数字电子技术基础讲义

输出方程
Y ( A Q ( 1 Q 2 ) ( A Q 1 Q 2 ) ) A Q 1 Q 2 A Q 1 Q 2
③计算、 列状态转
换表
Y 输A 入Q 1 Q 2 现A Q 态1 Q 2
A Q2 Q1
次
Q2*
态
Q1*
00 0
01
00 1
10
01 0
11
QQ102*1*AQ01 1 Q1
双向移位寄存器
2片74LS194A接成8位双向移位寄存器
用双向移位寄存器74LS194组成节日彩灯控制电路
1k
LED 发光 二极管
Q=0时 LED亮
+5V
RD Q0 DIR D0
Q1
Q2
Q3 S1
74LS194
S0
D1 D2 D3 DIL CLK +5V
RD Q0 DIR D0
Q1
Q2
Q3 S1
二.一般掌握的内容：
（1）同步、异步的概念，电路现态、次态、有效 状态、无效状态、有效循环、无效循环、自启动的 概念，寄存的概念；
（2）同步时序逻辑电路设计方法。
6.1 概述
一、组合电路与时序电路的区别
1. 组合电路： 电路的输出只与电路的输入有关， 与电路的前一时刻的状态无关。
2. 时序电路：
电路在某一给定时刻的输出
1 0 Q2
0 1
0 1
10 1
00
11 0
01
11 1
10
输出
Y
0 0 0 1 1 0 0 0
Q Q2*1*D D21A Q1 Q1 Q2
YA Q 1 Q 2A Q 1 Q 2
转换条件

CPLD结构特点
CPLD（复杂可编程逻辑器件）是一种基于乘积项的可编程逻辑器件，具有简单的结构和较快 的处理速度。它采用与或阵列（AND-OR Array）来实现逻辑功能，适用于中小规模的数字 电路设计。
FPGA与CPLD比较
FPGA和CPLD在结构、性能和适用场景上有所不同。FPGA具有更高的逻辑密度和更灵活 的可编程性，适用于大规模的数字电路设计和复杂的算法实现；而CPLD则具有更简单的 结构和更快的处理速度，适用于中小规模的数字电路设计和控制应用。
容量和提高存取速度
应用实例
如计算机的内存条就是采用RAM 存储器进行扩展的；而一些嵌入 式系统中则采用ROM存储器来
存储固件和程序代码等
发展趋势
随着科技的不断发展，存储器的 容量不断增大，存取速度不断提 高，功耗不断降低，未来存储器 将更加智能化、高效化和绿色化
05 可编程逻辑器件与EDA技 术
PLD可编程逻辑器件概述
要点一
PLD定义与分类
可编程逻辑器件（PLD）是一种通用集 成电路，用户可以通过编程来配置其逻 辑功能。根据结构和功能的不同，PLD 可分为PAL、GAL、CPLD、FPGA等类 型。
要点二
PLD基本结构
PLD的基本结构包括可编程逻辑单元 、可编程互连资源和可编程I/O单元 等。其中，可编程逻辑单元是实现逻 辑功能的基本单元，可编程互连资源 用于实现逻辑单元之间的连接，可编 程I/O单元则负责与外部电路的连接 。
逻辑代数法
利用逻辑代数化简和变换电路 表达式
图形化简法
利用卡诺图化简电路
பைடு நூலகம்
状态转换表
列出电路的状态转换过程，便 于分析和理解电路功能
状态转换图
以图形方式表示电路的状态转 换过程，直观易懂

IB
3 - 0.7 100
0.023(mA)
IBS
VCC RC
12 60 10
0.020(mA)
∵IB＞IBS ∴三极管饱和。
IC
ICS
VCC RC
12 10
1.2(mA)
+VCC （ +12V） RC 10kΩ
Rb
1
3
T
+
+
100kΩ
2
VO
VI
－
-
VO VCES 0.3V
（2）将RC改为6.8kW，重复以上计算。 图1.4.6 例1.4.1电路
三极管工作在放大状态的条件为：发射结正偏，集电结反偏
+VCC
RC
iC
Rb b
c3
1
T
2
+
VI
iB
－
e
iC VCC/RC E
ICS D C
0.7V
IB5 IB4 = IBS IB3
IB2
B
IB1
A IB=0 v
VCC
CE
（3）饱和状态：保持VI不变，继续减小Rb，当VCE ＝0.7V时，集电
结变为零偏，称为临界饱和状态，对应图（b）中的E点。此时的
1.4 数字电路中的二极管与三极管
一、二极管的开关特性
1．二极管的静态特性
(1)加正向电压VF时，二极管导通，管压降VD可忽略。
二极管相当于一个闭合的开关。
D
V
F
IF
RL
(a)
K
V
F
IF
RL
(b)
(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。

§1.5 几种常用的编码
数字电路（数字系统）
• 数字电路的主要功能就是处理信息
因此必须将信息表示成电路能够识别并且能够运算或 者存储的形式
• 信息主要有两类：数值信息(数量)和非数值信息 (事物或事物的状态)
数值信息的表征 -数制及其转换 以及算术运算 非数值信息的 表征-编码以及 逻辑运算
用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路
例2：用卡诺图将下式化简为最简与-或逻辑函数式。
Y ABC ABD C D ABC ACD AC D
解：
Y CD AB 00 00 1 01 1 01 11 10
D
A
11 1 10 1
0 0 1 1
0 0 1 1
1 1 1 1
Y A D
例3：化简逻辑函数
（1）这些乘积项应包含函数式中所有的最小项-包含所有的1;
（2）所用的乘积项数目最少-圈数最少;
（3）每个乘积项包含的因子最少-圈最小.
5. 写出化简后的表达式。
例1：将逻辑函数 Y ABD AC 展开为最小项之和的形式。
配项法：利用公式 A+A’=1
Y AB(C C ) D A( B B)C
Y ( A, B , C , D ) ( m 3 , m 5 , m6 , m7 , m10 )
约束条件： m 0 解：
m1 m 2 m4 m8 0
01 11 10
Y CD AB 00 00 × 01
1、逻辑代数的基本运算及复合运算、基本公式、基本定理
２、逻辑函数的表示方法及其相互转换
真值表 函数式
逻辑图
波形图
卡诺图 公式化简法

二进制 补码的 形式编 码
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
二、直接A/D转换器
并联比较型
0≤vi ＜ VREF/15 时，7个比较 器输出全为0， CP 到来后，7 个触发器都置 0。经 编码器编码后 输出的二进制 代 码 为 d2d1d0 ＝000。
教学内容
§11.1 概述 §11.2 D/A转换器 §11.3 A/D转换器
教学要求
1、掌握DAC和ADC的定义及应用； 2、了解DAC的组成、倒T型电阻网络、集 成D/A转换器、转换精度及转换速度； 3、了解ADC组成、逐次逼近型A/D转换器、 积分型A/D转换器、转换精度及转换速度。
11.1 概述
取 1 8
取 2 15
最大量化误差为 △，即1／8V
最大量化误差为 1/2△，即1／15V
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
对双极性模拟电压的量化和编码
由于V-≈V+=0,所以开关S合到哪一边，都相当 于接到了“地”电位，流过每条电路的电流始终不 变。可等效为：
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
i2 Id34 Id28 Id11Id 60 取RF=R
CB7520电路原理图
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用

为什么需要OD门？ 普通与非门输出不能 直接连在一起实现“线与”！
1
A B C D
Y 0
产 生 一 个 很 大 的 电 流
Y ( AB) (CD)
需将一个MOS管的漏极开路构成OD门。
A B Y
Y ( A B)
OD输出与非门的逻辑符号及函数式
OD门输出端可直接连接实现线与。
VDD RL A B C D 需加一上 拉电阻
三、MOS管的基本开关电路
当vI=vGS<VGS(th)时，MOS管工作在截止区。D-S间 相当于断开的开关，vO≈vDD.
当vI>VGS(th)且vI继续升高时，MOS管工作在可变 电阻区。MOS管导通内阻RON很小，D-S间相当于闭合 的开关,vO≈0。
四、MOS管的四种基本类型
D G S N沟道增强型
能上有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或
非门、异或门等。
正逻辑：高电平表示逻辑1、低电平表示逻辑0。 负逻辑：高电平表示逻辑0、低电平表示逻辑1。
获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的
导通、截止（即开、关）两种工作状态。
3.2
§3.2.1
半导体二极管门电路
半导体二极管的开关特性
iD (mA) Ui<0.5V时，二极管 截止，iD=0。 IF
uY
0.7V 0.7V 0.7V 3.7V
3V
D1 A D2 B
Y
0V
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
Y
0 0 0 1
Y=A· B
A B Y
§3.2.3
二极管或门
uA uB
0V 0V 0V 3V 3V 0V 3V 3V

数字电子技术综合应用
《数字电子技术基础》
课程导论
◆ 数字电子技术课程实践体系 实践教学模块旨在提高学生的实际动手能力和技术应用
能力，最终培养学生分析问题、解决问题及创新的能力。
实践教学体系
基础实践
基
应
综
课
础 型 实 验
用 型 实 验
合 型 实 验
程 设 计
创新实践
竞
毕
企
赛
业
业
培
设
实
训
计
习
《数字电子技术基础》
10 随堂测试、单元测试、主 观题完成情况，讨论参与
60
100
《数字电子技术基础》
课程导论
◆ “章→讲→节”授课顺序组织示例：
第八章 DAC和ADC
第35讲 数/模转换器(DAC)
本讲主要内容 1 DA转换的基本原理 2 权电阻网络DAC
每讲对应一 个知识模块
3 倒T型电阻网络DAC
每节对应一 个知识点
简单地说，数字电子技术是一门研究数字信号 的编码、运算、记忆、计数、存储、测量和传输 的科学技术。
《数字电子技术基础》
课程导论
·数字电子技术的定义及特点
数字电子技术有以下特点：
◆ 在数码技术中一般都采用二进制：0和1； ◆ 数字电路易于集成化； ◆ 抗干扰能力强，精度高，逻辑关系确定，电路调试方便； ◆ 易保存，保密性好。 ◆ 通用性好，可采用标准化的逻辑部件来构成各种各样的
·课程理论教学体系 ·课程实践教学体系 ·课程总体授课安排 ·课程主要教材 ·课程主要教辅指导书
《数字电子技术基础》
课程导论
■ 课程背景介绍
·数字电子技术在现代科技领域中占有重要地位。

一、逻辑函数
如果以逻辑变量作为输入，以运算结果作为 输出，当输入变量的取值确定之后，输出的取值 便随之而定。输出与输入之间的函数关系称为逻 辑函数。Y=F(A,B,C,…)
二、逻辑函数表示方法 常用逻辑函数的表示方法有：逻辑真值表（真
值表）、逻辑函数式（逻辑式或函数式）、逻辑 图、波形图、卡诺图及硬件描述语言。它们之间 可以相互转换。
( A B)
B A
( A B)
Y (( A B) ( A B)) ( A B)( A B) AB AB
5、波形图→真值表
A
1111
0000
B
11
11
00
00
C 1111
00
Y 11
00 11
0
00 0
ABC Y 00 0 0 t 00 1 1 01 0 1 t 01 1 0 10 0 0 t 10 1 1 11 0 0 t 11 1 1
A断开、B接通，灯不亮。
将开关接通记作1，断开记作0；灯亮记作1，灯 灭记作0。可以作出如下表格来描述与逻辑关系：
功能表
开关 A 开关 B 灯 Y
A
断开 断开
灭
0
断开 闭合
灭
0
1
闭合 断开
灭
1
闭合 闭合 亮
BY
00 真 10 值
00 表
11
两个开关均接通时，灯才会 Ｙ＝Ａ•Ｂ
亮。逻辑表达式为：
实现与逻辑的电路称为与门。
与门的逻辑符号：
A
&
Y Ｙ＝Ａ•Ｂ
B
二、或逻辑（或运算）
或逻辑：当决定事件（Y）发生的各种条件A，B，
C，…)中，只要有一个或多个条件具备，事件（Y）

R
vo K合------vo=0, 输出低电平
vi
K
只要能判
可用三极管 代替
断高低电 平即可
在数字电路中，一般用高电平代表1、低 电平代表0，即所谓的正逻辑系统。
2.2.2 二极管与门
VCC
A
D1
FY
B
D2
二极管与门
A
B
【 】 内容 回顾
AB Y 00 0 01 0 100 11 1
&
Y
2.2.2 二极管或门
一般TTL门的扇出系数为10。
三、输入端负载特性
输入端 “1”,“0”？
A
ui
RP
R1 b1
c1
T1
D1
•
R2
•
T2
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
简化电路
R1
VCC
ui
A ui
T1
be
RP
2
be 0
RP
5
RP较小时
ui
RP RP R1
(Vcc Von )
当RP<<R1时, ui ∝ RP
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
TTL非门的内部结构
•
R1
R2
A
b1 c1
T1
•
T2
D1
•
R3
VCC
•
R4
T4 D2
•
Y
T5
•
前级输出为 高电平时
•
R2
R4
VCC
T4 D2

＝ 1×25 + l×24 + 0×23 + 1×22 + 0×21 + l×20 + 1×2-1 + 0×2-2 + 1×2-3 ＝ 32 + 16 + 0 + 4 + 0 + 1 + 0.5 + 0 + 0.125 ＝ (53．625) D 【例1-2】 将十六进制数(4E5.8) H转换为十进制数。 解：(4E5.8) H ＝ 4×(16)2 + E×(16)1 + 5×(16)0 + 8×(16)-1
将每个十六进制数用4位二进制来书写， 其最左侧或最右侧的可以省去。
通常采用基数乘除法。
二进制数
转换
十进制数
将对应的二、十六进制数按各位权展开， 并把各位值相加。
10
1.3.1 十六进制、二进制数与十进制数间的转换
【例1-1】将二进制数(110101．101)2转换为十进制数。 解：(110101．101)2
0 …… 1 高位
小数部分
0.625
整数
×2
1.250 ……… 1 高位
0.250
×2
0.500 ……… 0（顺序）
×2
1.000 ……… 1 低位
即 (59.625)D=（101011.101)B
12
1.3.2 十进制数转换为二进制、十六进制数
【例1-4】 将十进制数（427.34357)D转换成十六进制数。
16
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。

•15
第一章：数字逻辑基础
【例1-3】将十六进制数8A.3按权展开。 解：(8A.3)16=8×161+10×160+3×16-1
•16
第一章：数字逻辑基础
1.2.2 不同进制数的转换 1. 十进制数转换为二进制、八进制和十六进制数 转换方法： (1) 十进制数除以基数(直到商为0为止)。 (2) 取余数倒读。
•17
第一章：数字逻辑基础
【例1-4】将十进制数47转换为二进制、八进制和十六进制数。 解：
(47)10=(101111)2=(57)8=(2F)16。
•18
第一章：数字逻辑基础
【例1-5】将十进制数0.734375转换为二进制和八进制数。
解：
(1)转换为二进制数。
首先用0.734375×2=1.46875 (积的整数部分为1，积的小数部分为
•25
第一章：数字逻辑基础
按选取方式的不同，可以得到如表1.1所示常用的几种BCD编码。 表1.1 常用的几种BCD编码
•26
第一章：数字逻辑基础
2. 数的原码、反码和补码 在实际中，数有正有负，在计算机中人们主要采用两种
方法来表示数的正负。第一种方法是舍去符号，所有的数字 均采用无符号数来表示。
•7
第一章：数字逻辑基础
2. 数字电路的分类
1) 按集成度划分 按集成度来划分，数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模和超大
规模等各种集成电路。 2) 按制作工艺划分
按制作工艺来划分，数字电路可分为双极型(TTL型)电路和单极型(MOS 型)电路。双极型电路开关速度快，频率高，工作可靠，应用广泛。单极型 电路功耗小，工艺简单，集成度高，易于大规模集成生产。 3) 按逻辑功能划分

计数器
是一种用于计数的电路，能够实现二 进制数的加法运算。
计数器种类
包括二进制计数器、十进制计数器和 任意进制计数器等。
计数器特性
描述了计数器的位数、工作原理和状 态转换图等。
计数器应用
在数字电路中，计数器用于实现定时 器和控制器等。
2023
PART 03
数字电路的分析与设计
REPORTING
数字电路的分析方法
介绍数字电路调试的基本技巧和 方法，如使用示波器、逻辑分析 仪等工具进行调试。
2023
PART 04
数字系统设计实例
REPORTING
数字钟的设计与实现
总结词
功能全面、技术复杂
详细描述
数字钟是数字电子技术基础中的典型应用，它具备时、分、秒的基本计时功能，同时还可以进行闹钟、定时等扩 展功能的设计。在实现上，数字钟需要运用数字逻辑电路、触发器、计数器等数字电子技术基础中的知识，设计 过程相对复杂。
率先
19971小小抵抗 its197
your. its17. it the
2023
REPORTING
THANKS
感谢观看
描述了逻辑门的输入、 输出关系，以及真值表
等。
逻辑门应用
在数字电路中，逻辑门 用于实现各种逻辑运算
和组合逻辑电路。
触发器
触发器
是一种具有记忆功能的电路， 能够存储二进制信息。
触发器种类
包括RS触发器、D触发器、JK 触发器和T触发器等。
触发器特性
描述了触发器的状态、输入、 输出关系，以及工作原理等。
交通灯控制系统的设计与实现
总结词
实际应用、安全性高
详细描述
交通灯控制系统是交通管理中的重要组成部分，用于控制交通路口的车辆和行人 流动，保障交通安全。在设计中，需要考虑红、绿、黄三种信号灯的控制逻辑， 以及不同交通状况下的灯控方案，以确保交通流畅且安全。

例1.3.1 将（173.39)D转化成二进制数,要求精度为1%。
解：其过程如下 a. 整数部分 即(173)D=(10101101) B
2 2 2 2
173 86
43 21
1
0 1 1
(k0 (k1
(k2 (k3
) )
) )
2
2 2 2
10 5
2 1
0 (k4 ) 1(k5 ) 0 (k6 ) 1(k7 )
低频模拟电路。期末总评成绩为：期末考试成绩（笔 试，70%）＋平时成绩（实验、作业及考勤，30%），
参考书：《数字电子技术基础》 阎石主编，高等教育 出版社
加油啦！！！☺
第一章 数码和码制
内容提要
本章首先介绍有关数制和码制的一些基本概念和 术语，然后给出数字电路中常用的数制和编码。此外， 还将具体讲述不同数制之间的转化方法和二进制数算 术运算的原理和方法。
(D)10 kn1kn2 k0k1 km
n1
kn1 10n1 ko 100 k1 101 km 10m ki 10i im
(D)10 kn1kn2 k0k1 km
n1
kn1 10n1 ko 100 k1 101 km 10m ki 10i im
其中： ki－称为数制的系数，表示第i位的系数，十进制ki 的取值为0 ~ 9十个数， i 取值从 （n－1）～0的所 有正整数到－1～－m的所有负整数
⑤第四阶段：20世纪70年代中期到80年代中期，微电子 技术的发展，使得数字技术得到迅猛的发展，产生了大 规模和超大规模的集成数字芯片，应用在各行各业和我 们的日常生活
⑥20世纪80年代中期以后，产生一些专用和通用的集 成芯片，以及一些可编程的数字芯片，并且制作技术 日益成熟，使得数字电路的设计模块化和可编程的特 点，提高了设备的性能、适用性，并降低成本，这是 数字电路今后发展的趋势。

数字信号的特点与优势
总结词
易于存储、传输和处理
详细描述
数字信号可以方便地存储在各种存储介质上，如硬盘、光盘等，并且可以轻松地 进行传输，如通过互联网或数字电视广播。此外，数字信号还可以通过各种数字 信号处理技术进行加工处理，如滤波、压缩、解调等。
数字信号的特点与优势
总结词：灵活性高
详细描述：数字信号可以方便地进行各种形式的变换和处理，如时域变换、频域 变换等，使得信号处理更加灵活和方便。
存储器设计
实现n位静态随机存取存储器（SRAM）。
移位器设计
实现n位左/右移位器。
微处理器设计
实现简单的微处理器架构。
CHAPTER 04
数字信号处理
数字信号的特点与优势
总结词
清晰、稳定、抗干扰能力强
详细描述
数字信号以离散的二进制形式表示，信号状态明确，不易受到噪声和干扰的影 响，具有较高的稳定性和抗干扰能力。
数字系统集成测试
对由多个数字电路组成的数字系统进 行集成测试，确保系统整体功能和性 能达标。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
对数字电路进行全面测试，确保产品质量 ，提高客户满意度。
数字电路的调试方法与技巧
分段调试
将数字电路分成若干段，逐段进行调试，以 确定问题所在的位置。
仿真测试
利用仿真软件对数字电路进行测试，模拟实 际工作情况，以便发现潜在问题。
逻辑分析
使用逻辑分析仪对数字电路的信号进行实时 监测和分析，以便快速定位问题。
编码器和译码器的应用
编码器和译码器在数字电路中有 着广泛的应用，如数据转换、数 据传输和显示驱动等。
CHAPTER 03
数字系统设计