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第一章 数字逻辑电路基础一、填空题1、模拟信号的特点是在 和 上都是 变化的。
2、数字信号的特点是在 和 上都是 变化的。
3、数字电路主要研究 与 信号之间的对应 关系。
4、用二进制数表示文字、符号等信息的过程称为_____________。
5、()11011(2= 10)，()1110110(2= 8)，()21(10= 2)。
6、()101010(2= 10)，()74(8= 2)，()7(16=D 2)。
7、最基本的三种逻辑运算是 、 、 。
8、逻辑等式三个规则分别是 、 、 。
9、逻辑函数化简的方法主要有 化简法和 化简法。
10、逻辑函数常用的表示方法有 、 和 。
11、任何一个逻辑函数的 是唯一的，但是它的 可有不同的形式，逻辑函数的各种表示方法在本质上是 的，可以互换。
12、写出下面逻辑图所表示的逻辑函数Y= 。
13、写出下面逻辑图所表示的逻辑函数Y= 。
14、半导体二极管具有 性，可作为开关元件。
15、半导体二极管 时，相当于短路； 时，相当于开路。
16、半导体三极管作为开关元件时工作在 状态和 状态。
17、在逻辑门电路中，最基本的逻辑门是 、 和 。
18、与门电路和或门电路具有 个输入端和 个输出端。
19、非门电路是 端输入、 端输出的电路。
20、三态门除了高电平、低电平两个状态外，还有第三个状态，这第三个状态常称为 。
21、根据逻辑功能的不同特点，逻辑电路可分为两大类： 和 。
22、组合逻辑电路主要是由 、 和 三种基本逻辑门电路构成的。
23、触发器具有 个稳定状态，在输入信号消失后，它能保持 。
24、同步D 触发器的特性方程为 。
25、主从触发器是一种能防止 现象的触发器。
26、在CP 脉冲和输入信号作用下，JK 触发器能够具有 、 、 、和 的逻辑功能。
27、在CP 脉冲有效期间，D 触发器的次态方程1+n Q = ，JK 触发器的次态方程1+n Q = 。
28、对于JK 触发器，当CP 脉冲有效期间，若J=K=0时，触发器状态 ；若K J =时，触发器 或 ；若J=K=1时，触发器状态 。
第一章数字电路与逻辑设计基础本章的主要知识点包括数制及其转换、二进制的算术运算、BCD码和可靠性编码等。
1.参考学时2学时（总学时32课时，课时为48课时可分配4学时）。
2.教学目标（能力要求）●系统梳理半导体与微电子技术发展的历史，激发学生专业热情，结合我国计算机发展面临的卡脖子现状，鼓励学生积极投身信息成业自主可控；●学生可解释数字系统的概念、类型及研究方法；●学生能阐述数制的基本特点，可在不同数制之间进行数字的转换；●学生能理解带符号二进制数的代码表示，能将真值和原码、反码、补码的进行转换；●学生能熟记几种常用的编码（8421码、2421码、5421码、余三码），说明有权码和无权码的区别，能阐述不同编码的特点和特性；●学生能阐述奇偶校验码和格雷码的工作原理与主要特征，并能利用相关原理进行二进制和格雷码的转换，能根据信息码生成校验码，并能根据信息码和校验码辨别数据是否可靠。
3.教学重点●BCD码●奇偶校验码●格雷码4.教学难点●理解不同BCD码的编码方案及相关特征●理解可靠性编码方案、验证的原理以及使用方法。
5.教学主要内容（1）课程概述（15分钟）➢科技革命促生互联网时代➢半导体与微电子技术发展历程➢课程性质、内容与学习方法（2）芯片与数字电路（20分钟）➢数字信号和模拟信号➢数字逻辑电路的特点➢数字逻辑电路的分类➢数字逻辑电路的研究方法（3）数制及其转换（5分钟）➢进位计数值的概念和基本要素➢二进制和十进制的相互转换➢二进制和八进制数的相互转换➢二进制和十六进制数的相互转换（4）二进制数的算术运算（5分钟）➢无符号二进制数的算术运算➢带符号二进制数的机器码表示➢带符号二进制数的算术运算（5）BCD码（20分钟）➢有权码和无权码的区别➢8421码的编码规律及和十进制数的转换➢2421码的编码规律及和十进制数的转换➢5421码的编码规律及和十进制数的转换➢余三码的编码规律及和十进制数的转换（6）奇偶校验码（15分钟）➢奇校验和偶校验的概念➢奇校验和偶校验校验位的生成方法和校验方法➢奇校验和偶校验的特点（7）格雷码（10分钟）➢格雷码的特点和用途➢格雷码和二进制数的相互转换6.教学过程与方法（1）课程概述（15分钟）➢科技革命促生互联网时代以习总书记的讲话作为整个课程的导入，说明科技发展是强国必有之路，穿插不同国家崛起的历史，结合第一次工业革命、第二次工业革命，推出目前进入的互联网时代，结合中美贸易战事件，引导学生积极投身国产IT生态的建设。
同学们好！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。
世界上第一 台计算机用了1.8万只电子管，占地170平方米， 重30吨，耗电150KW 。
目前在一些大功率发射 装置中使用。
集成电路 电子器件的发展电子管 晶体管 分立元件 （（ SSI （100元件以下） MSI （〈10 3 ） LSI （〈10 5 ） 超大规模 VLSI （10 5 以上） 1948年，肖克利等发明了晶体管，其 性能在体积、重量方面明显优于电子 管，但器件较多时由分立元件组成的 分立电路体积大、焊点多、电路的可 靠性差。
1960年集成电路出现，成 千上万个器件集成在一块 芯片，大大促进了电子学 的发展，尤其促进数字电 路和微型计算机的飞速发 展。
芯片中集成上万个 等效门，目前高的 已达上百万门。
课 程 简 介本课程为《数字逻辑电路》，以数字电路为主，脉冲 电路的内容较少.课程为4个学分，包括实验.属专业基础 课.本课程具有较强的实践性,有广泛的应用领域.学好本课程的要点: 听懂每一堂课的内容、培养逻辑 思维方法、勤于思考.课 程内 容逻辑门电路 组合逻辑电路 常用组合逻辑功能器件 常用时序逻辑功能器件 半导体存储器和可编程逻辑器件 脉冲信号的产生与整形 数字逻辑基础 第1章第2章第3章第4章第6章第7章第8章时序逻辑电路 第5章数模和模数转换 第9章绪 论一、模拟量和数字量模拟量：模拟量就是连续变化的量。
自然界中可 测试的物理量一般都是模拟量,例如温度，压力，距离，时间等。
数字量：数字量是离散的量。
数字量一般是将模 拟量经过抽样、量化和编码后而得到的。
1 2 3 4 5 7 6 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1218202224262830323436温度( C)时间（小时） A.M P.M 温度和时间关系图(用模拟量表示)1 2 3 4 5 7 6 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1218 202224262830323436温度( C)时间（小时） A.M P.M 温度和时间关系图(用采样值表示)量化曲线1 2 3 4 5 7 6 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12时间（小时） A.M P.M 温度和时间关系图(用数字形式表示)1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 030292827262524232221201918 ( oc)二、模拟和数字系统的几个实例 1） 音频有线扩音系统音频有线扩音系统为纯模拟系统。
音频有线扩音系统Audio public address system 线性放大器 原始声波(Original sound waves)麦克风(Microphone)音频Audiosignal Linearamplifier 放大后的 音频信号 Amplifiedaudio signal扬声器Speaker再生声波 Reproducedsound waves2）CD 播放机CD 播放机为数模混合系统音频信号的模拟再生Analog reproduction of audio signal扬声器 Speaker声波sound wavesCD驱动器CD Drive1 0 1 1 1 1 10 0 1数字数据 Digital data线性放大器Linear amplifier 数模转换器D\A convterCD机原理图（单声道）Basic principle of a CD player3）数字钟带数字显示的数字钟是一个纯数字系统。
下面讨论一个带数字显示的三位计时系统。
计 时 电 路秒个位秒十位分个位三位计时器示意图定时 激 励 信 号 产 生 电 路 秒脉冲1s脉冲个数记录电路分个位二进制码秒十位二进制码秒个位二进制码码转换电路（译码器）分个位显示码秒十位显示码秒个位显示码abcdfegabcdfegabcdfeg三、数字电路特点:1) 工作信号是二进制表示的二值信号(具有“0”和“1”两种取值);2) 电路中器件工作于“开”和“关”两种状态,研究电路 的输出和输入的逻辑关系;3) 电路既能进行“代数”运算,也能进行“逻辑”运算;4) 电路工作可靠,精度高,抗干扰性能好.5) 数字信号便于保存、传输、保密性好.课内参考教材：1.阎 石 主编：数字电子技术基础（第五版），高等教育出版社.(“十五”规划教材） 2.蒋立平主编：数字逻辑电路与系统设计，电子工业出版社.课外参考教材：1. Digital Logic Circuit Analysis and DesignVictor P.Nelson 等著清华大学出版社 （英文影印版） 2. Digital Fundamentals (Seventh Edition)Thomas L.Floyd 著科学出版社 （英文影印版）第1章 数字逻辑电路基础1.1 数制与数制转换所谓“数制”，指进位计数制，即用进位的方法来计 数.数制包括计数符号（数码）和进位规则两个方面。
常用数制有二进制、十进制、八进制、十六进制、六 十进制等。
1.1.1 常用数制1. 十进制(1) 计数符号: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.(2)进位规则: 逢十进一.(3) 十进制数按权展开式例: 1987.45=1×10 3 +9×10 2 + 8×10 1 + 7×10 0+4×10 1 +5×10 2权系数2. 二进制(1) 计数符号: 0, 1 . (2)进位规则: 逢二进一. (3) 二进制数按权展开式å - - = ´ = 1n mi ii1010a ) N ( å ´ = - - = 1n mi ii 2 2a ) N ( 21 0 122 21 2 1 2 1 2 0 2 1 ) 11 . 101 ( - - ´ + ´ + ´ + ´ + ´ =1）数字装置简单可靠； 2）二进制数运算规则简单；3）数字电路既可以进行算术运算，也可以进行逻辑运算. 3.十六进制和八进制十六进制数计数符号: 0,1, .,9,A,B,C,D,E,F . 十六进制数进位规则: 逢十六进一. å ´ = - - = 1n mi ii 1616 a ) N ( 按权展开式：数字电路中采用二进制的原因：21 0 1 1611 16 4 16 13 16 6 - - ´ + ´ + ´ + ´ = 21 0 1 1616 B 16 4 16 D 16 6 ) B 4 . D 6 ( - - ´ + ´ + ´ + ´ = 例:八进制数计数符号: 0,1, . . .6,7. 八进制数进位规则: 逢八进一. 按权展开式：å - - = ´ = 1n mi ii88a ) N (21 0 1 88 5 8 4 8 3 8 6 ) 45 . 63 ( - - ´ + ´ + ´ + ´ = 4. 二进制数与十进制数之间的转换 (1)二进制数转换为十进制数(按权展开法)例： 32132 (1101.101)1212121212=´+´+´+´+´ 8410.50.125=++++ 例:=(13.625) 10例： • 数制转换还可以采用基数连乘、连除等方法.0.5 1 4 8 32 (45.5) 10 + + + += 1 0 1 2 3 4 5 21 2 1 2 0 2 1 2 1 2 0 2 1 ´ + ´ + ´ + ´ + ´ + ´ + ´ = 2(101101.1) = （2）十进制数转换为二进制数(提取2的幂法)1.2 几种简单的编码1. 二 - 十进制码 (BCD码)(Binary Coded Decimal codes)用四位二进制代码来表示一位十进制数码,这样的代 码称为二-十进制码,或BCD码.四位二进制有16种不同的组合,可以在这16种代码中 任选10种表示十进制数的10个不同符号,选择方法很多.选 择方法不同,就能得到不同的编码形式.常见的BCD码有8421码、5421码、2421码、余3码等。
110011111100100191011 1110 1011 1000 8 1010 1101 1010 0111 7 1001 1100 1001 0110 6 1000 1011 1000 0101 5 0111 0100 0100 0100 4 0110 0011 0011 0011 3 0101 0010 0010 0010 2 0100 0001 0001 0001 1 0011 0000 0000 0000 0 余3码 2421码 5421码 8421码 十进制数常用BCD码(1) 有权BCD码：每位数码都有确定的位权的码， 例如：8421码、5421码、2421码.如: 5421码1011代表5+0+2+1=8;2421码1100代表2+4+0+0=6.* 5421BCD码和2421BCD码不唯一.例: 2421BCD码0110也可表示6,今后一律按表中规律 编码* 在表中：① 8421BCD码和代表0~9的二进制数一一对应；② 5421BCD码的前5个码和8421BCD码相同，后5个码在 前5个码的基础上加1000构成，这样的码，前5个码和后5 个码一一对应相同，仅高位不同；③ 2421BCD码的前5个码和8421BCD码相同，后5个码以 中心对称取反,这样的码称为自反代码.例： 4→0100 5→10110→0000 9→1111(2) 无权BCD码：每位数码无确定的位权，例如：余3码.余3码的编码规律为: 在8421BCD码上加0011,例 6的余3码为:0110+0011=10012. 格雷码(Gray码)格雷码为无权码,特点为：相邻两个代码之间仅有一位不同,其余各位均相同.具有这种特点的代码称为循环码, 格雷码是循环码.格雷码和四位二进制码之间的关系:设四位二进制码为B 3 B 2 B 1 B 0 ,格雷码为R 3 R 2 R 1 R 0,则 R 3 =B 3 , R 2 =B 3 ÅB 2 R 1 =B 2 B 1 Å R 0 =B 1 B 0Å 其中,Å为异或运算符,其运算 规则为:若两运算数相同,结果 为“0”;两运算数不同,结果为 “1”. 同时有: B 3 =R 3 , B 2 =B 3 ÅR 2 B 1 =B 2 R 1 Å B 0 =B 1 R 0 Å 对于n 位：R n =B nR i =B i+1 ⊕B i 对于n 位：B n =R n B i =B i+1 ⊕R i3.转换例: 用8421BCD码表示十进制数(73.5)10十进制数 7 3 . 58421BCD码 0111 0011 . 0101故: (73.5)10 =(01110011.0101)8421BCD码思考: (00010101.0101)8421BCD码 =( )2(73.5)10=( )21001001.1 1111.1 (10110.1)2=( )8421BCD码00100010.0101 (1100) 5421BCD +(1100) 余3码=( ) 8421BCD 000110003. 奇偶校验码具有检错能力的代码原代码的基础上增加一个码位使代码中含有 的1的个数均为奇数（称为奇校验）或偶数（称 为偶校验），通过检查代码中含有的1的奇偶性 来判别代码的合法性。
