数字电路绪论概要课件.ppt

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1、 数字电路与数字电子技术课程：是无线电技数字电路与数字电子技术课程：是无线电技术、电子工程、计算机、自动控制等专业的主要术、电子工程、计算机、自动控制等专业的主要技术基础课之一。技术基础课之一。数字电子技术广泛数字电子技术广泛应用于广播应用于广播、电视、雷达、电视、雷达、通信、航空、航天、航海、自动控制通信、航空、航天、航海、自动控制、新型武器、新型武器、交通、电力、计算机及信息技术等各个领域。交通、电力、计算机及信息技术等各个领域。我们已进入了一个数字化时代我们已进入了一个数字化时代。要适应数字化时要适应数字化时代代,需要我们更好地掌握需要我们更好地掌握数字电子技术基本知识数字电子技术基本知

2、识日常生活中的家用电器；日常生活中的家用电器；音乐：音乐：CDCD、MP3MP3、MP4 MP4。电影：电影：MPEGMPEG、RMRM、DVD DVD。数字电视数字电视、数字数字照相机照相机、数字摄影机数字摄影机、手机等等手机等等。课程的性质和任务课程的性质和任务 性质：性质：在电子技术方面属于入门性质的专业技术基础课，在电子技术方面属于入门性质的专业技术基础课，是电类各专业的主干课程。是电类各专业的主干课程。任务：任务：获得数字电子技术方面的基本知识、基本理论获得数字电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能，为深入学习数字电子技术及其在专业中的应和基本技能，为深入学习数字电子技术及其在专

3、业中的应用打下基础。用打下基础。基本知识：基本知识：半导体器件使用知识半导体器件使用知识基本理论：基本理论：逻辑电路分析、设计的基本理论和方法。逻辑电路分析、设计的基本理论和方法。本门课程由脉冲电路和数字逻辑电路两部分组成本门课程由脉冲电路和数字逻辑电路两部分组成什么是脉冲：脉动和短促。什么是脉冲：脉动和短促。狭义：是一种持续时间极短的电压或电流波。狭义：是一种持续时间极短的电压或电流波。广义：一切非正弦波都称为脉冲。广义：一切非正弦波都称为脉冲。常用脉冲：常用脉冲：脉冲波形的特点：脉冲波形的特点：整个脉冲波形由整个脉冲波形由若干个暂态过程段组若干个暂态过程段组成。那么要得到暂态成。那么要得到

4、暂态过程，电路必须包含过程，电路必须包含两个主要组成部分：两个主要组成部分：一个是一个是开关部分开关部分，另，另一个是一个是惰性电路惰性电路部分。部分。时钟脉冲时钟脉冲方波脉冲方波脉冲锯齿波锯齿波阶梯波阶梯波方波产生电路方波产生电路K 闭合时闭合时，VO=0K 断开时断开时，VO =VCC TW取决于取决于 K 的时间的时间。锯齿波产生电路锯齿波产生电路起始状态起始状态，K 闭合闭合，VO=0K 断开，电路进入暂态过程。断开，电路进入暂态过程。初始值初始值：VO(0+)=0趋向值趋向值：VO()=VCC 充电时常数充电时常数:=RC脉冲电路由两部分组成：脉冲电路由两部分组成：开关：开关：用来破

5、坏电路的稳态，产生暂态过程。用来破坏电路的稳态，产生暂态过程。惰性元件惰性元件：用来控制暂态过程的形状，和变化的快慢。用来控制暂态过程的形状，和变化的快慢。RVCCKVO0VCCTW0VCCRVCCKVOC数字电子技术和模拟电子技术组成电子技术学科的专业基础数字电子技术和模拟电子技术组成电子技术学科的专业基础区别：区别：处理信号的不同处理信号的不同 模拟电子技术是模拟电子技术是处理和传输模拟信号的电路。三极管工作处理和传输模拟信号的电路。三极管工作在线性放大区。在线性放大区。数字电子技术是处理和传输数字信号的电路。三极管工作数字电子技术是处理和传输数字信号的电路。三极管工作在开关状态，即饱和区

6、或截止区。在开关状态，即饱和区或截止区。在自然界存在两类物理量：在自然界存在两类物理量：一类物理量的变化在时间上和数量上都是离散的、不连续一类物理量的变化在时间上和数量上都是离散的、不连续的。其值的大小和增减变化都是某一个最小数量单位的整数倍，的。其值的大小和增减变化都是某一个最小数量单位的整数倍，且无任何物理意义。这一类物理量叫做数字量，把表示数字量且无任何物理意义。这一类物理量叫做数字量，把表示数字量的信号叫做数字信号，把工作在数字信号下的电子电路叫做的信号叫做数字信号，把工作在数字信号下的电子电路叫做数数字电路字电路。另一类物理量的变化在时间上和数量上都是连续的。另一类物理量的变化在时间

7、上和数量上都是连续的。这一类物理量叫做模拟量，把表示模拟量的信号叫做模这一类物理量叫做模拟量，把表示模拟量的信号叫做模拟信号，把工作在模拟信号下的电子电路叫做拟信号，把工作在模拟信号下的电子电路叫做模拟电路。模拟电路。（1）数字电路的基本工作信号是用1和0表示的二进制的数字信号，反映在电路上就是高电平和低电平。（2）晶体管处于开关工作状态，抗干扰能力强、精度高。（3）通用性强。结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产。（4）具有“逻辑思维”能力。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、逻辑判断，故又称为数字逻辑电路。按电路结构分为：按电路结构分为：分立元件电路和集成电路分立元件电

8、路和集成电路 按完成逻辑功能分为：按完成逻辑功能分为：组合逻辑电路：组合逻辑电路：电路的输出信号只与当时的输电路的输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路原来的状态无关。入信号有关，而与电路原来的状态无关。时序逻辑电路：时序逻辑电路：电路的输出信号不仅与当时的电路的输出信号不仅与当时的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。按工艺分为：按工艺分为：双极型双极型(TTL)(TTL)和单极型和单极型(MOS)(MOS)2020世纪世纪7070年代：年代：分立元件集成电路（集成度为数千晶体管）分立元件集成电路（集成度为数千晶体管）2020世纪世纪8080年

9、代：年代：功能电路和模块集成时代（集成度为数十万晶体管）功能电路和模块集成时代（集成度为数十万晶体管）2020世纪世纪9090年代：年代：进入以片上系统的进入以片上系统的SOCSOC（system-on-chip)system-on-chip)为代表的包为代表的包括软件和硬件许多功能全部集成在一个芯片内的系统芯片括软件和硬件许多功能全部集成在一个芯片内的系统芯片时代（集成度为数百万晶体管）。时代（集成度为数百万晶体管）。发展趋势：发展趋势：集成技术发展继续遵循摩尔定律：即每集成技术发展继续遵循摩尔定律：即每1818个月，集成个月，集成度提高一倍，而成本降低一半。度提高一倍，而成本降低一半。（1

10、）逻辑代数是分析和设计数字电路的重要工具，应熟练掌握。（2）重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能、外部特性及典型应用。对其内部电路结构和工作原理不必过于深究。（3）掌握基本的分析方法。（4）本课程实践性很强。应重视习题、基础实验和综合实训等实践性环节。（5）注意培养和提高查阅有关技术资料和数字集成电路产品手册的能力。数字信号通常用数字信号通常用 0 0、1 1 表示。表示。、可对数字信号进行算、可对数字信号进行算术（、术（、-、)运算运算和逻辑运算。和逻辑运算。、输入、输出都是数字、输入、输出都是数字信号。信号。、输入、输出间的关系、输入、输出间的关系为逻辑关系。为逻辑关系。数字信号数字信号

11、电位型电位型脉冲型脉冲型11 11111000电位的高低、电位的高低、脉冲的有无。脉冲的有无。开关的通断、开关的通断、任任何何一一个个电电子子产产品品，都都由由若若干干相相互互连连接接，相相互互作作用用的的基基本本单单元元电电路路组组成成。目目前前，单单个个集集成成电电路路芯芯片片，集集成成了了许许多多不不同同类类型型的的单单元元电电路路。自自成成一一个个体体系系。如如：可可编编程程放放大大器器，功功率率放放大大器器，运运算算放放大大器器，比比较较器器、门门电电路路，触触发发器器，计计数数器器，译译码码器器，A/D,A/D,D/A D/A 转转换换器器等等专专用用或或通通用用集集成电路成电路。

12、对工程设计来讲：这些集成电路都可以从厂商给出的对工程设计来讲：这些集成电路都可以从厂商给出的产品手册中了解其内部特性及外部特性。通过对外部特性产品手册中了解其内部特性及外部特性。通过对外部特性即：输入、输出特性了解，然后，再根据产品的总体要求，即：输入、输出特性了解，然后，再根据产品的总体要求，选用合适集成电路，通过相应连接，就能组成一个功能完选用合适集成电路，通过相应连接，就能组成一个功能完善的电子产品。善的电子产品。本例说明：本例说明：要成为一个合格设计师，必须有扎实的电路基础。熟要成为一个合格设计师，必须有扎实的电路基础。熟练掌握基本单元电路工作原理及分析、设计方法。练掌握基本单元电路工

13、作原理及分析、设计方法。放大放大整形整形光电光电转换转换门电路门电路秒脉冲秒脉冲计数器计数器译码译码显示显示SS单片机单片机显示显示 掌握教材基本内容，学会分析问题的基本方法，培养掌握教材基本内容，学会分析问题的基本方法，培养灵活解决实际问题的能力。灵活解决实际问题的能力。要求：要求：提前预习教材内容提前预习教材内容按时完成作业按时完成作业 本门课是一门实践性很强的课程。除了掌握基本本门课是一门实践性很强的课程。除了掌握基本原理、基本方法外，更重要的是灵活运用。因此除课原理、基本方法外，更重要的是灵活运用。因此除课堂教学之外，还要完成一定数量的习题和电路实验。堂教学之外，还要完成一定数量的习题

14、和电路实验。有利于提高工程实践能力和动手能力。有利于提高工程实践能力和动手能力。做好课堂笔记做好课堂笔记注意：按照有关规定，三次不交作业、三次抽查不上注意：按照有关规定，三次不交作业、三次抽查不上课者，取消考试资格。课者，取消考试资格。作业题（思考题）作业题（思考题）1、什么是数字信号？与模拟信号有何区别？2、什么是数字电路？数字电路有哪些特点？3、数字电路在生活中有哪些广泛应用？4、怎样才能学好数字电路？在计算机和数字设备中存在两种不同类型的运算。逻辑运算逻辑运算：实现某种功能控制算术运算：算术运算：对数据进行加工处理 数字设备中，采用的是二进制数，其中数、字母、符号都以特定二进制码表示。在

15、数字电路中，1位二进制数码可以用0和1来表示。这种只有两种对立逻辑状态的逻辑关系称为二值逻辑。二值逻辑所表示的是一对互为相反的状态，所表示的变量与函数值仅有两个特征值0和1，具有排中性。当两个二进制数码表示两个数量大小时，它们之间可以进行数值运算，这种运算称为算术运算。二进制和十进制算术运算的规则基本相同，唯一区别在于二进制数是逢二进一而不是逢十进一。第一节：进位计数制 一、十进制数 二、二进制数 三、任意R进制数第二节：数制转换 一、将R进制数转换为十进制数 二、将十进制数转换为R进制数 三、任意两种进位制数之间的转换 四、基数为 进位制数之间的转换第三节：编码什么是编码：什么是编码：一位二

16、进制数有0、1两种状态组合。两位二进制数有00、01、10、11四种状态组合。三位二进制数有000、001-111八种状态组合。n 位二进制数有 2n 种状态组合。每一组合代表一组信息，2n 种组合代表 2n 种信息。编码：编码：指定某一组合代表一个确定的信息。代码代码：表示确定的信息的符号叫做代码。21=222=423=82n每一位十进制数都用四位二进制数示。每一位十进制数都用四位二进制数示。四位二进制数中的每一位都有固定的位权值。四位二进制数中的每一位都有固定的位权值。（1）8421BCD码码每一位的位权值从高位到低位分别为：BCD码具有十进制数的特点、二进制数的形式。是人人-机对话机对话

17、的中间表示。23,22,21,20 即：即：8,4,2,1BCD码分为有权BCD 码和无权BCD码特点：特点：1、每个十进制数用四位二进 制数表示。3、8421码和十进制数之间直直 接按位转换。接按位转换。2、四位二进制数有16种状态 组合，8421码只用了前十 种，10101111六种没有 使用，是禁用码禁用码。位权值0 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0 1 03 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 16 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 09 1 0 0 1十进制数8 4 2 1 例1:(37.86)10=(?)8421BCD=(0011,0111.10

18、00,0110)8421BCD一位十进制数，用四位二进制数表示。一位十进制数，用四位二进制数表示。例2:(011000101000.10010101)8421BCD=(?)10四位二进制数四位二进制数,可以表示一位十进制数。可以表示一位十进制数。=(0110，0010，1000.1001，0101)8421BCD=(628.95)10十进制数位权值3 0 0 1 14 0 1 0 05 1 0 0 06 1 0 0 17 1 0 1 08 1 0 1 19 1 1 0 00 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0 1 05 4 2 1特点：1、每一位的权值从高位到低位分别 为：5，4,2,

19、1 2、前五位与8421码相同。3、直接按权展开求十进制。（1011)5421BCD=1X5+0X4+1X2+1X1=(8)104、5421BCD码和十进制之间可直接 按位转换。（645.89)10=(?)5421BCD=(1001 0100 1000.1011 1100)5421BCD特点：1、每一位的权值从高位到低位分 别为：2，4，2，1。2、前五位与8421码相同。3、直接按权展开求十进制。4、2421BCD码和十进制之间可直接 按位转换。5、2421BCD码具有对9的自补特性。000011110001111000101101按位求反按位求反特点：1、无权BCD码，没有确定的位权值。2、不能按位权展开求十进制。3、有自身特点，根据使用条件，按需选用。特点：1、比8421BCD码多出0011所以 称为余3码。余余3码码=8421码码+00112、余3码，没有确定的位权值 只能理解记忆和十进制之间 的关系。3、余3码也是一种对9的自补代码。00111100010010111、编码无规律。2、两个相邻码组之间，只有 一个码元不同,是一种高 高可靠性编码。一般在高分辨率设备中采用这种编码形式，以避免计数过程出现误码。二、奇偶校验码在组合电路一章讲。三、字符代码，不作要求。P78 7（1、2），8（2）9、10