电子技术基础.ppt

1、 电子技术基础n模拟电子技术n数字电子技术 4 常用组合逻辑功能部件常用组合逻辑功能部件2 逻辑门电路逻辑门电路1 数字逻辑基础数字逻辑基础3 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计5 触发器触发器6 时序电路的分析与设计时序电路的分析与设计7 常用时序逻辑功能部件常用时序逻辑功能部件*8 半导体存储器和可编程逻辑部件半导体存储器和可编程逻辑部件9 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换*10 数模与模数转换器数模与模数转换器研究内容：研究内容：数字电子技术基础是电类专业系列平台课程中数字电子技术基础是电类专业系列平台课程中的核心课程，也是该专业在电子技术方面入门性质的核心课程，也

2、是该专业在电子技术方面入门性质的重要专业基础课。的重要专业基础课。课程性质：课程性质：数字电子技术是研究数字信号的处理的学科。数字电子技术是研究数字信号的处理的学科。数字信号传输、变换、产生等。数字信号传输、变换、产生等。课程任务：课程任务：器件、基本功能电路及系统的基本概念、基本原理器件、基本功能电路及系统的基本概念、基本原理和基本分析、设计方法。和基本分析、设计方法。器件、基本功能电路及系统。器件、基本功能电路及系统。n本章重点：n模拟信号与数字信号的区别、各种信号之间的转换关系及逻辑函数的基本运算关系。1.1 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 1.3 数制数制1.4 二进制码二进制码

3、1.5 基本逻辑运算基本逻辑运算 1.2 数字电路数字电路 5、掌握基本逻辑运算及逻辑问题的描述方法。、掌握基本逻辑运算及逻辑问题的描述方法。教学基本要求教学基本要求1、了解数字信号与数字电路的基本概念、了解数字信号与数字电路的基本概念2、了解数字信号的特点及表示方法。、了解数字信号的特点及表示方法。3、掌握常用二十、二一十六进制的转换。、掌握常用二十、二一十六进制的转换。4、了解常用二进制码，特别是、了解常用二进制码，特别是8421 BCD码码1.1 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号模拟信号模拟信号-时间和数值均连续变化时间和数值均连续变化的信号，如正弦的信号，如正弦波、指数函数等波、指

4、数函数等 OtOtOt图图1.1.1 几种模拟信号波形几种模拟信号波形 数字信号数字信号-在时间上和数值上均是离散的在时间上和数值上均是离散的信信号，如脉冲信号等。在数字电路中，常用数字号，如脉冲信号等。在数字电路中，常用数字“0”0”和和“1”1”来表示。这里的来表示。这里的“0”0”和和“1”1”，不是十进制，不是十进制数中的数字，而是数中的数字，而是逻辑逻辑0和和逻辑逻辑1;逻辑逻辑“0”0”和逻辑和逻辑“1”1”表示彼此相关又互相对表示彼此相关又互相对立的两种状态。例如，立的两种状态。例如，“是是”与与“非非”、“真真”与与“假假”、“开开”与与“关关”、“低低”与与“高高”等等等等

5、。因而常称为因而常称为数字逻辑数字逻辑。数字电路又称二值数字逻辑，它们可以用电子器件数字电路又称二值数字逻辑，它们可以用电子器件的开关特性来实现。产生离散信号电压或数字电压。的开关特性来实现。产生离散信号电压或数字电压。电压电压(V)二值逻辑二值逻辑电电 平平+51H(高电平高电平)00L(低电平低电平)离散信号电压或数字电压通常用逻辑电平来表示。离散信号电压或数字电压通常用逻辑电平来表示。例如，逻辑电平与电压值的关系可用下表来描述：例如，逻辑电平与电压值的关系可用下表来描述：1.2 数字电路数字电路一、一、数字电路的特点：数字电路的特点：数字电路中，电路只有两种工作状态，三极管不数字电路中，

6、电路只有两种工作状态，三极管不是工作在饱和区就是工作在截止区。是工作在饱和区就是工作在截止区。三极管饱和导通用高电平三极管饱和导通用高电平“1”表示，三极管截止表示，三极管截止用低电平用低电平“0”表示，而且我们只关心信号的表示，而且我们只关心信号的“有有”和和“无无”，电平的，电平的“高高”和和“低低”，而不去理会其，而不去理会其具体的精确数值。具体的精确数值。电平从电平从3.6V5V均称为高电平均称为高电平“1”，0.0V0.4V均称为低电平均称为低电平“0”，其微小的变化是无意义的。这，其微小的变化是无意义的。这与模拟电路相比，更突出了工程特点。与模拟电路相比，更突出了工程特点。1.2

7、数字电路数字电路一、一、数字电路的特点：数字电路的特点：数字电路的抗干扰能力强，固而可靠。现在，越数字电路的抗干扰能力强，固而可靠。现在，越来越多的模拟产品被数字产品所替代，从手表到电来越多的模拟产品被数字产品所替代，从手表到电视机、手机等等。视机、手机等等。在信号的传送过程中，数字传送比模拟传送也要在信号的传送过程中，数字传送比模拟传送也要可靠的多。可靠的多。二、数字电路的分析方法与测试技术二、数字电路的分析方法与测试技术1.2 数字电路数字电路数字电路的研究对象是电路的输入与输出之间的数字电路的研究对象是电路的输入与输出之间的逻辑关系；逻辑关系；三极管工作在开关状态，所以，分析方法不能再三

8、极管工作在开关状态，所以，分析方法不能再是模拟电路中的图解法、小信号模型分析法，而是是模拟电路中的图解法、小信号模型分析法，而是采用布尔代数、真值表、卡诺图、逻辑表达式、逻采用布尔代数、真值表、卡诺图、逻辑表达式、逻辑图、时序图等。辑图、时序图等。二、数字电路的分析方法与测试技术二、数字电路的分析方法与测试技术1.2 数字电路数字电路测试设备为：数字万用表、电子示波器等。具体测试设备为：数字万用表、电子示波器等。具体测试技术将在实验课中详细介绍。测试技术将在实验课中详细介绍。1.3.1 十进制十进制 1.3.2 二进制二进制 1.3.3 十二进制之间的转换十二进制之间的转换 1.3.4 八进制

9、八进制 1.3.5 十六进制十六进制 1、任何一位数可以而且只可以用、任何一位数可以而且只可以用 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 这十这十个数码表示。个数码表示。2、进位规律是、进位规律是“逢十进一逢十进一”。即。即 9+1=10=1101+0100例如：例如：2101001210104101103)14.3(104103102)234(式中，式中，102、101 是根据每一个数码所在的位置而定的，称是根据每一个数码所在的位置而定的，称之为之为“权权”。3、在十进制中，各位的权都是、在十进制中，各位的权都是10的幂，而每个权的系数只的幂，而每个权的系数只能是能是09这十个数码中的一个。

10、这十个数码中的一个。1.3.1 十进制数十进制数90,10)(10iiiiKKN位权位权系数系数 在数字电路中，计数的基本思想是要把电路的在数字电路中，计数的基本思想是要把电路的状态与数码一一对应起来。显然，采用十进制是十状态与数码一一对应起来。显然，采用十进制是十分不方便的。它需要十种电路状态，要想严格区分分不方便的。它需要十种电路状态，要想严格区分这十种状态是很困难的。这十种状态是很困难的。1 1、任何一位数可以而且只可以用、任何一位数可以而且只可以用0 0和和1 1表示。表示。2 2、进位规律是：、进位规律是：“逢二进一逢二进一”。3 3、各位的权都是、各位的权都是2 2的幂。的幂。1,

11、0,2)(2iiiiKKN1.3.2 二进制数二进制数位权位权系数系数例如：例如：1+1=1+1=1010=1=12 21 1+0+02 20 0例例1.3.2 1.3.2 试将二进制数试将二进制数(01010110)(01010110)B B转换为十进制数。转换为十进制数。解：将每一位二进制数乘以位权然后相加便得相应的十进解：将每一位二进制数乘以位权然后相加便得相应的十进制数。制数。位数太多，不符合人的习惯，不能在头脑中立即反映位数太多，不符合人的习惯，不能在头脑中立即反映出数值的大小，一般要将其转换成十进制后，才能反映。出数值的大小，一般要将其转换成十进制后，才能反映。1 1、易于电路实现

12、、易于电路实现-每一位数只有两个值，可以用管子每一位数只有两个值，可以用管子的导通或截止，灯泡的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来的导通或截止，灯泡的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来表示。表示。2 2、基本运算规则简单、基本运算规则简单(01010110)(01010110)B B=2=26 6+2+24 4+2+22 2+2+21 1=（86)86)D D 常用方法是常用方法是“按权相加按权相加”。1.1.整数部分用整数部分用“辗转相除辗转相除”法法:将十进制数连续不断地除以将十进制数连续不断地除以2,直至商为零，直至商为零，所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数所得余数由低位到高位排列，

13、即为所求二进制数整数部分整数部分小数部分小数部分1.3.3 十二进制之间的转换十二进制之间的转换例如例如:(63)10=(?)26321=b01=b53153171=b11=b21=b31=b42222余数 若十进制数较大时，不必逐位去除若十进制数较大时，不必逐位去除2 2，可算出，可算出2 2的幂与十进制对比，如：的幂与十进制对比，如：（261)261)10 10=(?)=(?)2 2 2 28 8=256=256，261 256=5 261 256=5，(5)(5)1010=(101)=(101)2 2,(261),(261)1010=(100000101)=(100000101)2 22

14、.2.十进制小数可表示为：十进制小数可表示为：n等式两边依次乘以等式两边依次乘以2,2,可分别得可分别得b b-1-1、b b-2-2.:.:nnnndbbbbN22.22)()1()1(2211)2()1()3()2(13022)1()2()1(120122.22)(222.22)(2nnnndnnnndbbbbNbbbbN1b2b例例1.3.5 将将(0.706)D转换为二进制数，要求其误差不大于转换为二进制数，要求其误差不大于2 2-10-10。解：按式解：按式(1.3.5)所表达的方法，可得、所表达的方法，可得、如下：如下：0.7062=1.4121 b10.4122=0.8240 b

15、20.8242=1.6481 b30.6482=1.2961 b40.2962=0.5920 b50.5922=1.1841 b6 0.1842=0.3680 b7 0.3682=0.7360 b8 0.7362=1.4721 b9 由于最后的小数小于由于最后的小数小于0.5，根据，根据“四舍五入四舍五入”的原则，应为的原则，应为0。所以，所以，(0.706)D=(0.101101001)B，其误差，其误差 2101.3.4 八八 进进 制制 1 1、八进制数以、八进制数以8为基数，采用为基数，采用0,1,2,3,4,5,6,7八个数码表示任何一位数。八个数码表示任何一位数。2 2、进位规律是

16、、进位规律是“逢八进一逢八进一”。3 3、各位的权都是、各位的权都是8的幂。的幂。例如例如(144)O=64+32+4=(100)D1.3.4 八八 进进 制制 将每位八进制数展开成三位二进制数，排列顺序不变即可。将每位八进制数展开成三位二进制数，排列顺序不变即可。转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小数部分自左转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小数部分自左向右，三位一组，不够三位的添零补齐，则每三位二进制数向右，三位一组，不够三位的添零补齐，则每三位二进制数表示一位八进制数。表示一位八进制数。因为八进制的基数因为八进制的基数8=23 ，所以，可将三位二进制数表示一，所以，可将三位二

17、进制数表示一位八进制数，即位八进制数，即 000111 表示表示 07例例 (10110.011)B=例例 (752.1)O=(26.3)O(111 101 010.001)B 1 1、十六进制数采用、十六进制数采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A、B、C、D、E、F十六个数码表示。十六个数码表示。2 2、进位规律是、进位规律是“逢十六进一逢十六进一”。3 3、各位的权都是、各位的权都是1616的幂。的幂。1.3.5 十六进制十六进制 1.3.5 十六进制十六进制因为因为16进制的基数进制的基数16=24 ，所以，可将四位二进制，所以，可将四位二进制数表示一位数表示一位16进制数，即

18、进制数，即 00001111 表示表示 0-F。例例(111100010101110)B=将每位将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。不变即可。例例 (BEEF)H=(78AE)H(1011 1110 1110 1111)B1.3.5 十六进制十六进制 十六进制在数字电路中，尤其在计算机中得到广泛十六进制在数字电路中，尤其在计算机中得到广泛的应用，因为：的应用，因为：1、与二进制之间的转换容易；、与二进制之间的转换容易；2、计数容量较其它进制都大。假如同样采用四、计数容量较其它进制都大。假如同样采用四位数码，二进制最多可计至位数码，二进制最多可

19、计至 1111B=15D；八进制可；八进制可计至计至 7777O=14095D；十进制可计至；十进制可计至 9999D；十六；十六进制可计至进制可计至 FFFFH=65535D，即，即64K。其容量最大。其容量最大。3、计算机系统中，大量的寄存器、计数器等往往、计算机系统中，大量的寄存器、计数器等往往按四位一组排列。故使十六进制的使用独具优越性。按四位一组排列。故使十六进制的使用独具优越性。end表表1.3.1 几种数制之间的关系对照表几种数制之间的关系对照表十进制数十进制数二进制数二进制数八进制数八进制数十六进制数十六进制数0123456789100000000001000100001100

20、100001010011000111010000100101010012345671011120123456789A十进制数十进制数二进制数二进制数八进制数八进制数十六进制数十六进制数111213141516171819200101101100011010111001111100001000110010100111010013141516172021222324BCDEF10111213142nN 建立二进制代码与十进制数值、字母、符号等的一一对建立二进制代码与十进制数值、字母、符号等的一一对应的关系称为编码。应的关系称为编码。若需编码的信息有若需编码的信息有N项，则需用的二进制数码的位数项，

21、则需用的二进制数码的位数n应满足如下关系：应满足如下关系：代码不表示数量的大小，只是不同事或物的代号，为了代码不表示数量的大小，只是不同事或物的代号，为了便于记忆和处理，在编制代码时总要遵循一定的规则，这便于记忆和处理，在编制代码时总要遵循一定的规则，这些规则就称为码制。些规则就称为码制。用二进制数码对事物进行表示，称为二进制代码。用二进制数码对事物进行表示，称为二进制代码。数字系统中的信息分两类：数字系统中的信息分两类：数值码数值码代码代码(研究数值表示的方法研究数值表示的方法)也称自然权码，其排列简单，完全符合二十也称自然权码，其排列简单，完全符合二十进制数之间的转换规律。进制数之间的转换

22、规律。当用四位二进制码时，有当用四位二进制码时，有00001111 十六种组合，十六种组合，分别代表分别代表015的十进制数。的十进制数。当用五位二进制码时，有当用五位二进制码时，有当用当用n位二进制码时，有位二进制码时，有 0000011111 三十二种三十二种组合，分别代表组合，分别代表031的十进制数。的十进制数。2n 个代码。个代码。BCD码又称二十进制码，通常用四位二进制码码又称二十进制码，通常用四位二进制码表示一位十进制数，只取十个状态，而且每四个二表示一位十进制数，只取十个状态，而且每四个二进制码之间是进制码之间是“逢十进一逢十进一”。有多种可能，故而便产生了多种有多种可能，故而

23、便产生了多种BCD码，其中使码，其中使用最多的是用最多的是8421 BCD 码码 (简称简称8421 码码)。四位二进制码可产生四位二进制码可产生16个数个数00001111，而表示十，而表示十进制数只需要十个代码，其余六个成为多余。选择进制数只需要十个代码，其余六个成为多余。选择哪十个，丢弃哪六个？哪十个，丢弃哪六个？8421 码是按顺序取四位二进制码中的前十种状态，码是按顺序取四位二进制码中的前十种状态，即即00001001，代表十进制的，代表十进制的09，而，而10101111弃之不用。弃之不用。除此之外，还可取四位二进制码的前五种和后五种除此之外，还可取四位二进制码的前五种和后五种状态

24、，代表十进制的状态，代表十进制的09，中间六个状态不用，这，中间六个状态不用，这就构成了就构成了2421码，它也是一种有权码，其权依次为码，它也是一种有权码，其权依次为2、4、2、1。8421码是一种有权码，从高位到低位的权依次为码是一种有权码，从高位到低位的权依次为8、4、2、1，按权相加，即可得到所代表的十进制数，按权相加，即可得到所代表的十进制数，如：如：1001 01104+2=68+1=9 另外还有另外还有5421码和余码和余3码等（余码等（余3码为无权码，它码为无权码，它是是8421码加码加0011得来的）。得来的）。b3b2b1b023222120代码对应的十进制数代码对应的十进

25、制数自然二自然二进制码进制码二十进制数8421 码2421 码余3码00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456789101112131415012345678901234567890123456789表表1.4.1 几种常见的码几种常见的码 （P20）v 逻辑代数逻辑代数 研究逻辑电路的数学工具。研究逻辑电路的数学工具。逻辑代数又称布尔代数。逻辑代数又称布尔代数。逻辑，指的是条件和结果的关系，电路的输入信号即条逻辑，指的是条件和结果的关系，电路的输入信号即条件，输出信号即结果。件，输出信号即结果

26、。条件满足和结果发生用条件满足和结果发生用“1”表示，反之用表示，反之用“0”表示。此表示。此时的时的“1”和和“0”，只表示两个对立的逻辑状态，而不表示，只表示两个对立的逻辑状态，而不表示数值的大小。数值的大小。在逻辑代数中，有三种最基本的逻辑运算：在逻辑代数中，有三种最基本的逻辑运算：“与运算与运算”、“或运算或运算”、“非非运算运算”1.真值表真值表-描述逻辑关系的表格描述逻辑关系的表格 2.逻辑表达式逻辑表达式-输入信号为自变量，输出为函数输入信号为自变量，输出为函数的数学表达方式的数学表达方式 3.逻辑符号逻辑符号-在画电路时使用的符号在画电路时使用的符号这三种基本的逻辑运算可用这三

27、种基本的逻辑运算可用“真值表真值表”、“逻辑表达式逻辑表达式”和和“逻辑符号逻辑符号”来描述来描述 用开关串联电路实现用开关串联电路实现图图1.5.1 与逻辑运算与逻辑运算开关开关A A、B B控制灯泡控制灯泡L L，只有当，只有当A A和和B B同时闭合时，灯泡才能点亮同时闭合时，灯泡才能点亮1.与运算与运算 B A(a)E AB 灯灯不通不通不通不通通通通通不通不通通通不通不通通通不亮不亮不亮不亮不亮不亮亮亮AB L&ABL=ABAB L000AB L001101010001=AB定义：定义：某事件有若干个条件，只有当所有条件某事件有若干个条件，只有当所有条件全部满全部满 足时，这件事才发

28、生。足时，这件事才发生。用开关并联电路实现用开关并联电路实现只要开关只要开关A A和和B B中有一个闭合，或两个都闭合，灯泡就会亮。中有一个闭合，或两个都闭合，灯泡就会亮。图图1.5.2 或逻辑运算或逻辑运算 A B L=A+B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 A E B L=A+B A B 1 A B 灯灯 不不通通 不不通通 不不亮亮 不不通通 通通 亮亮 通通 不不通通 亮亮 通通 通通 亮亮 (d)定义：定义：某事件有若干个条件某事件有若干个条件，只要其中一个或一个以只要其中一个或一个以 上的条件得到满足，这件事就发生。上的条件得到满足，这件事就发生。2.或运算或运算图

29、图1.5.3 非逻辑运算非逻辑运算 下图表示一个简单的下图表示一个简单的非非逻辑电路，当继电器通电，灯逻辑电路，当继电器通电，灯泡熄灭；继电器不通电，灯泡点亮。泡熄灭；继电器不通电，灯泡点亮。定义：一某事件的产生取决于条件的否定，定义：一某事件的产生取决于条件的否定，这种关系称为非逻辑。这种关系称为非逻辑。A LA 0 1 1 0 继继电电器器A 灯灯 不不通通电电 亮亮 通通电电 不不亮亮 A(c)(b)(a)E NC 图图1.5.3 非逻辑运算非逻辑运算3.非运算非运算 LA LA(a)A(b)A 1 1 图图1.5.4 非逻辑门电路的符号非逻辑门电路的符号 上述三种是最基本的逻辑运算，经过组合，可上述三种是最基本的逻辑运算，经过组合，可以构成各种复杂的逻辑。表以构成各种复杂的逻辑。表1.5.1 列出了几种常用列出了几种常用的逻辑运算。的逻辑运算。非运算的其它逻辑符号：非运算的其它逻辑符号：