数字电路第五版康华光ch

22 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
MSB 23 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
37
十进制 数
3. 二进制数据的传输 ⑴二进制数据的串行传输
计计算算机机
A
A
0 11 0 110 0
计计算算机机
B
B
串行数据传输
1
CP 0
0
1
2
3
4
5
6
7
串行数据
1 MSB 0
LSB
0
0
1
1
0
1
1
0
38
⑵二进制数据的并行传输
将一组二进制数据所有位同时传送。 传送速率快,但数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。
计算机
MSB
0 0 1 1 0 1 1 0
LSB
并行数据传输 打印机
并行数据
CP
20 1 21 0 22 1 23 0 24 1 25 1 26 0 27 0
⑴电路简单,便于大规模集成,批量生产 ⑵可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强 ⑶体积小,通用性好,成本低. ⑷具可编程性,可实现硬件设计软件化 ⑸高速度 低功耗 ⑹加密性好
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四、 数字信号的描述方法
1.二值数字逻辑和逻辑电平 二值数字逻辑
0、1数码---表示数量时称二进制数
---表示事物状态时称二值逻辑 表示方式
2.二进制转换 成十六进制
以小数点为基准，分别向左，右，每四位为一组，首尾不 足四位补0，每组对应一位16进制数。
例例例(0((11111000011001100111100))B B
== 十六进制转换成二进制：
(78AE)H
将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。
例 (BEEF)H =(1011 1110 1110 1111)B
数字信号传输、变换、产生等。内容涉及相关器件、 功能电路及系统。
硬件 处理数字信号的电子电路及其逻辑功能 数字电路的分析方法 数字电路的设计方法 各种典型器件在电子系统中的应用
软件 系统分析、设计、仿真的软件工具：EWB、 Multisim、Protel、VHDL、Max Plus II和 Quartus II等。
0
1
2
3
4
5
6
(LSB)
(MSB)
39
三、数制转换
1.十进制数转换成二进制数 整数部分:除2取余，余数倒级联； 小数部分:乘2取整，整数正级联。
例1.3 将十进制数(37)D转换为二进制数。
40
例1.3 将十进制数(37)D转换为二进制数。
解：根据上述原理，可将(37)D按如下的步骤转换为二进制数
2.教学目标
获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、基 本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力，为以 后深入学习数字电子技术及其相关学科和专业打好以下两方 面的基础:
⑴正确分析、设计数字电路，特别是集成电路的基础； ⑵为进一步学习、设计专用集成电路(ASIC)打下坚实基础。
12
3. 课程研究内容
放大状态
基本单元 基本放大器和运放
饱和或截止状态 逻辑门电路和锁存器
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4.模拟信号的数字表示 由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转
换为数字信号。
模数转换的实现
模拟信号 3V
模数转换器
00000011 数字输出
22
二、数字电路的分类
⑴按照电路的结构和工作原理的不同：数字电路可分为组合 逻辑电路和时序逻辑电路两类。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。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。
EDA（Electronics Design Automation)技术 EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，
自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下 载到芯片，实现系统功能。使硬件设计软件化。 1.设计：
在计算机上利用软件平台进行设计
设计方法
原理图设计 VerlogHDL语言设计 状态机设计
占空比 Q ----- 表示脉冲宽度占整个周期的百分比 上升时间tr 和下降时间tf ----从脉冲幅值的10%到90% 上升
下降所经历的时间( 典型值ns )
5.0V
4.5V
幅值=5.0V 2.5V
tw
4.5V 2.5V
0.0V 0.5V
tr
脉冲宽度
33
0.5V
tf
(4)时序图----表明各个数字信号时序关系的多重波形图。 由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保持同步关系。 为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一定的时差，但这些时差 必须限定在规定范围内，各个信号的时序关系用时序图表达。
1
电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代 ⑴传统的设计方法：
采用自下而上的设计方法；由人工组装,经反复调试、验 证、修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周 期长。
⑵现代的设计方法：
现代EDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计 方法，电路设计、分析、仿真、修订全通过计算机完成。
返回
2
3
2.仿真
3.下载 下载线
4.验证结果
返回
4
实验板
数字技术的发展
发展特点:以电子器件的发展为基础
电子管时代
电压控制器件 电真空技术
1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管 体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在 一些大功率发射装置中使用。
5
晶体管时代 电流控制器件：半导体二极管、三极管
6
半导体集成电路
7
数字技术的发展
60~70年代：IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。 10万个晶体管/片。
80年代后：ULSI，10亿个晶体管/片 、ASIC 制作技术成熟。 90年代后：97年一片集成电路上有40亿个晶体管。 返回 目前：芯片内部的布线细微到亚微米(0.13~0.09m)量级微处
42
3.二进制转换成八进制
转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小 数部分自左向右，三位一组，不够三位的添零补齐，则每 三位二进制数表示一位八进制数。
例 (10110.011)B =(26.3)O 八进制转换成二进制： 将每位八进制数展开成三位二进制数，排列顺序不变即可。
例 (752.1)O(=111 101 010.001)B
⑵按所用器件制作工艺的不同：数字电路可分为双极型 （TTL型）和单极型（MOS型）两类。
⑶按集成度分类：数字电路可分为小规模（SSI，每片数 十器件）、中规模（MSI，每片数百器件）、大规模 （LSI，每片数千器件）和超大规模（VLSI，每片器件数 目大于1万）数字集成电路。集成电路从应用的角度又可 分为通用型和专用型两大类型。
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1.数字逻辑基础
1.1 数字电路与数字信号 1.2 数制 1.3 二进制数的算术运算 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
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1.1 数字电路与数字信号
电子电路
模拟电路： 传递、处理模拟 信号的电子电路
数字电路： 传递、处理数字 信号的电子电路
*归零型 低电平
有脉冲
无脉冲 比特率 -------- 每秒钟转输数据的位数
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(2)周期性和非周期性
非周期性数字波形
周期性数字波形
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例1.1 某通信系统每秒钟传输1544000位(1.544兆位)数 据，求每位数据的时间。
解：按题意，每位数据的时间为
1.544 106
1
647.67109 s
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集成度:每一芯片所包含的门电路个数
分类
小规模 中规模 大规模 超大规模
甚大规模
门的个数
典型集成电路
最多12个 12~99 100~9999
逻辑门、触发器 计数器、加法器 小型存储器、门阵列
10,000~99,999 大型存储器、微处理器
106以上
可编程逻辑器件、多功能专用集成电 路
24
三、数字电路的特点
模拟信号
时间上和幅度上都 连续变化的物理量
数字信号
时间上和幅度上都 离散变化的物理量
18
一、模拟信号与数字信号 1. 模拟信号：时间和数值均连续变化的物理量，如正弦波、 三角波等。
u
O
t
u
O t
19
2.数字信号：在时间上和数值上均离散变化的物理量。 如矩形波。
数字信号波形 数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同， 分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同。
理器的时钟频率高达3GHz（109Hz）。 将来：高分子材料或生物材料制成密度用
计算机
智能仪器
数码相机
返回
9
10
序言
课程介绍 1. 课程性质 2. 教学目标 3. 课程研究内容 4. 课程特点与学习方法 5. 教材和参考书
11
1.课程性质
数字电子技术课程是电类各专业具有入门性质的重要的专 业基础课。
2 37 …………… 余 …… b0
2 18 29
……………… 余1 ……b1 ……………… 余0 ……b2
24 22 21
0
……………… 余1 ……b3
… ……………
余0
…… b4
… ……………
余0
……b5
…
1
由上得 (37)D=(100101)B
问：当十进制数较大时，有什么方法使转换过程简化?
41
⑵学习方法
①掌握基本概念、基本电路和基本分析、设计方法。 ②能独立的应用所学的知识去分析和解决数字电路的实际 问题的能力。 打好基础、 关注发展、 主动更新、 注重实践。
15
5.主要教材及参考书
阎 石主编《数字电子技术基础》第五版 高等教育出版社 蔡惟铮主编《集成电子技术》 高等教育出版社 郑家龙、王小海主编《集成电子技术基础教程》高等教育出版社 李哲英主编《电子技术及其应用基础基础》 高等教育出版社 电子工程手册编委会等编《中外集成电路简明速查手册-TTL、 CMOS 》 电子工业出版社 王金明,杨吉斌编《数字系统设计与Verliog HDL 》电子工业出版 社
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3.模拟电路与数字电路的比较
模拟电路
数字电路
工作信号 研究对象
时间和数值均连续变化 时间和数值均离散变化
的物理量
的物理量
输出与输入信号在大小 输出与输入信号之间的
和相位之间的关系
逻辑关系
分析工具 普通代数
逻辑代数
分析方法
图解法、估算法和微变 真值表、电路图、卡诺
等效电路法
图、表达式和波形图
半导体器件 工作状态
数字电路的分析与设计
1.分析 电路分析:根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。 分析工具：逻辑代数（又称布尔代数）。 分析方法：真值表、电路图、卡诺图、逻辑表达式和 波形图。
2.设计 设计:从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的逻辑器件， 设计出符合要求的逻辑电路。
设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。
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4.课程特点与学习方法 ⑴课程特点
①发展快 摩尔定律:是指集成电路芯片上可容纳的晶体管数目， 约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，而 价格下降一倍。摩尔定律是Intel公司的创始人之一 戈登·摩尔（Gordon Moore）提出来的。
②应用广 ③工程实践性强
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4.课程特点与学习方法
在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）
电压(V) +5 0
二值逻辑 1 0
电平 H(高电平) L(低电平)
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2.数字波形 数字波形------是信号逻辑电平对时间的图形表示.
(a) 用逻辑电平描述的数字波形 (b) 16位数据的图形表示
27
(1)数字波形的两种类型: *非归零型 高电平
34
1.2 数制
数制:多位数码中的每一位数的构成及低位向高位进位的规则
一、十进制
十进制采用0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9十个数码，其进位
的规则是“逢十进一”。 一般表达式:
系数
位权
( N )D
K
i
1
0i
i
如:4587.29=4103+5102+8101+7100+2101+9102
648ns
s
30
例1. 2 设周期性数字波形的高电平持续6ms，低电平持续10ms，
求占空比q。 解：因数字波形的脉冲宽度tw=6ms，周期T=6ms+10ms=16ms。
q 6ms 100% 37.5% 16ms
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(3)实际脉冲波形及主要参数 非理想脉冲波形
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几个主要参数:
周期 (T) ---- 表示两个相邻脉冲之间的时间间隔 脉冲宽度 (tw )---- 脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间
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二、二进制
1.二进制数的表示方法
二进制数只有0、1两个数码，进位规律是：“逢二进一” .
二进制数的一般表达式为: 系数
位权
( N )B K i 2i
i
36
2.二进制数波形表示
LSB 20 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 21 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1