【正文】 第 1章 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 學(xué)習(xí)要點(diǎn)： ? 二進(jìn)制、二進(jìn)制與十進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換 ? 邏輯代數(shù)的公式與定理、邏輯函數(shù)化簡(jiǎn) ? 基本邏輯門電路的邏輯功能 第 1章 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（緒論） 數(shù)制與編碼 邏輯代數(shù)基礎(chǔ) 邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn) 邏輯函數(shù)的表示方法及其相互轉(zhuǎn)換 門電路 退出 數(shù)字電路概述 數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路 數(shù)字電路的特點(diǎn)與分類 退出 課程說(shuō)明 數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路 模擬信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)。 數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上不連續(xù)的（即離散的）信號(hào)。 u u 模擬信號(hào)波形 數(shù)字信號(hào)波形 t 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。 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。 數(shù)字信號(hào)的主要參數(shù) 一個(gè)理想的周期性數(shù)字信號(hào) ， 可用以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)描繪： Vm—— 信號(hào)幅度 。 T—— 信號(hào)的重復(fù)周期 。 tW—— 脈沖寬度 。 q—— 占空比 。 其定義為： %100(%) W ?? Ttq5 V(V) 0 t(ms) tw T Vm 圖中所示為三個(gè)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(hào)。 Vt(V )(m s )5010 20 30 40 50Vt(V )(m s )010 20 30 40 50Vt(V )(m s )010 20 30 40 5010(a )(b)(c ) 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(fù)邏輯體制 規(guī)定：低電平為邏輯 1， 高電平為邏輯 0。 下圖為采用正邏輯體制所表的示邏輯信號(hào)： 正邏輯與負(fù)邏輯 數(shù)字信號(hào)是一種二值信號(hào)，用兩個(gè)電平（高電平和低電平）分別來(lái)表示兩個(gè)邏輯值（邏輯 1和邏輯 0）。 邏輯 0 邏輯 0 邏輯 0 邏輯 1 邏輯 1 數(shù)字電路的的特點(diǎn)與分類 （ 1）工作信號(hào)是二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，在時(shí)間上和數(shù)值上是離散的（不連續(xù)），反映在電路上就是低電平和高電平兩種狀態(tài)（即 0和 1兩個(gè)邏輯值）。 （ 2）在數(shù)字電路中，研究的主要問(wèn)題是電路的邏輯功能，即輸入信號(hào)的狀態(tài)和輸出信號(hào)的狀態(tài)之間的關(guān)系。 （ 3）對(duì)組成數(shù)字電路的元器件的精度要求不高，只要在工作時(shí)能夠可靠地區(qū)分 0和 1兩種狀態(tài)即可。 數(shù)字電路的特點(diǎn) 數(shù)字電路的分類 （ 2）按所用器件制作工藝的不同：數(shù)字電路可分為雙極型（ TTL型）和單極型（ MOS型）兩類。 （ 3）按照電路的結(jié)構(gòu)和工作原理的不同：數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩類。組合邏輯電路沒(méi)有記憶功能，其輸出信號(hào)只與當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而與電路以前的狀態(tài)無(wú)關(guān)。時(shí)序邏輯電路具有記憶功能，其輸出信號(hào)不僅和當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而且與電路以前的狀態(tài)有關(guān)。 （ 1）按集成度分類：數(shù)字電路可分為小規(guī)模（ SSI，每片數(shù)十器件）、中規(guī)模（ MSI，每片數(shù)百器件）、大規(guī)模（ LSI，每片數(shù)千器件）和超大規(guī)模（ VLSI，每片器件數(shù)目大于 1萬(wàn)）數(shù)字集成電路。集成電路從應(yīng)用的角度又可分為通用型和專用型兩大類型。 ? 一、按集成電路規(guī)模分類 ? 集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目 ? 小規(guī)模集成電路 (Small Scale IC， SSI) ? 中規(guī)模集成電路 (Medium Scale IC， MSI) ? 大規(guī)模集成電路 (Large Scale IC， LSI) ? 超大規(guī)模集成電路 (Very Large Scale IC， VLSI) ? 特大規(guī)模集成電路 (Ultra Large Scale IC， ULSI) ? 巨大規(guī)模集成電路 (Gigantic Scale IC， GSI） 劃分集成電路規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)字集成電路 類 別 M O S I C 雙極 IC 模擬集成電路 SSI ＜ 102 ＜ 1 0 0 ＜ 30 M S I 102～ 103 100 ～ 5 0 0 30 ～ 100 LS I 103～ 105 500 ～ 2 0 0 0 100 ～ 3 0 0 V L S I 105～ 107 ＞ 2 0 0 0 ＞ 3 0 0 U LS I 107～ 109 G S I ＞ 109 工藝類型 電源消耗 速度 封裝 電阻晶體管邏輯（ RTL） 高 低 分粒 二極管晶體管邏輯（ DTL） 高 低 分粒 ,SSI 晶體管晶體管邏輯（ TTL） 中 中 SSI,MSI 發(fā)射極耦合邏輯（ ECL） 高 高 SSI,MSI,LSI 負(fù)金屬氧化物半導(dǎo)體（ pMOS） 中 低 MSI,LSI 正金屬氧化物半導(dǎo)體（ nMOS） 中 中 MSI,LSI,VLSI 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（ CMOS） 低 中 SSI,MSI,LSI, VLSI 鎵砷化物（ GaAs） 高 高 SSI,MSI,LSI 二、按集成工藝分類 三、按電路結(jié)構(gòu)分類 ? 組合邏輯電路 ? 時(shí)序邏輯電路 當(dāng)前數(shù)字電路設(shè)計(jì)的趨勢(shì) 越來(lái)越大的設(shè)計(jì)；越來(lái)越短的推向市場(chǎng)的時(shí)間 越來(lái)越低的價(jià)格 大量使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具（ EDA技術(shù)）；多層次的設(shè)計(jì)表述；大量使用復(fù)用技術(shù) IP（ Intellectual Property） 課程說(shuō)明 ? 數(shù)字邏輯基礎(chǔ) ? 邏輯門電路 ? 組合邏輯電路 ? 觸發(fā)器 ? 時(shí)序邏輯電路 ? 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 ? 脈沖波形的產(chǎn)生與整形 ? 可編程邏輯器件和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 ? 數(shù) /模和模 /數(shù)轉(zhuǎn)換 主要內(nèi)容： 課程意義： 數(shù)字電路是一門硬件方面的重要基礎(chǔ)課 。其任務(wù)是使同學(xué)們獲得數(shù)字電路的基本理論 、基本知識(shí) 、 基本技能 ， 掌握數(shù)字邏輯的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法 ， 培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題 、解決問(wèn)題能力以及工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。 學(xué)習(xí)本門課程應(yīng)注意的問(wèn)題： ? ⑴ 應(yīng)著重抓好基本理論、基本知識(shí)、基本方法的學(xué)習(xí)。 ? ⑵能熟練運(yùn)用數(shù)字電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法。 ? ⑶重視實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 教材及參考書： 1. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程 (第二版 ) 余孟嘗 主編 高等教育出版社 1998 3. 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分 (第四版 ) 康華光 主編 高等教育出版社 2023 2. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) (第四版 ) 閻 石 主編 高等教育出版社 1998 成績(jī)考核 期末總成績(jī) =平時(shí)成績(jī)（ 20%） +實(shí)驗(yàn)成績(jī)（ 20%） + 期末試卷成績(jī)（ 60%） 平時(shí)成績(jī)： 作業(yè) 、考勤 ……….. 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 期末試卷成績(jī)： ………………. 最后，祝同學(xué)們期末有一個(gè)滿意的成績(jī)！ 本節(jié)小結(jié) 數(shù)字信號(hào)的數(shù)值相對(duì)于時(shí)間的變化過(guò)程是跳變的、間斷性的。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。模擬信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，即可用數(shù)字電路進(jìn)行傳輸、處理。 1. 2 數(shù)制與編碼 數(shù)制 數(shù)制轉(zhuǎn)換 編碼 退出 （ 1）進(jìn)位制：表示數(shù)時(shí)，僅用一位數(shù)碼往往不夠用，必須用進(jìn)位計(jì)數(shù)的方法組成多位數(shù)碼。多位數(shù)碼每一位的構(gòu)成以及從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡(jiǎn)稱進(jìn)位制。 數(shù)制 （ 2）基 數(shù)：進(jìn)位制的基數(shù)，就是在該進(jìn)位制中可能用到的數(shù)碼個(gè)數(shù)。 （ 3） 位 權(quán)（位的權(quán)數(shù)）：在某一進(jìn)位制的數(shù)中，每一位的大小都對(duì)應(yīng)著該位上的數(shù)碼乘上一個(gè)固定的數(shù)，這個(gè)固定的數(shù)就是這一位的權(quán)數(shù)。權(quán)數(shù)是一個(gè)冪。 數(shù)碼為： 0～ 9；基數(shù)是 10。 運(yùn)算規(guī)律：逢十進(jìn)一，即： 9＋ 1＝ 10。 十進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開(kāi)式： 十進(jìn)制 ５ ５ ５ ５ ５１０ ３ ＝５０００ ５１０ ２ ＝ ５００ ５１０ １ ＝ ５０ ５１０ ０ ＝ ５ ＝５５５５ 10 10 10 100稱為十進(jìn)制的權(quán)。各數(shù)位的權(quán)是 10的冪。 同樣的數(shù)碼在不同的數(shù)位上代表的數(shù)值不同。 ＋ 任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以表示為各個(gè)數(shù)位上的數(shù)碼與其對(duì)應(yīng)的權(quán)的乘積之和，稱權(quán)展開(kāi)式。 即： (5555)10＝ 5 103 ＋ 5 102＋ 5 101＋ 5 100 又如： ()10＝ 1 102 ＋ 4 101＋ 3 100＋ 7 10－ 1＋ 5 10－ 2 二進(jìn)制 數(shù)碼為： 0、 1；基數(shù)是 2。 運(yùn)算規(guī)律：逢二進(jìn)一，即： 1＋ 1＝ 10。 二進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開(kāi)式： 如： ()2＝ 1 22 ＋ 0 21＋ 1 20＋ 0 2－ 1＋ 1 2－ 2 ＝ ()10 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， =1 運(yùn)算規(guī)則 各數(shù)位的權(quán)是２的冪 二進(jìn)制數(shù)只有 0和 1兩個(gè)數(shù)碼，它的每一位都可以用電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，且運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，相應(yīng)的運(yùn)算電路也容易實(shí)現(xiàn)。 數(shù)碼為： 0～ 7；基數(shù)是 8。 運(yùn)算規(guī)律：逢八進(jìn)一，即： 7＋ 1＝ 10。 八進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開(kāi)式： 如： ()10＝ 2 82 ＋ 0 81＋ 7 80＋ 0 8－ 1＋ 4 8－ 2 ＝ ()10 八進(jìn)制 十六進(jìn)制 數(shù)碼為： 0～ A～ F；基數(shù)是 16。 運(yùn)算規(guī)律：逢十六進(jìn)一，即： F＋ 1＝ 10。 十六進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開(kāi)式： 如： ()2＝ 13 161 ＋ 8 160＋ 10 16－ 1＝ ()10 各數(shù)位的權(quán)是 8的冪 各數(shù)位的權(quán)是 16的冪 結(jié)論 ①一般地， N進(jìn)制需要用到 N個(gè)數(shù)碼，基數(shù)是 N；運(yùn)算規(guī)律為逢 N進(jìn)一。 ②如果一個(gè) N進(jìn)制數(shù) M包含ｎ位整數(shù)和ｍ位小數(shù)，即 (an1 an2 … a 1 a0 a－ 1 a－ 2 … a － m)2 則該數(shù)的權(quán)展開(kāi)式為： (M)2 ＝ an1 Nn1 ＋ an2 Nn2 ＋ … ＋ a1 N1＋ a0 N0＋ a－ 1 N1＋ a－ 2 N2＋ … ＋ a－ m Nm ③由權(quán)展開(kāi)式很容易將一個(gè) N進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。 幾種進(jìn)制數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 八進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù)01234567891011121314150 0 0 0 00 0 0 0 10 0 0 1 00 0 0 1 10 0 1 0 00 0 1 0 10 0 1 1 00 0 1 1 10 1 0 0 00 1 0 0 10 1 0 1 00 1 0 1 10 1 1 0 00 1 1 0 10 1 1 1 00 1 1 1 10123456710111213141516170123456789ABCDEF 數(shù)制轉(zhuǎn)換 （ 1）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)： 將二進(jìn)制數(shù)由小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每 3位分成一組，不夠 3位補(bǔ)零，則每組二進(jìn)制數(shù)便是一位八進(jìn)制數(shù)。 將 N進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)，即可以轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。 二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換 1 1 0 1