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1、第第1 1章数字电子技术章数字电子技术概述概述第1页，本讲稿共46页模拟量：在时间上和数值上连续变化的物理量。数字量：将时间上和数值上不连续的（即离散的）量称数字量。uu模拟信号波形数字信号波形tt1.11.1 数字电路和模拟电路的区别数字电路和模拟电路的区别1.1.1 模拟量和数字量第2页，本讲稿共46页对模拟（量）信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。对数字信号（量）进行传输、处理的电子线路称为数字电路。1.1.2 数字信号与数字系统由数字电路来进行信号加工和处理的工程系统称数字系统。u数字信号波形t数字信息的表示第3页，本讲稿共46页1.1.2 数字信号与数字系统1.数字系统的优点标
2、准化数字信息传递和加工的速度愉快通用性灵活性逻辑运算功能强第4页，本讲稿共46页1.1.2 数字信号与数字系统2.数字电路的分类按半导体器件分按集成度分：双极型电路（TTL、ECL、I2L）小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI)和超大规模（VLSI）集成电路。单极型电路（NMOS、PMOS、CMOS、）按有无记忆功能分组合逻辑电路时序逻辑电路第5页，本讲稿共46页（2-6）1.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性1.2.1 二极管开关特性二极管的内部结构第6页，本讲稿共46页（2-7）1.2.1二极管开关特性PN结施加正向电压时，在外电场作用下，耗尽层的宽度变窄，N区中的
3、电子和P区中的空穴都能顺利通过PN结，形成较大的扩散电流。PN结转化为导通状态。第7页，本讲稿共46页（2-8）1.2.1二极管开关特性PN结施加反向电压时，在外电场与内部电场一致，PN结的耗尽层的宽度大大增加，扩散电流大大减小，PN结转化为截止状态。第8页，本讲稿共46页1.2.1二极管开关特性1.二极管的伏安特性导通：Ui死区电压(0.5V)，UD 为二极管正向压降（0.7V）(硅二极管),二极管相当于开关闭合。截止截止：ui 死区电压（0.5V）时，ID=0，二极管相当于开关关断。反向击穿反向击穿：当在二极管上施加较大的反向压时，反向电流急剧增长。第9页，本讲稿共46页1.2.2三三极管
4、开关特性1.三极管的原理及符号NPN型三极管PNP型三极管第10页，本讲稿共46页1.2.2三三极管开关特性RCRbAC+uccBE2.截止工作状态（a）NPN硅三极管共射极电路（b）截止状态等效电路若Ui0.7V,发射极正偏，三极管呈放大状态。VBEiEiciBUiiC=iBiE=iC+iB若VBE=0.7V,三极管处于截止和放大状态边缘，称为临界导通点。第12页，本讲稿共46页1.2.2三三极管开关特性RCRbAC+uccBE3.饱和工作状态（a）NPN硅三极管共射极电路（c）导通状态等效电路三极管导通后，随着Ui的增大，iB、ic、iE 都增大，VCEUCCicRc不断下降，当VCE 降
5、到0.7V以下时，三极管集电结由反偏转为正偏，为个状态称为饱和状态。VBEiEiciBUi第13页，本讲稿共46页1.2.3MOS场效应场效应管开关特性1.MOS管的结构第14页，本讲稿共46页NMOS管的符号管的符号G端加高电平时的等端加高电平时的等效电路效电路G端加低电平时的等端加低电平时的等效电路效电路 G 栅极栅极 D 漏极漏极 S 源极源极 BN 衬底衬底 栅极加高电平，漏极与源栅极加高电平，漏极与源极间导通，极间导通，D-S相当于接通相当于接通的开关的开关栅极加低电平，漏极与源栅极加低电平，漏极与源极间截止，极间截止，D-S相当于断相当于断开的开关开的开关 第15页，本讲稿共46页
6、3.PMOS管开关作用管开关作用PMOS管的符号管的符号G端加低电平时的等端加低电平时的等效电路效电路G端加高电平时的等端加高电平时的等效电路效电路 G 栅极栅极 D 漏极漏极 S 源极源极 BP 衬底衬底 栅极加低电平，漏极栅极加低电平，漏极与源极间导通，与源极间导通，D-S相当相当于接通的开关于接通的开关栅极加高电平，漏极与源栅极加高电平，漏极与源极间截止，极间截止，D-S相当于断相当于断开的开关开的开关 第16页，本讲稿共46页（1-17）所谓所谓数制数制是进位计数制度的简称。我们日常是进位计数制度的简称。我们日常生活中有许多不同的数制。例如，十进制是生活中有许多不同的数制。例如，十进制
7、是“逢十进一逢十进一”，钟表计时采用，钟表计时采用6060进制、即六进制、即六十秒为一分，六十分为一小时，十二英寸为一十秒为一分，六十分为一小时，十二英寸为一英尺，则采用的是十二进制等等英尺，则采用的是十二进制等等。第17页，本讲稿共46页（1-18）1.1.1.1.十进制的表示十进制的表示十进制的表示十进制的表示十进制十进制是使用最早的一种主要的计数制度。遵循逢十进一的规律表示数的十个数码：1,2,3,4,5,6,7,8,9,0第18页，本讲稿共46页（1-19）一个十进制数数 N可以表示成：若在数字电路中采用十进制，必须要有十个电路状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困难，而且很
8、不经济。第19页，本讲稿共46页（1-20）一般地对于一个任意一般地对于一个任意n n位整数，位整数，mm位小数的十进制数位小数的十进制数(N)(N)1010可以表示为：可以表示为：(112)(111)=或第20页，本讲稿共46页（1-21）ai表示相应数位的表示相应数位的数码数码，可以是，可以是0，19十个数码中十个数码中的任意一个，记作的任意一个，记作0ai9，我们把，我们把“十十”称为称为十进十进制的基数制的基数。所谓。所谓“基数基数”是指在一个数制中可能用是指在一个数制中可能用到的到的数码个数数码个数。例如，二进制的基数是。例如，二进制的基数是“二二”，R进制的基数是进制的基数是R。n
9、、m为正整数，分别代表整数位为正整数，分别代表整数位数和小数位数；数和小数位数；(N)10的下标的下标10（也可用（也可用D）表示十进）表示十进制数。制数。Hexadecimal：十六进制的Decimal：十进制的Binary：二进制的第21页，本讲稿共46页（1-22）式式(111)(111)(111)(111)称为十进制数的称为十进制数的位置计数法位置计数法或称或称并列表示并列表示法法，式，式(112)(112)(112)(112)称为十进制数的称为十进制数的多项式表示法多项式表示法，或，或称称按权展开式按权展开式按权展开式按权展开式。1010i i称为数码称为数码a ai i具有的具有的
10、“权权”。例如；数码。例如；数码a a3 3的权为的权为10103 3=1000=1000，数码，数码a a0 0的权为的权为10100 0=1=1。显然可见，处显然可见，处在不同数位上的数码具有不同的在不同数位上的数码具有不同的“权权”。第22页，本讲稿共46页（1-23）2.二进制：以二为基数的记数体制表示数的两个数码：0,1遵循逢二进一的规律第23页，本讲稿共46页（1-24）二进制数的表示方法二进制数的表示方法 与十进制数一样，二进制数的表示也有两种方法：与十进制数一样，二进制数的表示也有两种方法：位置位置计数法计数法和和多项式表示法多项式表示法。如。如等式左边是位置计数法，等式右边是
11、多项式表示法。第24页，本讲稿共46页（1-25）一般地，对于一个任意一般地，对于一个任意n n位整数和位整数和mm位小数的二进制数位小数的二进制数(N)(N)2 2可以可以表示为：表示为：（113）或=（114）(N)2下标2表示二进制。式中bi表示相应数位的数码，n、m为正整数，n代表整数位数，m代表小数位数。2i称为数码bi的权。第25页，本讲稿共46页（1-26）用电路的两个状态-开关来表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数。第26页，本讲稿共46页（1-27）对于一个对于一个n n位整数
12、，位整数，mm位小数的任意进制数位小数的任意进制数(N)(N)R R可以可以表示为：表示为：（115）或（116）式中(N)R的下标R表示R进制，ci可以是0，1，（R-1）中任意一个数码，n、m为正整数，Ri称为ci具有的权。第27页，本讲稿共46页（1-28）八进制数八进制数用用0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7八个数码表示，八个数码表示，基基数数为为8 8。计数规则是。计数规则是“逢八进一逢八进一”，即，即7+1=107+1=10（表示表示八进制数的八进制数的8 8），各数位的权为），各数位的权为8 8n-1n-1、8 82 2、8 81 1、8 80 0、8
13、 8-1-1、8 8-m-m。则按权展开可写成：。则按权展开可写成：=（117）如(368.25)8=382+681+880+28-1+58-2第28页，本讲稿共46页（1-29）同理十六进制数十六进制数是用0、1、2、3、9、A、B、C、D、E、F这十六个数码来表示，基数基数为16。其中A、B、C、D、E、F分别表示10、11、12、13、14、15这十六个数码。其计数规则是“逢十六进一逢十六进一”，即F+1=10（表示十六进制数的16)。按权展开可写成：=如(257.36)16=2162+5161+7160+316-1+616-2第29页，本讲稿共46页我们习惯于采用十进制数，但在计算机和
14、数字电路中却是按我们习惯于采用十进制数，但在计算机和数字电路中却是按二进制工作的，因此，在数字系统中，首先必须把十进制二进制工作的，因此，在数字系统中，首先必须把十进制数转换成计算机和数字电路能加工、处理的二进制数，而数转换成计算机和数字电路能加工、处理的二进制数，而作为数字系统的输出又要转换成人们熟悉的十进制数等。作为数字系统的输出又要转换成人们熟悉的十进制数等。这就要求我们必须掌握各种不同数制之间的相互转换。这就要求我们必须掌握各种不同数制之间的相互转换。1.1.1.1.二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数由二进制数转换为十进制数只要采用
15、由二进制数转换为十进制数只要采用（114114114114）式，式，将被转换的二进制数按权相加即可得到与该二进制数将被转换的二进制数按权相加即可得到与该二进制数相对应的十进制数。相对应的十进制数。第30页，本讲稿共46页（1-31）例例例例1.51.51.51.5 将将(11001.101)(11001.101)2 2转换成十进制数。转换成十进制数。解：根据（解：根据（134134）式有：）式有：=16+8+0+0+1+0.5+0.125=16+8+0+0+1+0.5+0.125=(25.625)=(25.625)1010即：即：(11001.101)(11001.101)2 2=(25.62
16、5)=(25.625)10102.2.2.2.十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数 十进制数转换为二进制数的方法很多，下面仅介绍十进制数转换为二进制数的方法很多，下面仅介绍基数乘除法基数乘除法；基数乘除法包含两个内容，即基数除法；基数乘除法包含两个内容，即基数除法和基数乘法。前者用于整数转换，后者用于小数转换。和基数乘法。前者用于整数转换，后者用于小数转换。如果某数包含整数和小数两部分，则须将它们分别转如果某数包含整数和小数两部分，则须将它们分别转换，然后合并起来。换，然后合并起来。第31页，本讲稿共46页（1-32）整数转换采用整数转换采用
17、基数除法基数除法，即，即“除除2 2取余取余”的方法。的方法。也就是把十进制整数除以也就是把十进制整数除以2 2，取出余数，取出余数1 1或或0 0作为相作为相应二进制数的最低位，把得到的商再除以应二进制数的最低位，把得到的商再除以2 2，再取余，再取余数数1 1或或0 0作为二进制数的次低位，依次类推，直至作为二进制数的次低位，依次类推，直至商为商为0 0，所得余数为最高位。，所得余数为最高位。第32页，本讲稿共46页（1-33）例例例例1.61.61.61.6 将十进制数(76)10转换为二进制数。解：2|76 余数余数 2|38 0 _ 最低位最低位 2|19 0 2|9 1 2|4 1
18、 2|2 0 2|1 0 0 1 _ 最高位最高位即：(76)10=(1001100)2第33页，本讲稿共46页（1-34）小数转换采用小数转换采用基数乘法基数乘法，即，即“乘乘2 2取整取整”的方法。的方法。先将十进制小数乘以先将十进制小数乘以2 2，取其整数，取其整数1 1或或0 0作为二进制作为二进制小数的最高位，然后将乘积的小数部分再乘以小数的最高位，然后将乘积的小数部分再乘以2 2，再取整数作为次高位。依次类推，直至小数部分为再取整数作为次高位。依次类推，直至小数部分为0 0或达到所要求的精度。或达到所要求的精度。第34页，本讲稿共46页（1-35）例例例例1.71.71.71.7
19、试将(0.75)10转换为二进制数 解：0.7 5 )2 .5 0 b-1=1 _ 小数最高位小数最高位 )2 .0 0 b-2=1 _ 小数最低位小数最低位例例 1.81.8 试将(26.45)10转换为二进制数，取小数五位。11第35页，本讲稿共46页（1-36）解：这是一个既有整数又有小数的十进制数，可将其两部分分别转解：这是一个既有整数又有小数的十进制数，可将其两部分分别转换，然后相加。换，然后相加。整数部分整数部分 小数部分小数部分 2|2|26 26 余数余数 0.4 50.4 5 2|2|13 13 0 0 最低位最低位 )2 )2 2|2|6 6 1 .9 0 1 .9 0 b
20、 b-1-1=0=0 2|2|3 3 0 0 )2 )2 2|2|1 1 1 .8 0 1 .8 0 b b-2-2=1=1 0 1 0 1 最高位最高位 )2 )2 .6 0 .6 0 b b-3-3=1=1 )2 )2 .2 0 .2 0 b b-4-4=1=1 )2 )2 .4 0 .4 0 b b-5-5=0=0 则：则：(26.45)(26.45)1010=(11010.01110)=(11010.01110)2 201110第36页，本讲稿共46页（1-37）将二进制数转换成八进制数或十六进制数的方法是：将二进制数转换成八进制数或十六进制数的方法是：从小数点开始，分别向左、向右按从
21、小数点开始，分别向左、向右按3 3位（位（转换成八进转换成八进制数制数）或）或4 4位（位（转换成十六进制数转换成十六进制数）分组，最后不满）分组，最后不满3 3位或位或4 4位时，则填位时，则填0 0补充。再将每组以对应的八进制数或补充。再将每组以对应的八进制数或十六进制数代替，即可得相应的八进制数或十六进制数。十六进制数代替，即可得相应的八进制数或十六进制数。第37页，本讲稿共46页（1-38）例例例例 1.91.91.91.9 将二进制数将二进制数(10011101)(10011101)2 2分别转换为八进制数和分别转换为八进制数和十六进制数。十六进制数。解：解：二进制数二进制数 1 0
22、1 0，0 1 10 1 1 ，1 0 11 0 1 0 1 00 1 0，0 1 10 1 1，1 0 11 0 1，最高位补最高位补0 0 八进制数八进制数 2 3 52 3 5 结果结果即：即：(10011101)(10011101)2 2=(235)=(235)8 8第38页，本讲稿共46页（1-39）二进制数二进制数 1 0 0 1，1 1 0 1 每每4位一组位一组十六进制数十六进制数 9 D 即：即：(10011101)2=(9D)16将八进制数或十六进制数转换成二进制数的方法是将八进制数或十六进制数转换成二进制数的方法是：将八：将八进制数或十六进制数的每一位进制数或十六进制数的
23、每一位,用对应的用对应的3 3位位或或4 4位二进制数来表示即可。位二进制数来表示即可。第39页，本讲稿共46页（1-40）例例例例1.101.101.101.10 将八进制数将八进制数(327)(327)8 8和十六进制数和十六进制数(7A)(7A)1616分别分别转换成二进制数。转换成二进制数。解：解：八进制数八进制数 (3 2 7 )(3 2 7 )8 8 二进制数二进制数 011 010 111011 010 111即：即：(327)(327)8 8=(011010111)=(011010111)2 2 十六进制数十六进制数 (7 A )(7 A )1616二进制数二进制数 0111
24、10100111 1010即：即：(7A)(7A)1616=(01111010)=(01111010)2 2第40页，本讲稿共46页 一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息为编码。1.4 编码编码 能识0和1，怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决此问题。常用的编码有：BCD码、格雷码、余3码等第41页，本讲稿共46页 计算机一般是采用二进制码运算的。但有时需要用计算机一般是采用二进制码运算的。但有时需要用二进制码来表示十进制数字，这种编码方法称之为二进制码来表示十进制数字，这种编码方法称之为十十进制数的代码表示法进制数的代码表示法，它是用，它是用4 4位二进制数来
25、表示位二进制数来表示十进制数码十进制数码0 09 9中的任意一个，即所谓中的任意一个，即所谓二二十进十进制码制码，简称为，简称为BCDBCD码码。（1-42）第42页，本讲稿共46页 由于由于4 4位二进制数码可以表示位二进制数码可以表示1616种不同的组合状态，种不同的组合状态，用以表示用以表示1 1位十进制数位十进制数(只有只有0 09 9十个数码十个数码)，只需选择，只需选择其中的其中的1010个状态的组合，其余个状态的组合，其余6 6种的组合是多余的。因种的组合是多余的。因此，按组合状态选取方式的不同，可以得到不同的二此，按组合状态选取方式的不同，可以得到不同的二十进制编码。如十进制编
26、码。如84218421码、码、24212421码、码、54215421码、余码、余3 3码、码、格雷码等。格雷码等。见表见表1.11.1（1-43）第43页，本讲稿共46页（1-44）十进制十进制 数数 8421码码 十十进进制制 2421码码(A)十十进进制制2421码码(B)十十进进制制5421码码十十进进制制余余3码码 十十进进制制格雷格雷码码 00000000000000000000不不出出现现0000000001000110001100011000100011000120010200102001020010001020011300113001130011300110001130010
27、40100401004不不出出现现状状态态01004不不出出现现0100101004011050101501010101010120101501116011060110011001103011060101701117011101110111401117010081000不不出出现现状状态态100010005100051000811009100110011001610016100191101不出现状不出现状态态101010101010710107101010111011510118101181011110011006110091100911001101110171101不不出出现现1101不不出
28、出现现110111108111081110111011101111911119111111111111权权8421242124215421无权无权 无权无权 表1.1 常见的几种BCD编码第44页，本讲稿共46页在二在二十进制编码中，一般分为十进制编码中，一般分为有权码有权码和和无权码无权码两大类。例如两大类。例如8421BCD8421BCD码码是一种最基本的，应用十分是一种最基本的，应用十分普遍的普遍的BCDBCD码。它是一种有权码码。它是一种有权码.84218421就是指这种编码中各位的权分别为就是指这种编码中各位的权分别为8 8、4 4、2 2、1 1。属于有权码的还有属于有权码的还有2
29、421BCD2421BCD码码、5421BCD5421BCD码码等，等，余余3 3码是码是无权码，它取无权码，它取4 4位二进制中的位二进制中的0011001111001100十十种编码，前后各丢去种编码，前后各丢去3 3种。种。格雷码格雷码则是无权码。但为可靠性编码则是无权码。但为可靠性编码（1-45）第45页，本讲稿共46页二二十进制数的表示方法十进制数的表示方法也很简单，就是将十进制数的各位数也很简单，就是将十进制数的各位数字分别用字分别用4 4位二进制数码表示出来。例如，要将十进制数位二进制数码表示出来。例如，要将十进制数(82)(82)1010用用84218421编码的二编码的二十进
30、制数来表示，则分别用十进制数来表示，则分别用(1000)(1000)2 2表示表示“8”8”，(0010)(0010)2 2表示表示“2”2”，然后将两组二进制数按原，然后将两组二进制数按原来十进制数的顺序排列起来，所构成的就是二来十进制数的顺序排列起来，所构成的就是二十进制数，十进制数，即：即：(82)(82)1010=(1000 0010)=(1000 0010)BCDBCD（下标下标BCDBCD表示二表示二十进制数十进制数）。在二。在二十进制数中，每组十进制数中，每组4 4位数是二进制，而组与组之间位数是二进制，而组与组之间却是十进制的关系。却是十进制的关系。（1-46）十进数如何表示成BCD码第46页，本讲稿共46页