第九章-数字电子技术基础第五版-阎石、王红、清华大学
第一清华数字电子技术第五阎石课件
• 通过补码，将减一个数用加上该数的补码来实现
《数字电子技术基础》第五版
10 – 5 = 5 10 + 7 －12= 5 （舍弃进位）
7+5=12 产生进位的模 7是-5对模数12的补码
• 1011 – 0111 = 0100 （11 - 7 = 4）
《数字电子技术基础》第五版
第一清华数字电子技术第五阎石课件
《数字电子技术基础》第五版
第一章 数制和码制
《数字电子技术基础》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
数字量和模拟量
《数字电子技术基础》第五版
• 电子电路的作用：处理信息 • 模拟电路：用连续的模拟电压/电流值来表示信息
数字量和模拟量
《数字电子技术基础》第五版
• 电子电路的作用：处理信息 • 数字电路：用一个离散的电压序列来表示信息
1. 2 几种常用的数制
《数字电子技术基础》第五版
• 数制： ①每一位的构成 ②从低位向高
( 5 E B 2 ) 16
四、十六－二转换
例：将(8FAC6)16化为二进制
( 8 F A C 6 ) 16
( 101 01 0 1 10 1 1 11 0 0 01 ) 0 210
《数字电子技术基础》第五版
五、八进制数与二进制数的转换
13＋10 、13－10 、－13＋10 、－13－10
课件数字电技术基础第五版教学课件清华大学阎石王红.ppt
0 0
1 1
0 1
0 1
0 0
1 1
2.特性方程 : Q* D
3.状态转换图
4.符号
。。。。
《数字电子技术基础》第五版
逻辑功能： 是 Q * 与输入及 Q 在CLK作用后稳态之间的关系 （RS, JK, D, T）
电路结构形式： 具有不同的动作特点（转换状态的动态过程） （同步，主从，边沿）
《数字电子技术基础》第五版
( 5 )有异步置1，置0端
二、动作特点 Q * 变化发生在 clk的上升沿（或下降沿） ， Q * 仅取决于上升沿到达时 输入的状态，而与此前 、后的状态无关
《数字电子技术基础》第五版
5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法
5.6.1 触发器按逻辑功能的分类 时钟控制的触发器中 由于输入方式不同（单端，双端输入）、次态（ Q * ）随输 入变化的规则不同
J K CLK
Q S 主 R Q’ 从
Q Q’
《数字电子技术基础》第五版
J Q S 主 R Q’ 从 Q
K
CLK
Q’ (1)若J 1, K 0则clk 1时，
Q* 1 “主”保持 , 1 * Q 0，“主” 1
Q* 1，“主” 0 * Q 0，“主”保持 0
1. 主从 SR 触发器 ( 1 )clk 1时，“主”按 S , R翻转，“从”保持 ( 2 )clk下降沿到达时，“主” 保持， “从”根据“主”的状 态翻转 所以每个 clk周期，输出状态只可能 改变一次
0
1
1 1
1 0
0
1*
1
1 1
1*
《数字电子技术基础》第五版
2. 主从 JK触发器 为解除约束 即使出现 S R 1的情况下， Q * 也是确定的
数字电子技术基础第五版第九章-阎石、王红、清华大学
10.3.2 集成单稳态触发器 电路结构与工作原理 (74 121)
《数字电子技术基础》第五版 微分型单稳
控制附加电路
《数字电子技术基础》第五版
使用外接电阻
使用内接电阻
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
10.4 多谐振荡器（自激振荡, 不需要外加触发信号） 10.4.1 对称式多谐振荡器 一、工作原理（TTL） (1)静态（未振荡） 时应是不稳定的
通过调整R、C改f（R不能太大） RC常数远大于Tpd ,因此周期主要计算RC环节
《数字电子技术基础》第五版
10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器
T
T1
+ T2
RC
ln VDD VDD
-VT -VT +
+
RC ln VDD VDD
-VT + -VT -
T
T1
+ T2
R2C
ln
VDD VDD
充电至VI 2 VTH时,VI 2 又引起正反馈 VI 2 VO VO1
电路迅速返回稳态VO 0,VO1 VDD, C放电至没有电压，恢复稳态。
2.性能参数计算 输出脉冲宽度 输出脉冲幅度 恢复时间 分辨时间
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
tw
RC lnV() -V(0) V() -V(t)
TD
0 X X 0 导通
1
2 3 VCC
1 3VCC
0
导通
1
2 3
VCC
1 3 VCC
不变
不变
1
2 3
VCC
1 3
VCC
1
阎石《数字电子技术基础》(第5版)配套模拟试题及详解(一)【圣才出品】
数字电子技术基础第五版
(1000 1111 1010 1100 0110 )2
《数字电子技术基础》第五版
五、八进制数与二进制数的转换
例：将(011110.010111)2化为八进制
(011 110. 010 111 )2
(3 6 . 2 7)8
例：将(52.43)8化为二进制
(5
2 . 4
3)8
(101 010 . 100 011 )2
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》（第五版）教学课件
清华大学 阎石 王红
联系地址：清华大学 自动化系 邮政编码：100084 电子信箱：wang_hong@ 联系电话：(010)62792973
《数字电子技术基础》第五版
第一章
数制和码制
《数字电子技术基础》第五版
1 2 3 4 7
k n 2 n1 k n1 2 n 2 k1 2( k n 2 n 2 k n1 2 n3 k 2 ) k1
0
故 (173)10 (10101101 )2
5 6
《数字电子技术基础》第五版
二、十－二转换
1 2 m ( S ) k 2 k 2 k 2 10 1 2 m 小数部分: 左右同乘以 2
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
《数字电子技术基础》第五版
数字量和模拟量
• 电流值来表示信息
《数字电子技术基础》第五版
1.4二进制数运算
1.4.2 反码、补码和补码运算
《数字电子技术基础》第五版教学课件清华大学阎石王红.pdf
一、基本结构
1. IOB 2. CLB 3. 互连资源 4. SRAM
1. IOB
《数字电子技术基础》第五版
可以设置为输入/输出； 输入时可设置为：同步（经触发器）
异步（不经触发器）
2. CLB
《数字电子技术基础》第五版
本身包含了组合电路和触发器，可构成小的时序电路 将许多CLB组合起来，可形成大系统
8.4.3 GAL的输入和输出特性
GAL是一种较为理想的高输入阻抗器件
GAL输出缓冲级
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
8.5 可擦除的可编程逻辑阵列EPLD
一、结构特点 相当于 “不-或”阵列（PAL） + OLMC
二、采用EPROM工艺 集成度提高
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
isp器件的编程接口（Lattice）
开发 环境
• 使用ispPLD的优点：
• *丌再需要与用编程器 • *为硬件的软件化提供可能 • *为实现硬件的远程构建提供可能
3. “装载”结束后，进入编程设定的 工作状态
！！每次停电后，SRAM中数据消失 下次工作仍需重新装载
《数字电子技术基础》第五版
8.8 在系统可编程通用数字开关（ispGDS）
ispGDS22的 结构框图
《数字电子技术基础》第五版
8.9 PLD的编程
以上各种PLD均需离线进行编程操作，使用开发系统
3. 互连资源
《数字电子技术基础》第五版
《数字电子技术基础》第五版
4. SRAM 分布式 每一位触发器控制一个编程点
二、编程数据的装载
《数字电子技术基础》第五版
数字电子技术基础第五版
《数字电子技术基础（第5版）》是2006年高等教育出版社出版的图书，作者是阎石、清华大学电子学教研组。
本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材。
本书以前各版曾分别获得北京市教育教学成果一等奖、国家教委优秀教材一等奖、国家级优秀教材奖。
新版教材是在基本保持第四版教材内容、理论体系和风格的基础上，按照教育部2004年修订的“数字电子技术基础课程教学基本要求”修订而成的。
本次修订除改写了部分章节外，还增加了硬件描述语言和EDA软件应用的基础知识。
此外，还在多数小节后面增设了复习思考题。
为了便于教学，也为了便于读者今后阅读外文教材和使用外文版的EDA软件，书中采用了国际上流行的图形逻辑符号。
全书主要内容有：数制和码制、逻辑代数基础、门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、硬件描述语言、脉冲波形的产生和整形、数-模和模-数转换等共11章。
本书可作为电气信息类、仪器仪表类各专业的教科书，也可供其他相关理工科专业选用以及社会选者阅读。
阎石，清华大学教授、全国高等学校电子技术研究会理事长。
1937年生人。
1958年毕业于清华大学自动控制系，其后一直在清华大学从事电子技术的教学与科研工作。
曾任国家教委工科本科基础课程教学指导委员会第一、二届委员，华北地区高等学校电子技术教学研究会理事长。
1989年与童诗白教授等一起获得普通高等学校优
秀教学成果国家级特等奖。
主编的《数字电子技术基础》第二版获国家教委优秀教材一等奖，第三版获国家优秀教材奖，第四版获北京市教育教学成果一等奖。
数字电子技术基础备课笔记(阎石第五版)
数字电子技术基础备课笔记汤洪涛一、课程简介《数字电子技术基础》是电力、计算机工程类各专业的一门技术基础课，它是研究各种半导体器件的性能、电路及应用的学科。
数字电子技术包括逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、VHDL 语言、脉冲信号的产生与整形和A/D与D/A转换器等内容。
本课程以小规模集成电路为基础，（门电路）以中规模集成电路为主，着重介绍各种逻辑单元电路，逻辑部件的工作原理，分析逻辑功能，介绍逻辑电路的分析方法和一般数字电路的设计方法。
二、各章节主要内容和基本要求第一章数制与码制：它是整个数字逻辑电路的基本知识，要求能够熟练掌握；第二章逻辑代数基础：它是整个数字逻辑电路的分析工具，要求能够熟练掌握和应用，其中逻辑代数化简法和卡诺图化简法是重点掌握内容。
第三章逻辑门电路：是组成逻辑电路的基本单元，它相当于模电中的二极管、三极管。
基本门电路有DTL（二极管门）、TTL（三极管门）、MOS（场效应管门），要求掌握它们的组成原理。
第四章组合逻辑电路：它是数字电子技术的一大类，要求掌握组合逻辑电路的分析和设计方法，即已知逻辑电路，请分析该电路的所能实现的逻辑功能；或已知该电路的所要实现的逻辑功能，请设计逻辑电路的来实现其逻辑功能。
当然，设计电路就有一个电路的优化设计问题，如何选择最少的基本逻辑单元电路或最廉价的或最方便的基本逻辑单元电路来就可以实现所需要的逻辑功能。
（只考虑输入、输出之间的逻辑关系）第五章触发器：触发器是时序逻辑电路的基本逻辑单元，掌握触发器的基本特点、工作原理和分析方法等。
第六章时序逻辑电路：要求掌握时序逻辑电路的分析、波形的绘制等。
第七章半导体存储器：主要讲述动静态的RAM（随机存储器）和ROM（只读存储器）要求掌握它们的基本概念及其应用。
第八章以后的章节不做讲解好要求，让大家以后如果接触到相关知识时可以查阅。
第一章数制和码制本章要求：掌握十进制、二进制、十六进制、八进制之间的转换1.1 概述一、电子信号的分类：电子电路中的信号可分为两类：1、一类是时间和数值上都是连续变化的信号，称为模拟信号，例如音频信号、温度信号等；2、另外一类是在时间或数值上断续变化的信号，即离散信号，称为数字信号，例如工件个数的记数信号，键盘输入的电信号等。
阎石数字电子技术基础第5版知识点总结课后答案
第1章数制和码制1.1复习笔记一、数字信号与数字电路1.模拟信号和数字信号模拟信号：幅度和时间连续变化的信号。
例如，正弦波信号。
数字信号：在幅度和时间上取值离散的信号。
例如，统计一座桥上通过的汽车数量。
模拟信号经过抽样、量化、编码后可转化为数字信号。
数字信号的表示方式：（1）采用二值数字来表示，即0、1数字；0为逻辑0，1为逻辑1。
（2）采用逻辑电平来表示，即H（高电平）和L（低电平）。
（3）采用数字波形来表示。
2.模拟电路和数字电路模拟电路：工作在模拟信号下的电路统称为数字电路。
数字电路：工作在数字信号下的电路统称为数字电路。
数字电路的主要研究对象是电路的输入和输出之间的逻辑关系；主要分析工具是逻辑代数关系；表达电路的功能的方法有真值表，逻辑表达式及波形图等。
二、几种常用的进制不同的数码既可以用来表示不同数量的大小，又可以用来表示不同的事物。
在用数码表示数量的大小时，采用的各种计数进位制规则称为数制，主要包括进位制、基数和位权三个方面。
进位制：多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则。
基数：在进位制中可能用到的数码个数。
位权：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定的数，这个固定的数就是这一位的权数，权数是一个幂。
常用的数制有十进制、二进制、八进制和十六进制几种。
1.十进制在十进制数中，每一位有0～9十个数码，所以计数基数为10。
超过9的数必须用多位数表示，其中低位和相邻高位之间的关系是“逢十进一”，故称为十进制。
十进制的展开形式为式中，是第i位的系数，可以是0～9十个数码中的任何一个。
任意N进制的展开形式为式中，是第i位的系数，N为计数的基数，为第i位的权。
2.二进制在二进制数中，每一位仅有0和1两个可能的数码，计数基数为2。
低位和相邻高位间的进位关系是“逢二进一”。
二进制的展开形式为例如，（101.11）2=1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1＋0×2-2=（5.75）10。
数字电子技术基础第五版阎石课件
2006年
24
8.4 通用阵列逻辑GAL
要使用GAL器件，就要先进行设计。GAL器件的开发 工具包括硬件开发工具和软件开发工具。硬件开发工 具有编程器，软件开发工具有ABEL-HDL程序设计语言 和相应的编译程序。编程器的主要用途是将开发软件 生成的熔丝图文件按JEDEC格式的标准代码写入选定 的GAL器件。
8.1 概 述
图8.1.1 PLD电路中门电路的惯用画法 （a）与门
（b）输出恒等于0的与门 （c）或门 （d）互补输出的缓冲器 （e）三态输出的缓冲器
2006年
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1
图8.1.1 PLD电路中门电路的惯用画法
（a）与门（b）输出恒等于0的与门（c）或门 （d）互补输出的缓冲器（e）三态输出的缓冲器
辑模式（c）单乘积项模式 图8.8.7 输入/输出单元（ IOC ）的电路结构 图8.8.8 IOC的各种组态 图8.8.9 ispLSI器件的编程接口 图8.8.10 ispGDS22的结构框图 图8.8.11 ispGDS22的输入/输出单元（ IOC ）
支持不同厂家生产的，各种型号的PAL，GAL， EPLD，FPGA产品开发。
PLD开发系统包括软件和硬件俩部分。 开发系统软件是指PLD专用的编程语言和相 应的汇编程序或编译程序。开发系统软件大体
上可以分为汇编型，编译型和原理图收集型三
种。
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8.8 在系统可编程逻辑器件（ISP－PLD）
图8.8.1 ispGAL16z8的电路结构框图 图8.8.2 ispGAL16z8编程操作流程图 图8.8.3 ispLSI1032的电路结构框图 图8.8.4 ispLSI1032的逻辑功能划分框图 图8.8.5 通用逻辑模块（GLB）的电路结构 图8.8.6 GLB的其它几种组态模式（a）高速旁路模式（b）异或逻
数字电子技术基础课-阎石_第五版第九章期末复习题
第九章脉冲波形的产生与变换习题1、选择题（1） TTL单定时器型号的最后几位数字为（）。
A.555B.556C.7555D.7556（2）用555定时器组成施密特触发器，当输入控制端CO外接10V电压时，回差电压为( )。
A.3.33VB.5VC.6.66VD.10V（3）555定时器可以组成( )。
A.多谐振荡器B.单稳态触发器C.施密特触发器D.JK触发器（4）若图9-43中为TTL门电路微分型单稳态触发器，对R1和R的选择应使稳态时：（）图9-43A.与非门G1、G2都导通（低电平输出）；B.G1导通，G2截止；C.G1截止，G2导通；D.G1、G2都截止。
（5）如图9-44所示单稳态电路的输出脉冲宽度为t WO=4μs，恢复时间tre=1μs,则输出信号的最高频率为（）。
图9-44A.fmax=250kHz;B.fmax≥1MHz;C.fmax≤200kHz。
（6）多谐振荡器可产生（）。
A.正弦波B.矩形脉冲C.三角波D.锯齿波（7）石英晶体多谐振荡器的突出优点是（）。
A.速度高B.电路简单C.振荡频率稳定D.输出波形边沿陡峭（8）能将正弦波变成同频率方波的电路为（）。
A.稳态触发器B.施密特触发器C.双稳态触发器D.无稳态触发器（9）能把2 kHz 正弦波转换成 2 kHz 矩形波的电路是（）。
A.多谐振荡器B.施密特触发器C.单稳态触发器D.二进制计数器（10）能把三角波转换为矩形脉冲信号的电路为（）。
A.多谐振荡器B.DACC. ADCD.施密特触发器（11）为方便地构成单稳态触发器，应采用（）。
A.DACB.ADCC.施密特触发器D.JK 触发器（12）用来鉴别脉冲信号幅度时，应采用（）。
A.稳态触发器B.双稳态触发器C.多谐振荡器D.施密特触发器（13）输入为2 kHz 矩形脉冲信号时，欲得到500 Hz矩形脉冲信号输出，应采用（）。
A.多谐振荡器B.施密特触发器C.单稳态触发器D.二进制计数器（14）脉冲整形电路有（）。
数字电子技术基础阎石主编第五版
四、触发器分类
SR锁存器
按
SR触发器
按
逻
构 造
电平触发旳触发器 辑 功
JK触发器
可 分
脉冲触发旳触发器 能 可
D触发器
为
边沿触发触发器
分 为
T和T′触发器
5.2 触发器旳电路构造与动作特点
一、SR锁存器 （基本RS触发器）
1.或非门构成
RSD— RSeetset 直直接接复置位位端端 ((置置01端端））
转换环节：
（1）写出已经有触发器和待求触发器旳特征方程。
（2）变换待求触发器旳特征方程，使之形式与已经 有触发器旳特征方程一致。
（3）比较已经有和待求触发器旳特征方程，根据两 个方程相等旳原则求出转换逻辑。
（4）根据转换逻辑画出逻辑电路图。
JK触发器→RS触发器
变换RS触发器旳特征方程，使之形式与JK触发器旳特征 方程一致：
T触发器特征方程：
Q* TQ T Q T Q
J T 与JK触发器旳特征方程比较，得： K T
电 路 图
D触发器→T触发器
D T Q
D触发器→T＇触发器
D Q
三、触发器电路构造和逻辑功能旳关系
同一种逻辑功能旳触发器能够用不 同旳电路构造实现。反过来，用同一种 电路构造形式能够作成不同逻辑功能旳 触发器。
RS触发器特征方程
Q* S RQ RS 0
Q* S RQ S(Q Q ) RQ SQ SQ RQ SQ RQ SQ (R R) SQ RQ RSQ RSQ SQ RQ
Q* JQ K Q
Q* SQ RQ
比较，得：
J K
S R
电路图
JK触发器→T触发器
0
数字电子技术基础第五版阎石门电路
TTL与非门举例
7400是一种典型的 TTL 与非门器件，内部含有 4个2输入端 与非门，共有14个引脚。引脚排列图如图所示。
二、集电极开路的门电路
1.推拉式输出电路结构的局限性
① 输出电平不可调
② 负载能力不强，尤其是高电平输出
③ 输出端不能并联使用
一是会抬高
1
（不能构成“线与”结构） 门2的低电平，
4.异或门
? A=0,B=0 ，T2 T3导通， T4 T5截止，T7 T9导通， T8截止，输出为0
? A=1,B=1 ，T6 T7导通， T8截止输出为0
? A=0,B=1 ，或者A=1,B=0 ： T3导通，T6截止，T4 T5必 有一个导通，T7 截止，T9 截止，T8导通，输出为1
Y ? A? B
二是会因功
耗过大损坏
门电路.
0
OC门（Open Collector ）
线与结构
yes
no
2、OC门的结构特点
VCC ?
RL
? 输出端为 OC三极管 T5，T5可承受较大电压、电流 ， 如SN 7407 : 40 mA / 30V
正逻辑
正逻辑 高电平：1 低电平：0
负逻辑 低电平：1 高电平：0
实际中高 /低电平都有一个允许的范围
在数字电路中，对电子元件、器件参数精度的要 求及其电源的稳定度的要求比模拟电路要低。
3.2 分立元件门电路
3.2.1 半导体二极管和半导体三极管的开关特性
数字电路中的晶体二极管、三极管和 MOS管工作在开关状态。 导通状态：相当于开关闭合 截止状态：相当于开关断开。
当A和B同为高电平时， VB1 ? 2.1V , T4截止， T2和 T5导通， VO ? VOL ? 0
《数字电子技术基础》_阎石编著_数字电路教案
数字电路教案本课程理论课学时数为70，实验24学时。
各章学时分配见下表：第一章逻辑代数基础【本周学时分配】本周5学时。
周二1~2节，周四3~5节。
【教学目的与基本要求】1、掌握二进制数、二—十进制数（主要是8421 BCD码）2、熟练掌握逻辑代数的若干基本公式和常用公式。
3、熟练掌握逻辑函数的几种表达形式。
【教学重点与教学难点】本周教学重点：1、绪论：重点讲述数字电路的基本特点、应用状况和课程主要内容。
2、逻辑代数的基本运算：重点讲述各种运算的运算规则、符号和表达式。
3、逻辑代数的基本公式和常用公式：重点讲述逻辑代数的基本公式与普通代数公式的区别，常用公式的应用背景。
4、逻辑函数的表示方法：重点讲述各种表示方法的特点和相互转换方法。
本周教学难点：反演定理和对偶定理：注意两者之间的区别、应用背景和变换时应注意的问题。
【教学内容与时间安排】一、绪论（约0.5学时）1、电子电路的分类。
2、数字电路的基本特点。
3、数字电路的基本应用。
4、本课程的主要内容；5、本课程的学习方法和对学生的基本要求。
二、数制与码制（约1.5学时）（若前置课程已学，可作简单复习0.5学时）1、几种不同进制（二、八、十、十六进制）。
2、几种不同进制相互转换。
3、码制（BCD码）。
三、逻辑代数1、基本逻辑运算和复合逻辑运算：与、或、非运算是逻辑代数的基本运算；还可以形成其他复合运算，常用的是与非、或非、与或非、异或、同或运算。
（约0.5学时）2、常用公式（18个）（约0.5学时）3、基本定理（代入定理、反演定理、对偶定理）（约0.5学时）4、逻辑函数的概念及表示方法（约0.5学时）5、逻辑函数各种表示方法间的转换：常用的转换包括：函数式←→真值表；函数式←→逻辑图（约1学时）【教学方法与教学手段】采用课堂讲授的方法，可组织学生讨论逻辑代数公式和普通代数公式的相同和不同之处，讨论逻辑函数各种表示方法的特点和相互转换方法。
【作业】P38 1.1 1.2 1.8 1.10【本周学时分配】本周5学时。