時(shí)間上、數(shù)值上均連續(xù)的信號(hào)。即，數(shù)值隨時(shí)間作連續(xù)變化的。典型代表是溫度、速度、壓力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等物理量通過(guò)傳感器變成的電信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上均離散的信號(hào)。即，在時(shí)間上是斷續(xù)的，在數(shù)值上也是不連續(xù)的。典型代表是方波。二數(shù)字電路和模擬電路模擬電路：用于傳遞、處理模擬信號(hào)的電子線路。輸入信號(hào)為模擬信號(hào)，輸出信號(hào)為模擬信號(hào)。模擬電路已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，如無(wú)線電通信、工業(yè)自動(dòng)控制、電子儀器儀表、以及文化生活中的電視、錄音、錄像等家用電器中（也有采用數(shù)字電路的）。數(shù)字電路：用于傳遞、處理數(shù)字信號(hào)的電子線路。輸入信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，或輸出信號(hào)為數(shù)字信

3、號(hào)。即，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸、邏輯運(yùn)算、控制、記數(shù)、寄存、顯示及脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換。數(shù)字電路被廣泛地應(yīng)用于數(shù)字電子計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信系統(tǒng)、數(shù)字式儀表、數(shù)字控制裝置及工業(yè)邏輯系統(tǒng)等領(lǐng)域。與模擬電路相比，數(shù)字電路的優(yōu)點(diǎn)是：（1）便于集成生產(chǎn)，通用性強(qiáng)，使用方便。如計(jì)算機(jī)（2）抗干擾能力強(qiáng)。如數(shù)字通信（3）易于存儲(chǔ)、加密、壓縮、傳輸和再現(xiàn)。如光盤(pán)和數(shù)字通信三數(shù)字電路1邏輯電路和邏輯電平數(shù)字電路又叫做邏輯電路，研究的主要問(wèn)題是輸出數(shù)字信號(hào)與輸入數(shù)字信號(hào)的邏輯關(guān)系。以圖2為例，數(shù)字信號(hào)在數(shù)值上是不連續(xù)的，反映在電位上就有高低電平之分，分別用數(shù)碼0和1表示。高電平低電平正邏輯關(guān)系10負(fù)邏輯關(guān)系01此時(shí)

4、的數(shù)碼0和1不再表示兩個(gè)數(shù)字，而是代表了兩個(gè)相反的邏輯狀態(tài)。如高電平與低電平，開(kāi)與關(guān)，導(dǎo)通與截止，是與非等等。相應(yīng)的，此時(shí)的數(shù)碼0和1進(jìn)行的運(yùn)算不再是算術(shù)運(yùn)算（加減乘除），而是邏輯代數(shù)運(yùn)算（與或非）。數(shù)字電路研究的是數(shù)字信號(hào)的邏輯關(guān)系，進(jìn)行邏輯代數(shù)運(yùn)算，所以數(shù)字電路又叫做邏輯電路。2數(shù)字電路的分類(lèi)（1）按電路結(jié)構(gòu)不同，可分為分立電路和集成電路兩種。分立電路由二極管、三極管、電阻、電容等元件組成。集成電路則通過(guò)半導(dǎo)體制造工藝將這些元件做在一片芯片上。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，具有體積小、重量輕、功耗小、價(jià)格低、可靠性高等特點(diǎn)的集成電路會(huì)逐步代替體積大、可靠性不高的分立電路。集成電路按集成程度的

5、不同可再細(xì)分為小、中、大、超大規(guī)模集成電路。每片小規(guī)模集成電路含有10100個(gè)元件，如邏輯門(mén)、觸發(fā)器等邏輯單元電路；每片中規(guī)模集成電路含有1001000個(gè)元件，如計(jì)數(shù)器，譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、寄存器、算術(shù)運(yùn)算器、數(shù)值比較器、轉(zhuǎn)換電路等邏輯部件；每片大規(guī)模集成電路含有10001萬(wàn)個(gè)元件，如中央控制器、存儲(chǔ)器、轉(zhuǎn)換電路等邏輯系統(tǒng)；每片超大規(guī)模集成電路含的超過(guò)1萬(wàn)個(gè)元件，如單片機(jī)等高集成度的數(shù)字邏輯電路。（2）按制作工藝不同，可分為雙極型和單極型兩類(lèi)。雙極型電路即TTL型，是晶體管晶體管邏輯門(mén)電路的簡(jiǎn)稱(chēng)，主要由雙極型三極管組成，TTL集成電路生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)品參數(shù)穩(wěn)定，工作可靠，開(kāi)關(guān)速度高，因

6、此應(yīng)用廣泛；單極型電路即MOS型，是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管門(mén)電路的簡(jiǎn)稱(chēng)，主要由場(chǎng)效應(yīng)管級(jí)成，優(yōu)點(diǎn)是低功耗，抗干擾能力高。（3）按結(jié)構(gòu)和工作原理不同，可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩類(lèi)。如果一個(gè)邏輯電路在任何時(shí)刻的輸出狀態(tài)只取決于當(dāng)時(shí)的輸入狀態(tài)，與電路原來(lái)的狀態(tài)無(wú)關(guān)，則該電路稱(chēng)為組合邏輯電路；如果在任一時(shí)刻，電路的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入狀態(tài)，還與前一時(shí)刻的狀態(tài)有關(guān)，則該電路稱(chēng)為時(shí)序電路。3脈沖波形的主要參數(shù)理想的數(shù)字信號(hào)為矩形波，波形為實(shí)際電路中不可避免存在儲(chǔ)能元件（電容、電感），數(shù)字信號(hào)波形為0.9Um0.5Um0.1UmtrtftwUmT有關(guān)參數(shù)：（1）脈沖幅度 脈沖電壓波形變化的

7、最大值，單位為伏（V）（2）脈沖上升時(shí)間 脈沖波形從0.1U上升0.9U所需的時(shí)間。（3）脈沖下降時(shí)間 脈沖波形從0.9U上升0.1U所需的時(shí)間脈沖上升時(shí)間和脈沖下降時(shí)間越短，實(shí)際波形越接近理想的脈沖波。（4）脈沖寬度 脈沖上升沿0.1U到下降沿0.1U所需時(shí)間（5）脈沖周期 相鄰兩個(gè)脈沖波形重復(fù)出現(xiàn)所需時(shí)間（6）脈沖頻率 單位時(shí)間內(nèi)脈沖出現(xiàn)的次數(shù)（7）占空比 描述脈沖波形疏密程度一 數(shù)制數(shù)制就是記數(shù)的方法1 十進(jìn)制數(shù)碼10個(gè)：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9基數(shù)：10（進(jìn)制所含數(shù)碼個(gè)數(shù)）進(jìn)位規(guī)則：逢十進(jìn)一位權(quán)（權(quán)）值：10的冪例11：12345=1*102+2*101+3*100+4*

8、10-1+5*10-22二進(jìn)制數(shù)碼2個(gè)：0、1基數(shù)：2進(jìn)位規(guī)則：逢二進(jìn)一位權(quán)：2的冪例12：（1001.01）2=1*23+0*22+0*21+1*20+0*2-1+1*2-2=（8.25）10運(yùn)算規(guī)則：加法規(guī)則和乘法規(guī)則加法規(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=13八進(jìn)制數(shù)碼8個(gè)：0、1、2、3、4、5、6、7基數(shù)：8進(jìn)位規(guī)則：逢八進(jìn)一位權(quán)：8的冪例13：（123.4）8=1*82+2*81+3*80+4*8-1=（83.5）104十六進(jìn)制數(shù)碼16個(gè)：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F基數(shù)：16

9、進(jìn)位規(guī)則：逢十六進(jìn)一位權(quán)：16的冪例14：（4DE.A8）16=4*162+D*161+E*160+A*16-1+8*16-2=（1246.65625）10二 不同進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換1 二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制：按權(quán)展開(kāi)相加法（例1.1、1.2、1.3、1.4）2 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為其它進(jìn)制：十進(jìn)制的整數(shù)部分與小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分采用“除基取余法”：整數(shù)部分逐次除以基數(shù)，依次記下余數(shù)，直至商為0。讀數(shù)方向：從下到上小數(shù)部分采用“乘基取整法”：小數(shù)部分連續(xù)乘以基數(shù)，依次取整數(shù)，直至小數(shù)部分為0，或達(dá)到要求的精度。讀數(shù)方向：從上到下例15（練習(xí)題1-1（4）：將十進(jìn)制數(shù)37.48轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

10、數(shù)、八進(jìn)制數(shù)，小數(shù)點(diǎn)后保留三位。解：（37.48）10 = (37) 10 + (0.48) 10（1）十進(jìn)制數(shù)37.48轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分 372189421022210210201余數(shù)高位低位(37) 10 = ( 100101 ) 2小數(shù)部分0482096192整數(shù)18420209609211低位高位(0.48) 10 = (0.011) 2所以，(37.48) 10 = ( 100101.011 ) 2（2）十進(jìn)制數(shù)37.48轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)37840548余數(shù)高位低位(37) 10 = ( 45) 80488384672整數(shù)57683808407265低位高位(0.48) 10 =

11、 (0.365) 8所以，(37.48) 10 = ( 45.365 ) 83 二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換（1） 二進(jìn)制與八進(jìn)制的轉(zhuǎn)換規(guī)則：每三位二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于一位八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)：以小數(shù)點(diǎn)為中心，分別向左、向右兩邊延伸，每三位二進(jìn)制數(shù)為一組，用對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)來(lái)表示；不足三位的，用0補(bǔ)足。八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：每位八進(jìn)制數(shù)用三位二進(jìn)制數(shù)來(lái)代替，去掉多余的0（最前面和最后面的0）。（2） 二進(jìn)制與十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換（類(lèi)似于二進(jìn)制與八進(jìn)制的轉(zhuǎn)換）規(guī)則：每四位二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于一位十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)：以小數(shù)點(diǎn)為中心，分別向左、向右劃分延伸，每四位二進(jìn)制數(shù)用一位十六進(jìn)制數(shù)來(lái)表

12、示；不足四位的，用0補(bǔ)足。十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：每位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)來(lái)代替，去掉多余的0（最前面和最后面的0）。例16 （習(xí)題1-3（2）將二進(jìn)制數(shù)1001101.010轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。解： 二進(jìn)制 001 001 101. 010 八進(jìn)制 1 1 5 . 2所以 ( 1001101.010 )2 = ( 115.2 )8二進(jìn)制 0100 1101. 0100 十六進(jìn)制 4 D . 4所以 ( 1001101.010 )2 = ( 4 D . 4 )8三 碼制：編碼的方式編碼：用按一定規(guī)則組成的二進(jìn)制碼去表示文字、數(shù)字、符號(hào)等。如ASCII碼、漢字內(nèi)部碼。BCD碼（二十進(jìn)制

13、代碼）：每位十進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)表示的代碼。從十六種組合中選取其中的十種。18421BCD碼：恒權(quán)碼（每一位的位權(quán)是固定不變的），從高位到低位的位權(quán)分別為8、4、2、1，每組二進(jìn)制代碼按權(quán)展開(kāi)求和就得到所代表的十進(jìn)制數(shù)。例17：（習(xí)題1-5（2）將十進(jìn)制數(shù)34.15轉(zhuǎn)換為8421碼。解： 3 4 .1 5 0011 0100 .0001 0101 (3 4.15)10 = (11 0100 .0001 0101)8421BCD例18：（習(xí)題1-6（2）將8421碼 (100101100011)8421BCD轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。解： 1001 0110 0011 9 6 3 (100101100011)8421BCD = (963)10 25421BCD碼：恒權(quán)碼，從高位到低位的位權(quán)分別為5、4、2、1。32421B