《数字电子技术基础》第版教学课件清华大学 阎石 王红(1)

小结
日常生活中使用十进制，但在计算机中基本上使用二进制， 有时也使用八进制或十六进制。利用权展开式可将任意进制数
常用的几种 BCD 码
十进 制数 8421 BCD码 2421 BCD码 5121 BCD码 余 3码 余3 循环码
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
0000 0001 0010 0011 0100 1011 1100 1101 1110 1111
注意：如无特别说明，本课程中的BCD码一概指组合的8421BCD码。
格雷码（Gray）
任意两个相邻码组之间只有一位码元不同（0和最大 数之间也只有一位不同），因此格雷码也称为循 环码；这种编码在形成和传输时不易出错。
比如：十进制3转换为4时，对应二进制的每一位变化，都会产
生很大的尖峰电流脉冲

上述编码方式是针对 “一位” 十进制数字而言的，一个多位的十进制数 与相应的8421BCD码之间的转换关系如下例所示： 3 0 9 1 十进制数：
对应的8421BCD码：
0011
0000
1001
0001
这样得到的BCD码在存放或处理时有两种格式： • 组合BCD码格式：每位十进制数字对应的BCD编码以四个二进制位来存放； （3091）10＝（0011 0000 1001 0001）BCD • 非组合BCD码格式：每位十进制数字对应的BCD编码以八个二进制位来存放， 其中低四位存放真正的BCD码，高四位根据具体应用的不同定义为不同的 值 —— 如无特殊要求，高四位通常为全0； （3091）10＝（00000011 00000000 00001001 00000001）BCD

(1000 1111 1010 1100 0110 )2
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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
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《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
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第一章
数制和码制
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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
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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
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数字量和模拟量
• 电流值来表示信息
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1.4二进制数运算
1.4.2 反码、补码和补码运算

状态 Q * 方 H (Z ,Q 程 )
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三、时序电路的分类
1. 同步时序电路与异步时序电路 同步：存储电路中所有触发器的时钟使用统一的clk,状态变
化发生在同一时刻 异步：没有统一的clk,触发器状态的变化有先有后
2. Mealy型和Moore型
Mealy型： Y F(X,Q) Moore型：Y F(Q)
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（4）列状态转换表：
Q2*Q1 *Y A
0
00 Q 2 Q1 01/0
01 10/0
10 11/0
11 00/1
1
11/1 00/0 01/0 10/0
（5）状态转换图
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*6.2.3 异步时序逻辑电路的分析方法
各触发器的时钟不同时发生
例：
Q2*Q2cl2k
与X、Q有关 仅取决于电路状
6.2 时序电路的分析方法
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6.2.1 同步时序电路的分析方法 分析：找出给定时序电路的逻辑功能
即找出在输入和CLK作用下，电路的次态和输出。
一般步骤： ①从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程 （输入的逻辑式），得到整个电路的驱动方程。
②将驱动方程代入触发器的特性方程，得到状态方程。
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第六章 时序逻辑电路
6.1 概述
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一、时序逻辑电路的特点
1. 功能上：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还 与电路原来的状态有关。

8.7 现场可编程门阵列FPGA
一、基本结构
1. IOB 2. CLB 3. 互连资源 4. SRAM
1. IOB
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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
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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
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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
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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
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8.8 在系统可编程通用数字开关（ispGDS）
ispGDS22的 结构框图
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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
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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
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Mealy型：Y F ( X , Q) Moore型：Y F (Q)
与X、Q有关 仅取决于电路状态
6.2 时序电路的分析方法
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分析：找出给定时序电路的逻辑功能 即找出在输入和CLK作用下，电路的次态和输出。
一般步骤：
①根据给定的逻辑图写出存储电路中每个触发器输入端的逻 辑函数式，得到电路的驱动方程。
R’D S1 S0 工作状态 0 X X 置零 1 0 0 保持 1 0 1 右移 1 1 0 左移 1 1 1 并行输入
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6.3.3 计数器
• 用于计数、分频、定时、产生节拍脉冲等
• 分类： 按时钟分，同步、异步 按计数过程中数字增减分，加、减
……
1. 异步计数器
异步二进制加法计数器 在末位+1时，从低位到高位逐位进 位方式工作。 原则：每1位从“1”变“0”时，向高
6.1 时序逻辑电路的特点和逻辑功能的描述 一、时序逻辑电路的特点 1. 功能上：任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还
与电路原来的状态有关。 例：串行加法器，两个多位数从低位到高位逐位相加
2. 电路结构上 ①包含存储电路和组合电路 ②存储器状态和输入变量共同决定输出
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二、时序电路的一般结构形式与功能描述方法
因为 触发器有延迟时间t pd 所以 CLK 到达时，各触发器按前一级触发器原来的状态翻转
数据依次右移1位
《数字电子技术基本教程》
应用： 代码转换，串 并 数据运算
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器件实例：74LS 194A，左/右移，并行输入，保持，异步 置零等功能
并行输入
并行输出
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8421码加3形成的一种编码。
十进制 0
1
23Leabharlann 4567
8
9
余3码 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100
3。格雷(Gray)码 具有如下特点的代码叫格雷码：任何相邻的两个码
组(包括首、 尾两个码组)中，只有一个码元不同。格 雷码属于无权码。
D Ki 2i
式中， Ki 为第i位的系数， 2i 为第i位的权值
3. 十六进制：以16为基数的计数体制，遵循“逢十六 进一，借一当十六”的规律 表示数的十六个代码为： 0123456789ABCDEF 例如：(2A.7F)16 2161 10160 7 16-1 1516-2
格雷码 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000
4．美国信息交换标准代码（ASCII）
美国信息交换标准代码（American Standard Code）是 由美国国家标准化协会（ANSI）指定的一种信息代码，广泛 用于计算机与通信领域，ASCII已经由国际标准化组织 （ISO）认定为国际标准代码，如表1-6所示。
术的应用 ３．要提高自学能力
四、数电与模电的区别
１．信号的表现形式不同
模电：讨论时间和数值连续变化的物理量，如温 度、压力和速度； 数电：讨论时间和数值离散的物理量，如人数、零 件数。
２．电路的功能不同
模电：处理模拟信号，实现信号的放大和处理等；
数电：处理数字信号，实现输出输入之间的逻辑关 系；
３．三极管的作用不同
十进制 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

表1-3 四位格雷码
格雷码
十进制数 二进制码
0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
8
1000
9
1001
10
1010
11
1011
12
1100
13
1101
14
1110
15
1111
格雷码
1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000
1.4.1 十进制编码 【例1-8】 把二进制数1001转换成格雷码。 解：
1.2 数字系统中的数制
1.2.1 十进制数表述方法
1.在每个位置只能出现（十进制数）十个数码中的一个。
特点
2.低位到相邻高位的进位规则是“逢十进一”，故称为十进制。
3.同一数码在不同的位置(数位)表示的数值是不同的。
(N )10 an110n1
n1
ai 10i im
a1101 a0100 a1101 am10m
● 格雷码到二进制码的转换 （1）二进制码的最高位（最左边）与格雷码的最高位相同。 （2）将产生的每个二进制码位加上下一相邻位置的格雷码位，作为 二进制码的下一位（舍去进位）。
1.4.1 十进制编码
十进制数
0 1 2 3 4 5 6 7
二进制码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
1.4 数字系统中数的表示方法与格式
1.4.1 十进制编码
1. 8421 BCD码
在这种编码方式中，每一位二进制代码都代表一个固定的数值， 把每一位中的1所代表的十进制数加起来，得到的结果就是它所代表 的十进制数码。由于代码中从左到右每一位中的1分别表示8、4、2、 1（权值），即从左到右，它的各位权值分别是8、4、2、1。所以把 这种代码叫做8421码。8421 BCD码是只取四位自然二进制代码的 前10种组合。

2006年
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8.4.3 GAL的输入特性和输出特性
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【例8.3.2 】 用PAL设计一个4为循环码计数器,并 要求所设计的计数器具有置零和对输出进行三态 控制的功能.
2006年
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8.4 通用阵列逻辑GAL
GAL是在PAL器件的基础上发展起来的。它的基本结构 与PAL相同，即“与阵列可编程或阵列可固定”。但 GAL采用了电可擦除，电可改写的CMOS半导体制造工 艺，使得GAL器件不仅可以反复擦除、改写，为修改 设计带来了灵活性，而且降低了功耗，集成度也大大 提高。另外，GAL的逻辑结构采用了输出逻辑宏单元 OLMC，可以根据应用的不同配置成不同的输出结构。 一片GAL即可以配置为组合逻辑电路，也可以使时序 逻辑电路或者是两者的组合，很灵活。
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8.1 概 述
l 图8.1.1 PLD电路中门电路的惯用画法 （a）与门
l （b）输出恒等于0的与门 l （c）或门 l （d）互补输出的缓冲器 l （e）三态输出的缓冲器
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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
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*8.2 现场可编程逻辑阵列（FPLA）
l 图8.2.1 FPLA的基本电路结构 l 图8.2.2 FPLA的异或输出结构 l 图8.2.3 时序逻辑型 FPLA的电路结构

截止 导通
T4 导通
输出
高电平
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（2）当输入为高电平（I = 3.6 V） T2、T3饱和导通 T1:倒置的放大状态。
T4和D截止。 使输出为低电平. vO=vC3=VCES3=0.2V
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输入 低电平 高电平
T1 饱和
T2 截止
倒置工作 饱和
逻辑真值表
输入A 0 1
(1)EN 0, P 1, D截止，为“工作状态” Y ( AB) (2)EN 1, P 0, D导通，为“高阻状态” Y Z
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三态门的用途
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感谢您的观看！
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第28页/共33页
3、外接负载电阻RL的计算
OC门同时截止，
截止漏电流为IOH ,负载输入电流为I IH
为保证VO VOH ,
则VCC RL (nIOH m IIH ) VOH
所以RL
V
' CC
VOH
nIOH m IIH
RL(max)
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3、外接负载电阻RL的计算
当仅一个OC门导通，
且不随iB增加而 增加
VCE＝VCC－iCRc VCES ≈ 0.2~0.3 V
c、e间等 效内阻
很大，约为 数百千欧，相 当于开关断开
可变
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很小，约为数 百欧，相当于 开关闭合
六 、三极管反相器
• 三极管的基本开关电路就是非门 实际应用中，为保证
VI=VIL时T可靠截止，常在 输入接入负压。
OC门
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2、OC门的结构特点
输出端为OC三极管T5，T5可承受较大电压、电流， 如SN 7407 : 40mA / 30V 工作时需要外接RL ,VCC;只要RL ,VCC取值合适，定可使