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大家好大家好1数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版数字数字电子技子技术基基础教材：数字电子技术基础 阎石主编（第五版）Fundamentals of Digital Electronics主讲人：刘春江数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版Introduction一、本一、本课程的性程的性质和任和任务1、性、性质：数字数字电子技子技术是是计算机算机类、自控、自控类和和电子子类专业在在电子技子技术方面入方面入门性性质的技的技术基基础课。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版 2、任、任务：本本课程的任程的任务是使学生是使学生获得数字得数字电子技子技术方面的基本理方面的基本理论、基、基础知知识和基和基本技能，培养学生分析本技能，培养学生分析问题和解决和解决问题的的能力，能力，为深入学深入学习计算机、数控算机、数控类有关有关课程以及程以及为今后从事今后从事专业工作打下良好的基工作打下良好的基础。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版二、二、课程要求及程要求及课程考核程考核 提前提前预习，按，按时出勤，上出勤，上课认真听真听讲，课后加后加强复复习及及练习；考考试成成绩占占70%（闭卷），卷），实验成成绩占占20%,平平时成成绩占占10%。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版绪论绪论数字信号与数字数字信号与数字电路路模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号。u模拟信号波形数字信号波形tut对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版模拟电路与数字电路的区别模拟电路与数字电路的区别1 1.工作任务不同：工作任务不同：模拟电路研究的是输出与输入信号之间的大小、模拟电路研究的是输出与输入信号之间的大小、相位、失真等方面的关系；相位、失真等方面的关系；数字电路主要研究的数字电路主要研究的是输出与输入间的逻辑关系是输出与输入间的逻辑关系（因果关系）。（因果关系）。模拟电路中的三极管工作在线性放大区模拟电路中的三极管工作在线性放大区,是是一个放大元件；一个放大元件；数字电路中的三极管工作在饱数字电路中的三极管工作在饱和或截止状态和或截止状态,起开关作用。起开关作用。因此，基本单元电路、分析方法及研究的因此，基本单元电路、分析方法及研究的范围均不同。范围均不同。2 2.三极管的工作状态不同：三极管的工作状态不同：数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版3.3.数字电路数字电路基本电路元件基本电路元件基本数字电路基本数字电路逻辑门电路逻辑门电路触发器触发器 组合逻辑电路组合逻辑电路 时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整形电路）形电路）数字电子技术是一门研究用数字电信号来实现数字电子技术是一门研究用数字电信号来实现运算、控制和测量的技术。运算、控制和测量的技术。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版4.4.数字电路的特点：数字电路的特点：1 1.工作信号工作信号不连续变化的离散（数字）不连续变化的离散（数字）信号信号2 2.主要研究对象主要研究对象电路输入电路输入/输出之间的逻输出之间的逻辑关系辑关系3 3.主要分析工具主要分析工具逻辑代数逻辑代数4 4.主要描述工具主要描述工具逻辑表达式、真值表、逻辑表达式、真值表、卡诺图、逻辑图、时序波形图、状态转换图卡诺图、逻辑图、时序波形图、状态转换图等。等。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版 数字数字电路的路的优点点 1、基本、基本单元元电路路简单。对电路中各元器件参数的精度的要求路中各元器件参数的精度的要求 相相对不高，允不高，允许有有较大的分散性，只要大的分散性，只要 能区分两种截然不同的状能区分两种截然不同的状态即可。即可。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版2、抗干扰能力强，精度高。、抗干扰能力强，精度高。（2）、模拟系统的精度由元器件决定，模拟）、模拟系统的精度由元器件决定，模拟元器件的精度很难达到元器件的精度很难达到10-3以上，而数字系统只以上，而数字系统只要要14位就可以达到位就可以达到10-4 的精度。在高精度的的精度。在高精度的 系系统中有时只能采用数字系统。统中有时只能采用数字系统。（1）、由于数字电路加工和处理的都是）、由于数字电路加工和处理的都是 二进二进制信息，不易受到外界的干扰，因而抗干扰能制信息，不易受到外界的干扰，因而抗干扰能力强。而模拟系统的各元件都有一定的温度系力强。而模拟系统的各元件都有一定的温度系数，且电平是连续变化的，易受温度、噪声、数，且电平是连续变化的，易受温度、噪声、电磁感应的等的影响。电磁感应的等的影响。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版3 3、数字信号便于长期存储、数字信号便于长期存储4 4、保密性好、保密性好5 5、通用性强、通用性强 由于数字部件具有高度由于数字部件具有高度规范性，便范性，便于大于大规模集成、大模集成、大规模生模生产，而，而对电路路参数要求不参数要求不严，故，故产品成品率高。采用品成品率高。采用标准化的准化的逻辑部件来构成各种各部件来构成各种各样的数的数字系字系统，省，省时省力。省力。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版第二章第二章 逻辑代数基础逻辑代数基础第三章第三章 门电路门电路第四章第四章 组合逻辑电路组合逻辑电路第五章第五章 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十章第十章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形第七章第七章 半导体存储器半导体存储器第十一章第十一章 A/DA/D和和D/AD/A转换转换第一章第一章 数制和码制数制和码制数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版第一章第一章 数制和数制和码制制数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版1.1 概述数字量和模拟量数字量：变化在时间上和数量上都是不连续的。（存在一个最小数量单位）模拟量：数字量以外的物理量。数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象，分析/设计方法以及所用的数学工具都有显著的不同数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版数字量和模拟量电电子子电电路的作用：路的作用：处处理信息理信息模模拟电拟电路：用路：用连续连续的模的模拟电压拟电压/电电流流值值来表示信息来表示信息数字数字电电路：用一个离散的路：用一个离散的电压电压序列来表示信息序列来表示信息数字数字电电路路进进行信号行信号处处理有突出的理有突出的优势优势，我，我们们一般一般先将模先将模拟拟信号按比例信号按比例转换转换成数字信号，然后送到成数字信号，然后送到数字数字电电路路进进行行处处理，最后再将理，最后再将处处理理结结果根据需要果根据需要转换为转换为相相应应的模的模拟拟信号信号输输出。出。数字信号通常用数数字信号通常用数码码形式形式给给出，一位数出，一位数码码往往不往往不够够用，因此需要用用，因此需要用进进位位计计数制的方法数制的方法组组成多位数成多位数码码。多位数。多位数码码中每一位的构成方法以及低位到高中每一位的构成方法以及低位到高位的位的进进位位规则规则称称为为数制。数制。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版1.2 几种常用的数制数制：每一位的构成从低位向高位的进位规则常用到的：十进制，二进制，八进制，十六进制数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版十进制，二进制，八进制，十六进制逢二逢二进一一逢八逢八进一一逢十逢十进一一逢十六逢十六进一一数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版（1 1）进位制：表示数时，仅用一位数码往往不）进位制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。则称为进位计数制，简称进位制。（2 2）基）基 数：进位制的基数，就是在该进位制中数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。可能用到的数码个数。（3 3）位位 权（位的权数）：在某一进位制的数中，权（位的权数）：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。是一个幂。Number Systems1、数制的基本知识数制的基本知识数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版数码为：09；基数是10。运算规律：逢十进一，即：9110。十进制数的权展开式：十进制十进制103、102、101、100称为十进制的权。各数位的权是10的幂。同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和，称权展开式。即：(5555)105103 510251015100又如：(209.04)10 2102 0101910001014 102数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版二进制二进制数码为：0、1；基数是2。运算规律：逢二进一，即：1110。二进制数的权展开式：如：(101.01)2 122 0211200211 22(5.25)10加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法规则：0.0=0，0.1=0，1.0=0，1.1=1运算运算规则各数位的权是的幂各数位的权是的幂二进制数只有0和1两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版数码为：07；基数是8。运算规律：逢八进一，即：7110。八进制数的权展开式：如：(207.04)8 282 0817800814 82 (135.0625)10八进制八进制十六进制十六进制数码为：09、AF；基数是16。运算规律：逢十六进一，即：F110。十六进制数的权展开式：如：(D8.A)16 13161 816010 161(216.625)10各数位的权是各数位的权是8的幂的幂各数位的权是各数位的权是16的幂的幂数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版结论结论一般地，N进制需要用到N个数码，基数是N；运算规律为逢N进一。如果一个N进制数M包含位整数和位小数，即 (an-1 an-2 a1 a0 a1 a2 am)N则该数的权展开式为：(M)N an-1Nn-1 an-2 Nn-2 a1N1 a0 N0a1 N-1a2 N-2 amN-m 由权展开式很容易将一个N进制数转换为十进制数。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版十进制数十进制数二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制00000000000000000 001010001000101011 102020010001002022 203030011001103033 304040100010004044 405050101010105055 506060110011006066 607070111011107077 708081000100010108 809091001100111119 91010101010101212A A1111101110111313B B1212110011001414C C1313110111011515D D1414111011101616E E1515111111111717F F不同不同进制数的制数的对照表照表数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版 Number Systems Conversionsn我们习惯于采用十进制数，但在计算机和数字电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，路中却是按二进制工作的，因此，在数字系统中，首先必须把十进制数转换成计算机和数字电路能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，而作为数字系统的输出加工、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。这就要求我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。们必须掌握各种不同数制之间的相互转换。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版1.3不同数制间的转换一、二一、二十十转换转换例：例：数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版二、十二、十二二转换转换整数部分整数部分:例：例：数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版二、十二、十二二转换转换小数部分小数部分:例：例：数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版三、二十六转换例：将例：将(01011110.10110010)(01011110.10110010)2 2化化为为十六十六进进制制四、十六二转换例：将例：将(8FAC6)(8FAC6)1616化化为为二二进进制制数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版五、八进制数与二进制数的转换（1 1）二）二进进制数制数转换为转换为八八进进制数：制数：将二将二进进制数由制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每每3 3位分成一位分成一组组，不，不够够3 3位位补补零，零，则则每每组组二二进进制数便是一位八制数便是一位八进进制数。制数。例：将例：将(011110.010111)(011110.010111)2 2化化为为八八进进制制数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版五、八进制数与二进制数的转换（2 2）八）八进进制数制数转换为转换为二二进进制数：将每位八制数：将每位八进进制制数用数用3 3位二位二进进制数表示。制数表示。例：将例：将(52.43)(52.43)8 8化化为为二二进进制制数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版六、十六进制数与十进制数的转换 十六十六进制制转换为十十进制制 十十进制制转换为十六十六进制：通制：通过二二进制制转化化 数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版n二进制数的运算规则与十进制数相类似，其二进制数的运算规则与十进制数相类似，其运算规则如下：运算规则如下：(1)加法运算规则加法运算规则 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0(同时向邻近高位进一同时向邻近高位进一)(2)减法运算规则减法运算规则 0-0=0 0-1=1(同时向邻近高位借一同时向邻近高位借一)1-0=1 1-1=0 (3)乘法规则乘法规则(4)除法规则除法规则1.4二进制运算数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版n n例例例例 求求1001与与1010之和。之和。解：将末位对齐逐位相加。则：解：将末位对齐逐位相加。则：1 0 0 1 +）.1 0 1 0 1 0 0 1 1 即：即：1001+1010=10011n二进制数加法运算将末位对齐逐位相加，但采用二进制数加法运算将末位对齐逐位相加，但采用“逢二进一逢二进一”的法则。的法则。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版n n例例例例 求1001与1011的积。解：1 0 0 1 )1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1n即：10011011=1100011数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版1.4二进制运算1.4.1 1.4.1 二二进进制算制算术术运算的特点运算的特点算算术术运算：运算：1 1：和十：和十进进制算数运算的制算数运算的规则规则相同相同 2 2：逢二：逢二进进一一 特特 点：加、减、乘、除点：加、减、乘、除 全部可以用移位和相全部可以用移位和相 加加这这两种操作两种操作实现实现。简简化了化了电电路路结结构构 所以数字电路中普遍采用二进制算数运算数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版1.4二进制数运算1.4.2 反码、补码补码和和补码补码运算运算 原码：符号位与数符号位与数符号位与数符号位与数值值位的位的位的位的组组合合合合 二二进进制数的正、制数的正、负负号也是用号也是用0/10/1表示的。表示的。在定点运算中，最高位在定点运算中，最高位为为符号位（符号位（0 0为为正，正，1 1为负为负）如如 +89=+89=（0 0 1011001 1011001）-89=89=（1 1 10110011011001）数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版二二进进制数的制数的补码补码：最高位最高位为为符号位（符号位（0 0为为正，正，1 1为负为负）正数的正数的补码补码和它的原和它的原码码相同相同负负数的数的补码补码 =数数值值位逐位求反位逐位求反(反反码码)+)+1 1如 +5=（0 0101）-5=（1 1011）通通过补码过补码，将减一个数用加上，将减一个数用加上该该数的数的补码补码来来实现实现数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版 10 5=5 10 5=5 10+7 10+7 12=5 12=5（舍弃（舍弃进进位）位）7+5=12 7+5=12 产产生生进进位的模位的模 7 7是是-5-5对对模数模数1212的的补码补码 数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版1011 1011 0111=0100 0111=0100 （11-7=411-7=4）1011+1001=1011+1001=1 101000100 =0100=0100（舍弃（舍弃进进位）位）（11+911+916=416=4）0111+10010111+1001=2=24 401110111是是-10011001对对模模2 24 4（1616）的的补码补码数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版 两个两个补码补码表示的二表示的二进进制数相加制数相加时时的符号位的符号位讨论讨论例：用二进制补码运算求出1310 、131310 10、131310 10、13131010结论：将两个加数的符号位和来自最高位数字位的进位相加，结果就是和的符号 解：数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版1.5几种常用的编码内容见下表不同的数码不仅可以表示数量的大小，还可以表不同的数码不仅可以表示数量的大小，还可以表示不同的事物。用来表示不同事物的数码称为示不同的事物。用来表示不同事物的数码称为代码代码。编制代码遵循的规则叫做编制代码遵循的规则叫做“码制码制”。BCD代码有多种不同的码制：代码有多种不同的码制：8421BCD 码、码、2421BCD码、码、余余3码等，码等，例如例如，一位十进制数，一位十进制数09十个数十个数 码，用四位二进制数表码，用四位二进制数表示时，其代码称为二示时，其代码称为二 十进制代码，简称十进制代码，简称 BCD代码。代码。数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版1.5几种常用的编码一、十一、十进进制代制代码码 几种常用的十几种常用的十进进制代制代码码十进制十进制数数84218421码码余余3 3码码24212421码码52115211码码余余3 3循环码循环码0 000000000001100110000000000000000001000101 100010001010001000001000100010001011001102 200100010010101010010001001000100011101113 300110011011001100011001101010101010101014 401000100011101110100010001110111010001005 501010101100010001011101110001000110011006 601100110100110011100110010011001110111017 701110111101010101101110111001100111111118 810001000101110111110111011011101111011109 91001100111001100111111111111111110101010数字数字数字数字电电子技子技子技子技术术基基基基础础第五版第五版第五版第五版二、格雷码特点：1.每一位的状态变化都按一定的顺序循环。2.编码顺序依次变化，按表中顺序变化时，相邻代码只有一位改变状态。应用：减少过渡噪声 编码顺编码顺序序二进制二进制格雷码格雷码编码顺序编码顺序二进制码二进制码格雷码格雷码0 000000000000000008 810001000110011001 100010001000100019 910011001110111012 20010001000110011101010101010111111113 30011001100100010111110111011111011104 40100010001100110121211001100101010105 50101010101110111131311011101101110116 60110011001010101141411101110100110017 7011101110100010015151111111110001000
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