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1、数数 字字 电电 子子 技技 术术电子信息与自动化学院 第一章第一章 数字电路基础数字电路基础第一章第一章 数字电路基础数字电路基础第二章第二章 逻辑函数及其简化逻辑函数及其简化第三章第三章 逻辑门电路逻辑门电路第四章第四章 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计第五章第五章 触发器触发器第六章第六章 时序逻辑电路时序逻辑电路第七章第七章 半导体存储器半导体存储器第八章第八章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形第九章第九章 模数与数模转换电路模数与数模转换电路目目 录录重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与
2、自动化学院第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院第一章第一章 数字电路基础数字电路基础1.1 1.1 基本概念基本概念1.2 1.2 数字电路数字电路1.3 1.3 数制数制1.4 BCD1.4 BCD码码第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院1.1 1.1 基本概念基本概念 一、模拟信号与数字信号一、模拟信号与数字信号1.模拟信号模拟信号：时间连续数值也连
3、续的信号。如速度、压力、时间连续数值也连续的信号。如速度、压力、温度等。在时间、数值是平滑地、连续地变化。所以温度等。在时间、数值是平滑地、连续地变化。所以 模拟模拟信号在一定范围内的任意值必须测量其大小。信号在一定范围内的任意值必须测量其大小。缺点：很难缺点：很难度量；度量；容易受噪声的干扰；容易受噪声的干扰；难以保存。难以保存。模拟电路：模拟电路：是工作在模拟信号下的电路。是工作在模拟信号下的电路。2.数字信号数字信号：在时间上和数值上均是离散的、不连续的。如电在时间上和数值上均是离散的、不连续的。如电子表的秒信号，生产线上记录零件个数的记数信号等。子表的秒信号，生产线上记录零件个数的记数
4、信号等。用二元数用二元数0、1来表示，一个来表示，一个0或一个或一个1称为一比特（称为一比特（Bit），），所以对数字信号只能计数其数目多少，而不需要大小。所以对数字信号只能计数其数目多少，而不需要大小。数字电路：数字电路：是工作在是工作在数字数字信号下的电路。信号下的电路。第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院3.脉冲信号脉冲信号：是指一种持续时间极短的电压、电流波形。是指一种持续时间极短的电压、电流波形。（持续时间是与电路的暂态过渡历程持续时间相比拟。）持续时间是与电路的
5、暂态过渡历程持续时间相比拟。）从广义讲：凡按非正弦规律变化的电压、电流波形都从广义讲：凡按非正弦规律变化的电压、电流波形都可以称为脉冲信号。脉冲信号是属于模拟信号范畴。可以称为脉冲信号。脉冲信号是属于模拟信号范畴。例如：方波、矩形波、尖脉冲、锯齿波等。例如：方波、矩形波、尖脉冲、锯齿波等。第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院 数字信号的两个状态（高低电平）是由脉冲矩形波来表示数字信号的两个状态（高低电平）是由脉冲矩形波来表示的。所以说数字电路是工作在脉冲状态下的电压或电流。
6、的。所以说数字电路是工作在脉冲状态下的电压或电流。5V(V)0t(ms)102030 4050脉冲电路：脉冲电路：是用来产生和处理脉冲信号的电路是用来产生和处理脉冲信号的电路。工作在脉冲信号下的脉冲电路。工作在脉冲信号下的脉冲电路。从波形上分为从波形上分为 工作在正弦工作在正弦信号下的模拟线性放大电路。信号下的模拟线性放大电路。第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院5V(V)0t(ms)twTVm 一个理想的周期性脉冲信号，可用以下几个参数来描绘：一个理想的周期性脉冲信号，可
7、用以下几个参数来描绘：Vm信号幅度。信号幅度。T信号的重复周期。信号的重复周期。tW脉冲宽度。脉冲宽度。Q占空比。其定义为：占空比。其定义为：第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院 图中所示为图中所示为三个周期相同三个周期相同(T T=20ms)=20ms)，但但幅度、脉冲宽幅度、脉冲宽度及占空比各度及占空比各不相同的数字不相同的数字信号。信号。第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆
8、工学院电子信息与自动化学院4.脉冲电路与数字电路的区别脉冲电路与数字电路的区别 研究对象研究对象：数字电路是输入输出序列间的逻辑关系；数字电路是输入输出序列间的逻辑关系；脉冲电路研究波形的产生脉冲电路研究波形的产生、变换和整形，着重分析输入变换和整形，着重分析输入输出波形的形状输出波形的形状、幅度及周期。幅度及周期。数学工具数学工具：数字电路：逻辑代数（开关理论）；数字电路：逻辑代数（开关理论）；脉冲电路：微分方程，拉氏变换一类的暂态分析方法。脉冲电路：微分方程，拉氏变换一类的暂态分析方法。（三要素方法）（三要素方法）第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学
9、院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院1.3 1.3 数字电路数字电路一、数字电路的发展一、数字电路的发展 数字电路的实现经历了由电子管、半导体分立器件到数字电路的实现经历了由电子管、半导体分立器件到SSISSI、MSIMSI、LSILSI到到VLSIVLSI的过程，数字器件经历了由通用集成电路到专的过程，数字器件经历了由通用集成电路到专用集成电路的变化过程。用集成电路的变化过程。随着数字集成技术和电子设计自动化（随着数字集成技术和电子设计自动化（EDA）技术的发技术的发展，数字系统设计的理论和方法也随之发生了很大变化和发展，数字系统设计的理论和方法
10、也随之发生了很大变化和发展，传统的设计方法逐步被基于展，传统的设计方法逐步被基于EDA技术的芯片设计方法所替技术的芯片设计方法所替代。设计过程的自动化程度得到很大提高，改变过去传统搭代。设计过程的自动化程度得到很大提高，改变过去传统搭积木式的设计方式（自底向上）变成一种自项向下的设计方积木式的设计方式（自底向上）变成一种自项向下的设计方法法。第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院二、二、数字电路分类数字电路分类1、按集成电路规模分类、按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片
11、中包含的元器件数目集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)中规模集成电路中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)大规模集成电路大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)超大规模集成电路超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)特大规模集成电路特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)巨大规模集成电路巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息
12、与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院2、按电路结构分类、按电路结构分类组合逻辑电路组合逻辑电路:组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。如：门电路、编码器、如：门电路、编码器、译码器、比较器、数据选择器、数据分配器，加法器等。译码器、比较器、数据选择器、数据分配器，加法器等。时序逻辑电路时序逻辑电路:时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。如
13、：寄存器、计数时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。如：寄存器、计数器等器等第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院三三、数字电路的特点、数字电路的特点 极高的稳定性与可靠性；极高的稳定性与可靠性；欲提高信号处理精度，可增加信号的长度（位数）；欲提高信号处理精度，可增加信号的长度（位数）；具有智能；具有智能；可长期存储；可长期存储；功耗低。功耗低。四、数字系统的应用四、数字系统的应用1.数字系统的设计数字系统的设计 器件设计：完成简单逻辑功能；器件设计：完成简单逻辑功能；
14、功能部件设计：实现某种功能的子系统；功能部件设计：实现某种功能的子系统；系统设计：系统设计：如计算机、数控机床、控制器如计算机、数控机床、控制器等。等。第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院2.逻辑器件的设计逻辑器件的设计 基本逻辑器件：基本逻辑器件：SSIC、MSIC；由软件组成的大规模和超大规模集成逻辑器件如单片由软件组成的大规模和超大规模集成逻辑器件如单片机、微处理器；机、微处理器；专用集成电路专用集成电路ASIC和可编程逻辑器件和可编程逻辑器件PLD。3.应用：应用：
15、例如测量电机转速的数字系统例如测量电机转速的数字系统光电转换脉冲放大整形门 电 路秒信号发生器计 数 器显示译码数码显示 1s第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院1.3 1.3 数数 制制一、一、几种常用的计数体制（位置计数法）几种常用的计数体制（位置计数法）(1).(1).十进制十进制(Decimal)(Decimal)(2).(2).二进制二进制(BinaryBinary)(3)(3).十六进制十六进制(Hexadecimal)(Hexadecimal)与八进制（与八进
16、制（OctalOctal）数制是计数进位制的简称数制是计数进位制的简称1.1.十进制十进制：是用是用 0、1、2、3、9 这十个数这十个数码按一定规律排列而成。其按位权值展开为：码按一定规律排列而成。其按位权值展开为：数码（系数）数码（系数）：0、1、2、3、9 这十个数这十个数字；字；位权值位权值：10的幂（的幂（10i ），），i为位值；以为位值；以10为基数的数制；为基数的数制；加权系数加权系数：系数：系数*位权值。位权值。十进制数值十进制数值=各加权系数之和（位权值展开）各加权系数之和（位权值展开）第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与
17、自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院103、102、101、100称称为十进制的权。各数为十进制的权。各数位的权是位的权是10的幂。的幂。同样的数码在不同的数位同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。上代表的数值不同。任意一个十进制数都任意一个十进制数都可以表示为各个数位可以表示为各个数位上的数码与其对应的上的数码与其对应的权的乘积之和，称权的乘积之和，称权权展开式展开式。即：即：(5555)105103 510251015100又如：又如：(209.04)10 2102 0101910001014 102第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信
18、息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院2.2.二进制二进制：是用是用 0、1这两个数码按一定规律排列而成。其这两个数码按一定规律排列而成。其按位权值展开为：按位权值展开为：数码（系数）数码（系数）：0、1这两个数字；这两个数字；位权值位权值：2的幂（的幂（2i ），），i为位值；以为位值；以2为基数的数制；为基数的数制；加权系数加权系数：系数：系数*位权值。按位权值。按 位位 权权 值值 展展 开：开：如：如：(101.01)2 122 0211200211 22 (5.25)10各数位的权是的幂各数位的权是的幂第一章第一章 数
19、字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院3.3.八进制和十六进制八进制和十六进制4.4.八进制：八进制：0、1、2、7 这八个数码，位这八个数码，位权值为权值为8i；5.5.十六进制：十六进制：0、1、2、9、A、B、C、D、E、F 这这 6.十六个数码，位权值为十六个数码，位权值为16i。二、二、不同数制之间的相互转换不同数制之间的相互转换 1 1将将R R进制转换成十进制进制转换成十进制 只要将只要将R进制按位权值展开，再按十进制运算规则计算。进制按位权值展开，再按十进制运算规则计算。例例
20、 将二进制数将二进制数10011.10110011.101转换成十进制数。转换成十进制数。解：解：将每一位二进制数乘以位权，然后相加，将每一位二进制数乘以位权，然后相加，可得可得 (10011.101)(10011.101)B B1 12 24 40 02 23 30 02 22 21 12 21 11 12 20 01 12 2 1 1 0 02 22 21 12 23 3 （19.625)19.625)D D例例：(207.04)8 282 0817800814 82(135.0625)10例例：(D8.A)16 13161 816010 161(216.625)10第一章第一章 数字电路
21、基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院2 2将十进制转换成将十进制转换成R R进制进制 将十进制数分为将十进制数分为:(整数整数)10 和和(小数小数)10 两部分。然后两部分。然后分别进行：分别进行：(整数整数)10 (整数整数)2(小数小数)10 (小数小数)2(整数整数 小数小数)2 (整数整数)10 )10 (整数整数)2 )2 ：采用逐次除以基数采用逐次除以基数R取余数的方法（倒除法）取余数的方法（倒除法）(小数小数)10 )10 (小数小数)2 )2 ：采用将采用将小数部分小数部分逐次
22、乘以逐次乘以R取乘积整数部分。取乘积整数部分。第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院例例 将十进制数将十进制数2323转换成二进制数。转换成二进制数。解：解：用用“除除2 2取余取余”法转换法转换:则（则（23)23)D D=（10111)10111)B B第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院3 3十六进制十六进制 二进制二进制 八进制八进制 二进制二进制
23、 十六进制十六进制 以小数点为起点向左（整数）和向右（小数）将以小数点为起点向左（整数）和向右（小数）将4位二位二进制数分为一组，对应于进制数分为一组，对应于1 位十六进制数。反之成立。位十六进制数。反之成立。二进制二进制 八进制八进制 以小数点为起点向左（整数）和向右（小数）将以小数点为起点向左（整数）和向右（小数）将3位二位二进制数分为一组，对应于进制数分为一组，对应于1 位八进制数。反之成立。位八进制数。反之成立。例例：(1100101110.0110101)B=(32E.6A)H =(1456.324)O 1 1 1 0 1 0 1 0 0.0 1 1(0 0 00)2(1D4.6)1
24、6=(1010 1111 0100.0111 0110)(AF4.76)16第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院4 4二进制算术运算二进制算术运算 加加法法运运算算 减减法法运运算算 乘乘法法运运算算 除除法法运运算算 1001+01011110 1001-01010100 1001 0101 1001 0000 10010000 101101 110010101）1001 0101 1000 0101 0110 0101 001000 0101 011第一章第一章 数字电
25、路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院 1.4 1.4 二二十进制码（十进制码（BCDBCD码）码）一、一、编码：编码：用若干文字字符十字符号表示特定对用若干文字字符十字符号表示特定对象的过程，叫编码。象的过程，叫编码。代码：代码：利用数码（数字符号）来作为某一特定信利用数码（数字符号）来作为某一特定信 息的代号。息的代号。二进制码：二进制码：用二进制数码中用二进制数码中0、1来作为代码的符号。来作为代码的符号。（用二进制数中（用二进制数中 0、1 这两个数字符号来表示特定对象这两个数字符号来表
26、示特定对象的代号。）的代号。）注：二进制码不一定表示二进制数（大小）。注：二进制码不一定表示二进制数（大小）。第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院 BCDBCD码：码：用二进制代码（用二进制代码（0、1）来表示十进制的）来表示十进制的09 这十个数。这十个数。要用二进制代码来表示十进制的要用二进制代码来表示十进制的09十个数，至少要用十个数，至少要用4位二进制数位二进制数。4位二进制数有位二进制数有16种组合，可从这种组合，可从这16种组合中选择种组合中选择10种组种组合分
27、别来表示十进制的合分别来表示十进制的09十个数。十个数。所以共有所以共有2.9*1010 种方案，这就形成了不同的种方案，这就形成了不同的BCD码。码。二、二、二二 十进制码（十进制码（BCDBCD码）码）有权有权BCDBCD码：如：码：如：84218421码、码、24212421码、码、51215121码码 无权无权BCDBCD码：如：余码：如：余3 3码、码、格雷码格雷码第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院位权位权0123456789十进制数十进制数8 4 2 10 0
28、 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 18421码码2 4 2 10 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 12421码码0 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 111 0 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 01 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 111 0 05 4 2 15421码码无权无权余余3码码 常用常用BCDBCD码码第一章第一章 数字电路基础数字电路基础重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院重庆工学院电子信息与自动化学院 用用 BCD BCD 码表示十进制数码表示十进制数例如例如 (863)10 =（1000 0110 00111000 0110 0011）8421BCD （1110 1100 0011)1110 1100 0011)2421BCD