电子电力技术数字部分第一章(总)

电子技术基础模拟电子技术数字电子技术主讲邬祥忠Email:[e-mail]4常用组合逻辑功能部件2逻辑门电路1数字逻辑基础3组合逻辑电路的分析与设计5触发器6时序电路的分析与设计7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9脉冲波形的产生与变换*10数模与模数转换器数字电子技术基础研究内容：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重要专业基础课。课程性质：数字电子技术是研究数字信号的处理的学科。数字信号传输、变换、产生等。课程任务：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。器件、基本功能电路及系统。课程简介•获得适应信息时代电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。课程目标：•培养学生分析和解决问题的能力。能够对一般性的、常用的数字电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。打好基础、关注发展、主动更新、注重实践。学习参考书•阎石主编《数字电子技术基础．第四版》高等教育出版社•王毓银主编《数字电路逻辑设计．第三版》高等教育出版社•电子工程手册编委会等编．中外集成电路简明速查手册-TTL、CMOS．(电子工业出版社)•陈大钦主编，《数字电子技术基础学习与解题指南》华工出版社学习方法成绩评定平时成绩20%考试80%每周第一堂课交上周的作业作业答疑时间：待定本章重点：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1.3数制（自学）1.4二进制码（自学）1.5基本逻辑运算1.2数字电路5、掌握基本逻辑运算及逻辑问题的描述方法。教学基本要求1、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。3、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8421BCD码1.1模拟信号与数字信号模拟信号---时间和数值均连续变化的信号，如正弦波、指数函数等OtOtOt图1.1.1几种模拟信号波形数字信号---在时间上和数值上均是离散的信号，如脉冲信号等。在数字电路中，常用数字“0”和“1”来表示。这里的“0”和“1”，不是十进制数中的数字，而是逻辑0和逻辑1;逻辑“0”和逻辑“1”表示彼此相关又互相对立的两种状态。例如，“是”与“非”、“真”与“假”、“开”与“关”、“低”与“高”等等。因而常称为数字逻辑。•数字电路又称二值数字逻辑，它们可以用电子器件的开关特性来实现。产生离散信号电压或数字电压。电压(V)二值逻辑电平+51H(高电平)00L(低电平)•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：1.2数字电路1、工程性:一、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“1”表示，三极管截止用低电平“0”表示，而且我们只关心信号的“有”和“无”，电平的“高”和“低”，而不去理会其具体的精确数值。•电平从3.6V—5V均称为高电平“1”，0.0V—0.4V均称为低电平“0”，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。1.2数字电路2、可靠性高一、数字电路的特点：3、集成度高•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可靠的多。二、数字电路的分析方法与测试技术1分析方法1.2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逻辑关系；•三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，而是采用布尔代数、真值表、卡诺图、逻辑表达式、逻辑图、时序图等。2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•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。1.3.1十进制1.3.2二进制1.3.3十～二进制之间的转换1.3.4八进制1.3数制（自学）1.3.5十六进制一、特点：1、任何一位数可以而且只可以用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这十个数码表示。2、进位规律是“逢十进一”。即9+1=10=1×101+0×100例如：2101001210104101103)14.3(104103102)234(式中，102、101是根据每一个数码所在的位置而定的，称之为“权”。3、在十进制中，各位的权都是10的幂，而每个权的系数只能是0～9这十个数码中的一个。1.3.1十进制数二、一般表达式:]9~0[,10)(10iiiiKKN位权系数在数字电路中，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。一、特点二、二进制数的一般表达式为:1、任何一位数可以而且只可以用0和1表示。2、进位规律是：“逢二进一”。3、各位的权都是2的幂。]1,0[,2)(2iiiiKKN1.3.2二进制数位权系数例如：1+1=10=1×21+0×20例1.3.2试将二进制数(01010110)B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制数。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。三、二进制的优点：1、易于电路实现---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表示。2、基本运算规则简单四、二进制的缺点：(01010110)B=26+24+22+21=（86)D二、十进制数转换成二进制数：常用方法是“按权相加”。1.整数部分用“辗转相除”法:将十进制数连续不断地除以2,直至商为零，所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数一、二进制数转换成十进制数：整数部分小数部分1.3.3十～二进制之间的转换例如:(63)10==(?)26321=b01=b53153171=b11=b21=b31=b42222余数故(63)10=(111111)2若十进制数较大时，不必逐位去除2，可算出2的幂与十进制对比，如：（261)10=(?)2∵28=256，261–256=5，(5)10=(101)2,∴(261)10=(100000101)22.十进制小数可表示为：等式两边依次乘以2,可分别得b-1、b-2…..:nnnndbbbbN22.......22)()1()1(2211)2()1()3()2(13022)1()2()1(120122.......22)(222.......22)(2nnnndnnnndbbbbNbbbbN1b2b例1.3.5将(0.706)D转换为二进制数，要求其误差不大于2-10。解：按式(1.3.5)所表达的方法，可得、……如下：0.706×2=1.412……1……b－10.412×2=0.824……0……b－20.824×2=1.648……1……b－30.648×2=1.296……1……b－40.296×2=0.592……0……b－50.592×2=1.184……1……b－60.184×2=0.368……0……b－70.368×2=0.736……0……b－80.736×2=1.472……1……b－9由于最后的小数小于0.5，根据“四舍五入”的原则，应为0。所以，(0.706)D=(0.101101001)B，其误差210一、特点：1.3.4八进制1、八进制数以8为基数，采用0,1,2,3,4,5,6,7八个数码表示任何一位数。2、进位规律是“逢八进一”。3、各位的权都是8的幂。例如(144)O=64+32+4=(100)D二、二进制转换成八进制：1.3.4八进制三、八进制转换成二进制：将每位八进制数展开成三位二进制数，排列顺序不变即可。•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，则每三位二进制数表示一位八进制数。•因为八进制的基数8=23，所以，可将三位二进制数表示一位八进制数，即000～111表示0～7例(10110.011)B=例(752.1)O=(26.3)O(111101010.001)B一、特点：1、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。2、进位规律是“逢十六进一”。3、各位的权都是16的幂。1.3.5十六进制二、二进制转换成十六进制：三、十六进制转换成二进制：1.3.5十六进制因为16进制的基数16=24，所以，可将四位二进制数表示一位16进制数，即0000～1111表示0-F。例(111100010101110)B=将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。例(BEEF)H=(78AE)H(1011111011101111)B四、优点：1.3.5十六进制十六进制在数字电路中，尤其在计算机中得到广泛的应用，因为：1、与二进制之间的转换容易；2、计数容量较其它进制都大。假如同样采用四位数码，二进制最多可计至1111B=15D；八进制可计至7777O=14095D；十进制可计至9999D；十六进制可计至FFFFH=65535D，即64K。其容量最大。3、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。表1.3.1几种数制之间的关系对照表十进制数二进制数八进制数十六进制数0123456789100000000001000100001100100001010011000111010000100101010012345671011120123456789A十进制数二进制数八进制数十六进制数111213141516171819200101101100011010111001111100001000110010100111010013141516172021222324BCDEF10111213141.4二进制码2nN•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。•若需编码的信息有N项，则需用的二进制数码的位数n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。•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：数值码代码(研究数值表示的方法)常见的代码有:•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。•当用四位二进制码时，有0000～1111十六种组合，分别代表0～15的十进制数。•当用五位二进制码时，有•当用n位二进制码时，有00000～11111三十二种组合，分别代表0～31的十进制数。2n个代码。（1）自然二进制码（2）BCD码•BCD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，而且每四个二进制码之间是“逢十进一”。•有多种可能，故而便产生了多种BCD码，其中使用最多的是8421BCD码(简称8421码)。•四位二进制码可产生16个数0000～1111，而表示十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？•8421码是按顺序取四位二进制码中的前十种状态，即0000～1001，代表十进制的0～9，而1010～1111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状态，代表十进制的0～9，中间六个状态不用，这就构成了2421码，它也是一种有权码，其权依次为2、4、2、1。（2）BCD码•8421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，如：1001＝0110＝4+2=68+1=9•另外还有5421码和余3码等（余3码为无权码，它是8421码加0011得来的）。b3b2b1b0