数电第1-4章(1级)数电第1-4章(10级).doc

第1章 数字电路基础 §1.1 概 述 §1.1.1 模拟信号 与 数字信号 1、模拟信号——连续变化信号，如：正弦交变输入电压uI ； 模拟电路——用于产生、传递、加工、处理模拟信号的电路。例如：放大器、运放、正弦波振荡器，等等。 2、 数字信号——从信号幅度对时间的变化关系看，信号是离散的，例如：矩形波脉冲电压uO。 数字电路——用来产生、传递、加工or处理数字信号的电路。如：逻辑门电路、触发器、存储器，等等。 数字电子技术：分析、研究数字逻辑电路/器件的一门电气信息类本科主要专业基础课。 数字逻辑电路/器件现已制备成数字集成电路（数字IC），供工程中选用。 逻辑：数字电路输入与输出之间的函数关系。 §1.1.2 数字电路特点 1、二值数字逻辑 数字电路用“0”和“1”表示信号。0、1称为逻辑0、逻辑1，它们是二值数字逻辑，反映在数字电路中为：低电平 or 高电平。 例如 TTL电平与电压值之关系（正逻辑体制） 电压 逻辑值 电 平 3.6 V 0.3 V 1 0 H（高电平） L（低电平） 负逻辑则与之相反：1 ~ 低电平，0 ~ 高电平。 电平：某一定范围内电压值。如：高电平：1.8 V~5.0 V。 2、数字电路特点 1）基于2种对立状态 例如：事件的是与非、开关的开与关、电平的低与高，等等。数字电路中用了半导体器件的开关特性——二极管、三极管（含BJT、增强型MOSFET）的导通or截止状态，此2状态恰为二值变量，即： BJT导通or截止状态，用二进制数“0”or“1”表示。所以，数字电路一般用2进制数值。 2）抗干扰能力较强，精度较高 ∵ 处理的二值电平，不易受外界干扰 ∴ 抗干扰能力较强 常用增加2进制数的位数，提高数字电路精度。 3）长期存储，保密性好 微机（内部主要是数字电路）内的存储器保存大量信息，且调用方便。信息能长期保存及处理，难能可贵； 作加密处理（密码、通行号等）—→信息不易被窃取。 4）通用性强 用标准数字部件（通用MSI、LSI）、可编程逻辑器件（PLD）设计各种数字系统—→设计方便、使用灵活。 §1.1.3 数字IC发展与分类 表 5类数字IC规模及其分类 分类 晶体管数目 典型的数字IC SSI MSI LSI VLSI ULSI 至多10个 10~100 100~1000 1000~106 106以上 门电路、小触发器 全加器、译码器 小型存储器、门阵列、 大型存储器、微处理器 PLD、多功能IC §1.1.4 数字电路分析 研究对象——分析数字电路输入/输出（I /O）之间逻辑函数关系，即电路逻辑功能； 分析工具——逻辑代数（Boole Algebra）； 分析数字电路逻辑功能：用逻辑函数、特性表、真值表、卡诺图or波形图等方式。 例1-1 某正逻辑电压uO的波形图如黑板所示，写出其相应逻辑值1、0（对应于标号）。 §1.2 数制、码制 编码——已赋义的一组2进制代码，如：8位2进制码组：“1010 1011”被赋予特定含义； 码制——用编码规则表示某一数值，如二 - 十进制编码（BCD码）； 数制—选定某一计数体制表示数值，如2、16进制等； §1.2.1 常用计数制及其互换 一、2进制 2个数字符号：0、1，计数规律：逢2进1，1＋1，本位复0，且向高位进1。 2进制数的位权展开式： (N)2＝ 式中：Ki 系数；2：进位基数；2i ：第i位的位权；n、m分别表示：“ .”前、后的位数。 任意一个2进制数按其位权展开，都可转换为10进制数。如：(11.1)2＝(1×21＋1×20＋1×2-1)10＝(3.5)10 二、16进制 16个码：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A（10），B（11），C（12），D（13），E（14）， F（15），计数规律：逢16进1，即F＋1＝10。16进制数位权展开式： (N)16＝ 1位16进制数和4位二进制数之间的互换规律： ∵ 进位基数16＝24 ∴ 2进制与16进制转换采用：2进制数整数部分：从低位起每4位分成一组，最高位一组不足4位，左以0补足；小数部分：高位起每4位分一组，最低位一组不够4位，右用0补足，然后依次用1位16进制数替换全部各4位二进制数。反之亦然。例如： (111 1010 0101 . 0110 11)2=(7A5. 6C)16 反之，可将16进制数—→2进制数。如： (68A . 2C)16=(11010001010 . 001011)2 三、2与10进制数之互换 例1-2 将(1101 . 101)2转换成10进制数。 解：用位权展开式：(1101. 101)2＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1＋0×2-2＋1×2-3＝(13. 625)10 例1