數(shù)字電路2014朱1數(shù)電第一章

數(shù)字電路

DigitalCircuit

朱亞平

中國(guó)傳媒大學(xué)信息工程學(xué)院

緒論?0.1課程體系?0.2課程的重要性?0.3課程要求?0.4課程內(nèi)容?0.5參考書(shū)目?0.6成績(jī)考核

?在信息時(shí)代，數(shù)字電路無(wú)處不在。

?數(shù)電是學(xué)校大部分電子信息類專業(yè)研究生入學(xué)考試的專業(yè)課之一。

?是后續(xù)課程的基礎(chǔ)。0.2課程的重要性要求：掌握邏輯電路基本原理及分析、設(shè)計(jì)方法在集成電路內(nèi)部原理與外部特性之間，以外部特性為主；在具體的設(shè)計(jì)電路與分析和設(shè)計(jì)方法之間，以分析和設(shè)計(jì)方法為主；在具體的設(shè)計(jì)步驟與所依據(jù)的概念和原理之間，以概念和原理為主；0.3課程要求本課程的進(jìn)一步深入的方向

本課程是數(shù)字電路知識(shí)的入門(mén)課程，非常重要但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。要解決復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，必須學(xué)會(huì)使用先進(jìn)的工具，使設(shè)計(jì)工作更方便、更高效、更可靠。?學(xué)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法?學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件，如：

ElectronicsWorkbench、Multisim、

Quartus

?學(xué)習(xí)硬件描述語(yǔ)言(HDL)

如：VHDLAHDLVerilogHDL

等緒論第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第十章第十一章數(shù)制和碼制:“數(shù)”在計(jì)算機(jī)中怎樣表示。邏輯代數(shù)基礎(chǔ):邏輯代數(shù)的基本概念、邏輯函數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)形式、邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)。組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)。觸發(fā)器及其應(yīng)用。

時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。

模/數(shù)(A/D)與數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換。門(mén)電路：CMOS/TTL。0.4課程內(nèi)容脈沖波形的產(chǎn)生和整形。?《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第五版閻石高教出版社?《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》第三版王毓銀高教出版社?《數(shù)字設(shè)計(jì)引論》沈嗣昌高教出版社?《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》何小艇等浙江大學(xué)出版社?《數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)》鄧元慶西安電子科大出版社?《數(shù)字電路》龔之春電子科技大學(xué)出版社（成都）?各類數(shù)字電子技術(shù)習(xí)題集0.5參考書(shū)目0.6成績(jī)考核

學(xué)生總評(píng)成績(jī)由兩部分組成：

?考試卷面成績(jī)：占70%

?平時(shí)成績(jī)：占30%（作業(yè)20％，考勤10％）答疑：周三下午3點(diǎn)后地點(diǎn)：主樓903第一章數(shù)制和碼制主要要求：

掌握幾種常用的數(shù)制及其轉(zhuǎn)換。了解二進(jìn)制算數(shù)運(yùn)算。掌握幾種常用的編碼。思考題?什么是數(shù)字電路？和模擬電路有什么區(qū)別？?什么是數(shù)制？你見(jiàn)過(guò)的數(shù)制有哪些？?什么是編碼？舉出一兩例？?數(shù)字電路在生活中有哪些應(yīng)用實(shí)例？模擬電路電子電路分類數(shù)字電路

傳遞、處理模擬信號(hào)的電子電路

傳遞、處理數(shù)字信號(hào)的電子電路數(shù)字信號(hào)時(shí)間上和幅度上都斷續(xù)變化的信號(hào)

模擬信號(hào)時(shí)間上和幅度上都連續(xù)變化的信號(hào)數(shù)字電路中典型信號(hào)波形一、數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)

vv?數(shù)字信號(hào)取值：?數(shù)字信號(hào)位數(shù)：例：

0和1不表示數(shù)值的大小，沒(méi)有數(shù)值的概念，僅表示兩種截然不同的邏輯狀態(tài)如果用二進(jìn)制表示：有0和1兩種。1位二進(jìn)制表示2種狀態(tài)；n位二進(jìn)制表示2n種狀態(tài),取2n≥N燈的開(kāi)關(guān)－－2種取值———1位二進(jìn)制數(shù)東西南北方位－－4種取值———2位學(xué)生的民族－－56種取值———？位產(chǎn)品的計(jì)數(shù)－－N種取值———

n位，2n≥N輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系邏輯代數(shù)只有高電平和低電平兩個(gè)取值導(dǎo)通(開(kāi))、截止(關(guān))便于高度集成化、工作可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)和保密性好等研究對(duì)象分析工具信號(hào)電子器件工作狀態(tài)主要優(yōu)點(diǎn)二、數(shù)字電路的特點(diǎn)

根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同分分立元件電路集成電路根據(jù)半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型不同分雙極型數(shù)字集成電路單極型數(shù)字集成電路以雙極型晶體管作為基本器件以單極型晶體管作為基本器件例如

CMOS例如

TTL、ECL三、數(shù)字電路的分類VmVmVmVmtrtfTtw

脈沖幅度Vm：脈沖上升時(shí)間tr：脈沖下降時(shí)間tf：脈沖寬度tw

：脈沖周期T

：脈沖頻率f

：占空比q

：脈沖電壓變化的最大值

脈沖波形從

0.1Vm上升到

0.9Vm所需的時(shí)間脈沖上升沿

0.5Vm到下降沿

0.5Vm所需的時(shí)間脈沖波形從

0.9Vm下降到

0.1Vm所需的時(shí)間周期脈沖中相鄰兩個(gè)波形重復(fù)出現(xiàn)所需的時(shí)間1秒內(nèi)脈沖出現(xiàn)的次數(shù)f=1/T

脈沖寬度

tw與脈沖周期

T的比值

q=tw/T

四、脈沖波形的主要參數(shù)

五、數(shù)字電路的發(fā)展?初期（1940~1960）：電子管?第二階段（1960）：晶體管?第三階段（60末~70中）：集成電路?第四階段（70中~80中）：LSI和VLSI?第五階段（80中~）：ASIC、FPGA理解

BCD碼的含義，掌握

8421BCD碼，了解其他常用

BCD碼。主要要求：

掌握十進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)的表示及其相互轉(zhuǎn)換。了解八進(jìn)制和十六進(jìn)制。1.1數(shù)制和碼制計(jì)數(shù)的方法

(一)

十進(jìn)制(Decimal)

(xxx)10或

(xxx)D

例如(3176.54)10

或(3176.54)D

數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、91×1011×100

5×10-1

1×10-2權(quán)權(quán)權(quán)

權(quán)

(11.51)10

進(jìn)位規(guī)律：逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十10i

稱十進(jìn)制的權(quán)

10

稱為基數(shù)0~9

十個(gè)數(shù)碼稱系數(shù)十進(jìn)制數(shù)可表示為各位加權(quán)系數(shù)之和，稱為按權(quán)展開(kāi)式

(3176.54)10=3×103+1×102+7×101+6×100+5×10-1+4×10-2一、數(shù)制

例如0+1=11+1=1011+1=10010–1=1

(二)

二進(jìn)制(Binary)

(xxx)2或

(xxx)B

例如(1011.11)2或(1011.11)B

數(shù)碼：0、1

進(jìn)位規(guī)律：逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二

權(quán)：2i

基數(shù)：2

系數(shù)：0、1

按權(quán)展開(kāi)式表示

(1011.11)2將按權(quán)展開(kāi)式按照十進(jìn)制規(guī)律相加，即得對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)。=8+0+2+1+0.5+0.25(1011.11)2=(11.75)10

=11.75(1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

(三)

八進(jìn)制和十六進(jìn)制

進(jìn)制數(shù)的表示計(jì)數(shù)規(guī)律基數(shù)權(quán)數(shù)碼八進(jìn)制

(Octal)

(xxx)8

或(xxx)O逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八

8

0~7

8i十六進(jìn)制(Hexadecimal)

(xxx)16

或(xxx)H

逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六

16

0

~

9、A、B、C、D、E、F

16i例如(437.25)8=4×82+3×81+7×80+2×8-1+5×8-2=256+24+7+0.25+0.078125=(287.328125)10

例如(3BE.C4)16=3×162+11×161+14×160+12×16-1+4×16-2=768+176+14+0.75+0.015625=(958.765625)10

二、數(shù)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制非十進(jìn)制非十進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八、十六進(jìn)制八、十六進(jìn)制二進(jìn)制十進(jìn)制與非十進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換不同進(jìn)制數(shù)的對(duì)照表R＝10二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F161000020101.500

1整數(shù)0.750

01.各種數(shù)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制2.十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制［例］將十進(jìn)制數(shù)

(26.375)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

26

6

1

3

01

10

12(26)10=(11010)2

×2

×21.000

1.37522220.375

×2一直除到商為

0為止

余數(shù)13

0按權(quán)展開(kāi)求和整數(shù)和小數(shù)分別轉(zhuǎn)換整數(shù)部分：除

2取余法

小數(shù)部分：乘

2取整法讀數(shù)順序讀數(shù)順序

.011每位八進(jìn)制數(shù)用三位二進(jìn)制數(shù)代替，再按原順序排列。八進(jìn)制→二進(jìn)制3.二進(jìn)制與八進(jìn)制間的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制→八進(jìn)制(11100101.11101011)2=(345.726)8

(745.361)8=(111100101.011110001)2

補(bǔ)0(11100101.11101011)2=(?)8

11100101.11101011

00

345726從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始，整數(shù)部分向左

(小數(shù)部分向右)

三位一組，最后不足三位的加0補(bǔ)足三位，再按順序?qū)懗龈鹘M對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)。補(bǔ)01110010111101011一位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)四位二進(jìn)制數(shù)，因此二進(jìn)制數(shù)四位為一組。4.

二進(jìn)制和十六進(jìn)制間的相互轉(zhuǎn)換

(10011111011.111011)2=(4FB.EC)16

(3BE5.97D)16=(11101111100101.100101111101)2

補(bǔ)0(10011111011.111011)2=(?)16

10011111011.11101100

4FBEC0

十六進(jìn)制→二進(jìn)制:每位十六進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制數(shù)代替，再按原順序排列。二進(jìn)制→十六進(jìn)制:從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始，整數(shù)部分向左(小數(shù)部分向右)

四位一組，最后不足四位的加0補(bǔ)足四位，再按順序?qū)懗龈鹘M對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。補(bǔ)010011111011111011X1=+1101101X2=-1101101數(shù)值數(shù)據(jù)的表示（一）機(jī)器數(shù)（二）帶符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的代碼表示1.原碼[X]原：原碼反碼補(bǔ)碼尾數(shù)部分的表示形式：最高位：“0”表示“+”“1”表示“-”符號(hào)位+尾數(shù)部分（真值）符號(hào)（+/-）數(shù)碼化

最高位：“0”表示“+”“1”表示“-”2.反碼[X]反：符號(hào)位+尾數(shù)部分正數(shù)：尾數(shù)部分與真值形式相同負(fù)數(shù)：尾數(shù)為真值數(shù)值部分按位取反

X1=+4X2=-4[X1]反=00000100[X2]反=111110113.補(bǔ)碼[X]補(bǔ)：符號(hào)位+尾數(shù)部分正數(shù)：尾數(shù)部分與真值同即[X]補(bǔ)=[X]正負(fù)數(shù)：尾數(shù)為真值數(shù)值部分按位取反加1即[X]補(bǔ)=[X]反+

1補(bǔ)碼的性質(zhì)：用補(bǔ)碼進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，兩數(shù)補(bǔ)碼之和等于兩數(shù)和之補(bǔ)碼，即

[X1]補(bǔ)+[X2]補(bǔ)={X1+X2}補(bǔ)

-101110110101011二進(jìn)制數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼X=+5X=-5補(bǔ)碼的運(yùn)算對(duì)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，是將減法運(yùn)算變成補(bǔ)碼的加法運(yùn)算。例：1.

求(18)10-(7)10

的差。

2.求（7）10-（18）10

的差。

例如：用四位二進(jìn)制數(shù)碼表示十進(jìn)制數(shù)0~90000→00001→10010→20011→30100→40101→50110→60111→71000→81001→9將若干個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼0和1按一定規(guī)則排列起來(lái)表示某種特定含義的代碼稱為二進(jìn)制代碼，簡(jiǎn)稱二進(jìn)制碼。用數(shù)碼的特定組合表示特定信息的過(guò)程稱編碼

三、二進(jìn)制代碼

常用二進(jìn)制代碼自然二進(jìn)制碼二-

十進(jìn)制碼格雷碼奇偶檢驗(yàn)碼

ASCII碼

(美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼)

例如：用三位自然二進(jìn)制碼表示十進(jìn)制數(shù)0~7：

000→0001→1010→2011→3100→4101→5110→6111→7

(一)

自然二進(jìn)制碼

按自然數(shù)順序排列的二進(jìn)制碼

(二)

二-十進(jìn)制代碼

表示十進(jìn)制數(shù)

0~

9十個(gè)數(shù)碼的二進(jìn)制代碼(又稱BCD碼

即

BinaryCodedDecimal)

1位十進(jìn)制數(shù)需用4位二進(jìn)制數(shù)表示，故BCD碼為4位。

4位二進(jìn)制碼有16種組合，表示0~

9十個(gè)數(shù)可有多種方案，所以BCD碼有多種。常用二-

十進(jìn)制代碼表1111111111001110111010111101011110101100011010011011010110000100010001000011001100110010001000100001000100010000000000009876543210

十進(jìn)制數(shù)1100101110101001100001110110010101000011余3碼2421(B)2421(A)

5421碼

8421

碼無(wú)權(quán)碼

有權(quán)碼1001100001110110010101000011001000010000權(quán)為

8、4、2、1比8421BCD碼多余3取四位自然二進(jìn)制數(shù)的前10種組合，去掉后6種組合1010~1111。用BCD碼表示十進(jìn)制數(shù)舉例：

(36)10

=()8421BCD

(4.79)10=()8421BCD

(01010000)8421BCD=

()10注意區(qū)別BCD碼與數(shù)制：

(150)10=()8421BCD

=()2=()8=()16

60110

30011

4.0100.7