现代电子线路07数字电路基础

2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.1第七章：数字电路基础本章内容：§7.1数字电路概述§7.2基本逻辑门电路§7.3TTL逻辑门电路§7.4逻辑函数及其表示方法§7.5逻辑函数的化简法2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.2§7.1数字电路概述1、数字信号tu(t)高电平低电平上升沿下降沿数字信号表示数字量的信号，研究时要注重它的有无或出现次数，数字信号的出现时间一般由时钟信号控制，而取值的离散性更使数字信号在处理、存储和传输等方面比模拟信号有很多优势。一、数字电路的特点正逻辑高电平逻辑“1”低电平逻辑“0”一般情况下，采用正逻辑。负逻辑高电平逻辑“0”低电平逻辑“1”2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.3数字电路：处理数字信号的电路称为数字电路。⑴、数字电路中的电子器件工作于饱和状态或截至状态，起开关作用；⑵、基本电路单元结构简单（逻辑门电路、触发器），易于大规模集成；⑶、研究对象是输出与输入信号间的逻辑关系（因果关系），即电路的逻辑功能；⑷、基本数字电路：组合逻辑电路时序逻辑电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整形电路）⑸、易于采用EDA工具进行分析与设计；⑹、应用范围非常广泛。2、数字电路的特点2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.4二、数制与码制1、数制数制是指进位计数的方法与规则，如十进制、二进制等等。⑴、十进制逢十进一、借一当十(123.45)10＝1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-2位置表示法多项式表示法通式：mmnnmnDDDDDDDDDD1010101010)(11001111101011mniiiD110权模2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.5⑵、二进制mmnnmnBBBBBBBBBB22222)(1100111121011mniiiB12权模逢二进一、借一当二⑶、R进制mmnnRmnRARARARARAAAAAA110011111011)(权模逢R进一、借一当RmniiiRA1⑷、十六进制逢16进一、借一当16系数：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15表示为：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.6⑸、数制间的转换①、R进制转换成十进制方法：按权展开，求和。1032101232)375.13(21212021202121)011.1101(②、十进制转换成R进制方法：整数部分：除R取余，逆序排列小数部分：乘R取整，顺序排列210)011.1101()375.13(整数小数1326…………余123…………余021…………余120…………余1逆序0.375×20.75………取整得0×20.751.5…………取整得1×20.51.0…………取整得1顺序2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.7③、其它数制间的转换方法：先转成十进制数，再转成所需数制。特例：十六进制和二进制的相互转换十六进制转二进制：将每位十六进制数转成4位二进制数，依序排列即可；二进制转十六进制：以小数点为基准，整数部分从右往左，小树部分从左往右，将二进制数按4位一组分组，不足位置补0，然后将每组的4位二进制数转换成1位十六进制数，依序排列即可。2161000101011000011)10101.111100()8.3(AC1628030)8.3()00011010.11001100(ACAC补补2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.82、二进制运算*⑴、四则运算1000101011011＝011001011011＝1000101011011＋11000101101111011101011011＝110111000010110000101101011011001.1001011011＝001101010100010110110101....001.102020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.9⑵、计算机中的数值表示无符号数：没有符号位，表示正数。8位无符号整数可表示0～255；有符号数：第1位（最高位）为符号位，“0”表示正数，“1”表示负数。8位有符号整数可表示-128～127；定点数：小数点固定浮点数：小数点不固定，由符号位、指数部分、小数部分组成。定点整数：没有小数部分定点小数：纯小数，默认小数点在符号位之后10111001-0.0111001singlefloat：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX符号位指数部分（7位）小数部分（24位）±BCBC2.02020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.10⑶、原码、反码、补码原码：将数值表示成二进制数，并在最高位增加一个符号位，正数为0，负数为1，即得到该数值的原码。原符号位)01111010(61原符号位)01111011(61反码：正数的反码等于原码，负数的反码为保留符号位，按位求反。反，)01111010(61反，)10000101(61补码：正数的补码等于原码，负数的补码为反码加1。补，)01111010(61补，)10000111(612020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.113、十进制数的二进制代码十进制数8421码（BCD码）2421码5211码0000000000000100010001000120010001001003001100110101401000100011150101101110006011011001001701111101110081000111011019100111111111权842124215211⑴、有权代码2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.12十进制数余3码循环码（格雷码）余3循环码0001100000010101000001011020101001101113011000100101401110110010051000011111006100101011101710100100111181011110011109110011011010⑵、无权代码二进制数[0]0101求异循环码01112020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.134、字符编码*⑴、ASCII码（美国信息交换标准代码）AmericanStandardCodeforInformationInterchangeb3b2b1b0b6b5b40000010100111001011101110000NULDLESP0@P`p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.N^n~1111SIUS/?O_oDELb7为奇偶校验位国际标准ISO6462020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.14⑵、通用字符集(UCS：UniversalCharacterSet)编码长度32位，目前只分配了16位共65534个字符，包含了用于表达所有已知语言的字符，不仅包括拉丁语、希腊语、斯拉夫语、希伯来语、阿拉伯语、亚美尼亚语和乔治亚语的描述，还包括中文、日文和韩文这样的象形文字，以及平假名、片假名、孟加拉语、旁遮普语果鲁穆奇字符(Gurmukhi)、泰米尔语、印·埃纳德语(Kannada)、Malayalam、泰国语、老挝语、汉语拼音(Bopomofo)、Hangul、Devangari、Gujarati、Oriya、Telugu等等。ISO10646⑶、汉字编码国家标准（16位）GB2312：收录6763个简体字；GBK：对GB2312的扩充，收入中、日、韩汉字20912个；GB18030：对GBK的扩展，收入中、日、韩汉字27533个，GB18030是中国所有非手持/嵌入式计算机系统的强制实施标准。2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.15§7.2基本逻辑门电路一、晶体三极管的开关特性1、晶体管工作状态UCEIC0(V)(mA)A0IB放大区饱和区截止区临界饱和线⑴、放大状态晶体管工作在放大区，发射结正偏，集电结反偏。BCIIBCii2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.16UCEIC0(V)(mA)A0IB放大区饱和区截止区临界饱和线⑶、饱和状态晶体管工作在饱和区，发射结正偏，集电结正偏。VVCES3.0CE间近似于短路，相当于开关的接通状态。⑵、截止状态晶体管工作在截止区，发射结反偏，集电结反偏。0BICE间近似于断路，相当于开关的断开状态。0CBOCII2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.172、晶体管的开关时间0uit0icticm0u0tUom0.9icm0.1icmtdtrtontstftoff开启时间：rdonttt关断时间：fsoffttt延迟时间上升时间退饱和时间下降时间uiuoRcRbicVCC2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.18二、二极管门电路1、二极管与门VCC（＋5V）RABCY二极管与门电路ABY&C只有在A、B、C都接高电平5V时，二极管截止，输出Y才为高电平。该电路具有与门的逻辑功能。ABCY2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.192、二极管或门ABCY二极管或门电路ABY≥1CA、B、C任何一个都接高电平5V时，输出Y即为高电平。该电路具有或门的逻辑功能。CBAYR2020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.20三、三极管非门电路RcR1VCCAY三极管非门电路AYAY1-VEER22020/9/17SchoolofPhysics,PekingUniversity第七章No.21四、复合门电路（DTL电路）DTL与非门电路ABY&CDTL与非门电路A、B、C任何一个接低电平（0.3V）时，P被钳位在1V左右，D4、D5、T截止，输出Y为高电平；ABCYDiodeTransistorLogicA、B、C都接高电平（5V）时，D1、D2、D3均截止，此时RcYVCC（＋5V）R1ABCPR2T2kΩ3kΩ5kΩD1D2D3D4D5这个电流很容易使T饱和，