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1、电子技术基础 数字部分,主讲人：李莉 办公室：综合楼429 email: ,课程内容,共64学时，其中讲授50学时，上机实验14学时。 教材内容：第1章第9章 数字逻辑基础 逻辑门电路 组合逻辑电路的分析与设计 触发器与锁存器的原理 时序逻辑电路的分析与设计 脉冲波形的产生与变换 半导体存储器 模数和数模转换,学习方法,兴趣使你很快超过老师 与物理成绩没有太大关系 死板+灵活 重视实验与课程设计 理论联系实际，巩固和加深对课程内容的理解。利用Internet来扩大自己的知识面和跟踪本门学科的最新发展动态； 考核方式：平时成绩(作业+实验)20，期末考试成绩80%,第一章 数字逻辑概论,1.1
2、数字电路与数字信号 1.2 数制 1.4 二进制代码 1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算 1.6 逻辑函数及其表示方法,1.1.1数字技术的发展及其应用,1.1 数字电路与数字信号,电子管,ENIAC - The first electronic computer (1946),The Transistor Revolution,First transistor Bell Labs, 1948,The First Integrated Circuits,Bipolar logic 1960s,ECL 3-input Gate Motorola 1966,Intel 4004 Micro-Pro
3、cessor,1971 1000 transistors 1 MHz operation,Intel Pentium (IV) microprocessor,Moores Law,In 1965, Gordon Moore noted that the number of transistors on a chip doubled every 18 to 24 months. He made a prediction that semiconductor technology will double its effectiveness every 18 months,Evolution in
4、Complexity,Transistor Counts,1,000,000,100,000,10,000,1,000,10,100,1,1975,1980,1985,1990,1995,2000,2005,2010,8086,80286,i386,i486,Pentium,Pentium Pro,K,1 Billion Transistors,Source: Intel,Projected,Pentium II,Pentium III,Courtesy, Intel,Frequency,P6,Pentium proc,486,386,286,8086,8085,8080,8008,4004,
5、0.1,1,10,100,1000,10000,1970,1980,1990,2000,2010,Year,Frequency (MHz),Lead Microprocessors frequency doubles every 2 years,Doubles every 2 years,Courtesy, Intel,数码相机,计算机,数字技术的应用,1.1.2 数字集成电路的分类和特点,1.按结构特点及逻辑关系,Combinatorial logic circuit,Sequential logic circuit,2.按功能特点,3.按集成度,4. 数字电路的分析方法,基本分析方法：功能
6、表、真值表、逻辑表达式、波形图,5. 数字电路的测试技术,数字电压表、电子示波器、逻辑分析仪,仿真软件：EWB(Electronics Workbench),PLD设计软件：MAX+PLUSII, Quartus,1.1.3 数字信号和模拟信号,电子电路中的信号,模拟信号,数字信号,时间连续的信号,时间和幅度都是离散的,例：正弦波信号、锯齿波信号等。,例：产品数量的统计、数字表盘的读数等。,模拟电路主要研究：输入、输出信号间的大小、相位关系、失真与否。模拟电路包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。,在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态；在数字电路中，三极管工作在开关状态，即工作在饱和和截止
7、状态。,数字电路主要研究：电路输出、输入间的逻辑关系。主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式及波形图表示。,模拟电路与数字电路比较,1.电路的特点,2.研究的内容,模拟量可以用数字0、1的编码来表示，这里的编码所指的是数字0、1的字符串，这种编码就是二进制码 , 数字0、1的字符串是由模数转换器得来。,模拟量的数字表示,1.1.4 数字信号的描述方法,1. 二值数字逻辑和逻辑电平,二值逻辑（数字逻辑）: 用彼此相关又对立的两 种状态来代表逻辑变量1和0，在数字电路中 常用开关的闭合与断开、指示灯的亮灭、特别是电平的高低 （正逻辑、负逻辑）,高电平：3.5-5V,低电平：0-1.5
8、V,2. 数字波形,Amplitude幅值、Logic level 逻辑电平 bit比特、bit time比特时间、bit rate比特率,周期性：Frequency、Period周期、Pulse Width脉宽、 Duty Ratio占空比,非周期性：,例：周期性数字脉冲波高电平持续时间为6ms，低电平持续时间为10ms, 则，占空比,2. 占空比 q -表示脉冲宽度占整个周期的百分比 :,q,数字信号中的几个概念:,1. 脉冲宽度 tw -表示脉冲作用的时间。,q = 6ms / (6+10)ms =37.5%,正逻辑,Bit time=50ms,Bit rate=20bps,Freque
9、ncy=? Period=? Amplitude=? Pulse width (tw) =? Duty ratio (q) =?,实际数字信号,tw 脉冲宽度,tr 上升时间,tf 下降时间,12 数制(Number system),一、N进制数,N进制：以N为基数的记数体制,1. 有N个数码(Digit)： 0（N1）,2. 逢N进1,3.,基数(Base),二进制：,Binary 如(1001.001)B,八进制：,Octonary or Octal如 (75.2)O,Hexadecimal如(9E.0A)H,十六进制：,十进制：,Decimal or Denary 如(19.2)D,1.
10、 BD：,例： (11010.011)2 =,124,+123+022+121+020+,021+122+123,= (26.375)10,二、 十、二进制数之间的转换,2.DB,整数除二，取出余数再除二，直到商为零,小数乘二，取出整数部分再乘二，直到满足误差要求,二进制数按位（权）展开相加,整数和小数部分分别转换，最后相加,例：(25)D =,(11001)B,b0,b1,b2,b3,b4,整数除二，取出余数再除二，直到商为零,除二取余,0.706 X 2 = 1.412 1 b-1,0.412 X 2 = 0.824 0 b-2,0.824 X 2 = 1.648 1 b-3,(0.706
11、)D = (0.1011)B,例：(0.375)D =( ? )B,0.648 X 2 = 1.296 1 b-4,0.375 X 2 = 0.750 0 b-1,0.750 X 2 = 1.500 1 b-2,0.500 X 2 = 1.000 1 b-3,= (0.011)B,小数乘二，取出整数部分再乘二，直到满足误差要求,例：(0.706)D 转换为二进制数，要求其误差不大于2-4。,乘二取整,要求精度为1%?,误差2-70.7%,2.BH：,(4E6)H=,4162+14 161+6 160,=(1254)D,三、 各种制数之间的转换,1.H （或O）D：,按位（权）展开,以小数点为基
12、准，分别向左、右每四位分为一组，转换为相应的十六进制数,BH,(0101 1001)B=,027+1 26+0 25+1 24 +1 23+0 22+0 21+1 20D,=,(023+1 22+0 21+1 20) 161 +(1 23+0 22+0 21+1 20) 160D,=(59)H,每四位2进制数对应一位16进制数,(11101.011000111) B =,(0001 1101 . 0110 0011 1000) B =,=(1D.638)H,.,BH：以小数点为基准，分别向左、右每 四位分为一组，转换为相应的十六进制数,(10101011110.100000111) B =,(
13、010 101 011 110. 100 000 111) B =,=(2536.407)O,.,3.BO：,以小数点为基准，向左、右每三位分为一组，转换为相应的八进制数,4.HB：,5.OB：,(567)O = ( ？)B,(567)H = ( ？)B,将每一位16进制数转换为4位二进制数,将每一位8进制数转换为3位二进制数,6.DO：,7. DH：,8. HO：,(BE.29D)H = ( ？)O,= (10111110.001010011101)B,= (276.1235)O,9. OH：,整数除8取余，小数乘8取整； D-B-O,整数除16取余，小数乘16取整； D-B-H,H-B-O
14、,O -B- H,数字系统的信息,二进制代码如ASCII,14 二进制代码,自然二进制码,BCD码,格雷码,编码基本规则：2n=N（N为需编码信息的项数， n为编码bit数）,一、 BCD码是Binary-Coded-Decimal的缩写，即二进制编码的十进制数。用来表示十进制数。,在BCD码中，用四位二进制数表示0-9十个数码。四位二进制数最多可以表示16个字符，因此0-9十个字符与这16中组合之间可以有多种情况，不同的对应便形成了一种编码。,无权码,有权码,二、 格雷码（循环码）,4.采用格雷码，位数变化小，当各个位的数字变化不同步时，可大大减少错码的可能性,请观察如下格雷码的特点？,1.
15、每两个相邻代码中的数码仅有一位不同，其余各位均相同,2.首尾(0和15)两个代码也仅有一位不同，构成“循环”,3.无权码,15 二值逻辑变量与基本逻辑运算,逻辑代数（布尔代数）， 由19世纪中叶英国数学家布尔首先提出，可用于研究数字电路中的输入、输出之间逻辑关系。 在逻辑代数中，逻辑变量只能取两个值（二值变量），即0和1，中间值没有意义 逻辑代数基本表达方式：逻辑表达式，真值表，逻辑符号（逻辑电路） 基本逻辑运算：与、或、非,1 . “与”逻辑,逻辑符号,逻辑式,F=ABC,条件都具备时，事件F才发生。,真值表,一、 基本逻辑运算,2. “或”逻辑,逻辑符号,当有一个具备时，事件F就会发生。,
16、逻辑式,F=A+B+C,真值表,3. “非”逻辑,A具备时 ，事件F不发生；A不具备时，事件F发生。,逻辑符号,逻辑式,真值表,标准符号,惯用符号,国外符号,A,二、 复合逻辑运算,与非： 全1则0，任0则1。,或非： 任1则0，全0则1。,同或： 相同则1 不同则0,=,A,B,F,异或： 不同则1 相同则0,=1,A,B,F,1.6 逻辑函数及其表示方法,实际问题,逻辑定义,真值表,逻辑表达式,1. 真值表 2. 逻辑函数表达式 3. 逻辑图 4. 波形图,逻辑图,波形图,楼道灯开关示意图,1. 逻辑定义，列出真值表,2、由真值表获得逻辑函数表达式。,3、逻辑函数表达式获得逻辑电路图,把相
17、应的逻辑关系用逻辑符号和连线表示出来，就构成了逻辑图。,4、 波形图表示方法,用输入端在不同逻辑信号作用下所对应的输出信号的波形图，表示电路的逻辑关系。,练习与作业,1. 写出逻辑表达式YA（ACBC）的真值表。,2. A，B，C三个输入信号，当其中出现奇数个1时，输出 Z1，其余情况下，输出Z0。写出真值表和逻辑表达式。,作业：1.2.1 1.2.2 (4) 1.2.4 (4) 1.3.1 (3) 1.4.1(3) 1.6.1,实训1 信号灯的逻辑控制,1 实训目的 (1） 了解逻辑控制的概念。 (2) 掌握表示逻辑控制的基本方法。 2 实训设备和器件 实训设备和器件: 直流电源、发光二极管
18、、限流电阻、 继电器两个、导线若干。 3 实训电路图,图1.1为实训电路图。这是一个楼 房照明灯的控制电路。设A、B分别代 表上、下楼层的两个开关， 发光二极 管代表照明灯。在楼上闭合开关A， 可以将照明灯打开，在楼下闭合开关 B，又可以将灯关掉；反过来，也可 以在楼下开灯， 楼上关灯 。,图 1.1 照明灯的逻辑控制电路,4 实训步骤与要求 1）连接电路 按图1.1连接好电路，注意不要将两个继电器接错。 2）试验开关和发光二极管的逻辑关系 接通电源，分别将开关A、B按表1.1的要求闭合或者 断开，观察发光二极管F的亮、灭情况，并填入表1.1中。,5 实训总结与分析 通过上述实训，可做如下总结： (1)实训图中，JA和JB分别代表继电器的两个线圈，JAK1、JBK1代表继电器的常开触点，电器的常闭触点。在实训图所示的状态下开关A、B均断开），由于没有通路给发光二极管供电，所以发光二极管灭。开关A闭合，继电器线圈JA通电，其JAk1闭合，常闭触点JAK2断开，JBK1、JBK2则维持原来状态，此时图1.1最上面的一条电路连通，通过电源给发光二极管供电，发光二极管亮。同样道理， 如果只闭合开关B，也将给发光二极管提供供电通路使之点亮。当开关A、B均闭合时，由于没有通路，所以发光二极管灭，读者可自行分析。 ,返回目录,