第一章数字电子技术概述(教案)

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1、第一章数字电子技术概述随着信息时代的到来，“数字”这两个字正以越来越高的频率出现在各个领域，数字手表、数字电视、数字通信、数字控制……数字化已成为当今电子技术的发展潮流。数字电路是数字电子技术的核心，是计算机和数字通信的硬件基础。本章首先介绍数字电路的一些基本概念及数字电路中常用的数制与码；然后讨论数字电路中二极管、三极管的工作方式；最后介绍数字逻辑中的基本逻辑运算、逻辑函数及其表示方法。从现在开始，你将跨入数字电子技术这一神奇的世界，去探索它的奥秘，认识它的精彩。1・1数字电路的基本概念一.模拟信号和数字信号电子电路屮的信号可以分为两人类：模拟信号和数字信号。

2、模拟信号一时间连续、数值也连续的信号。数字信号一一时间上和数值上均是离散的信号。(如电了表的秒信号、生产流水线上记录零件个数的计数信号等。这些信号的变化发生在一系列离散的瞬间，其值也是离散的。)数字信号只有两个离散值，常用数字0和1來表示，注意，这里的0和1没有大小之分,只代表两种对立的状态，称为逻辑0和逻辑1,也称为二值数字逻辑。数字信号在电路中往往表现为突变的电压或电流，如图L1」所示。该信号有两个特点:(1)信号只有两个电压值，5V和0V。我们町以用5V来表示逻辑1,用0V来表示逻辑0；当然也可以用0V來表示逻辑1,用5V來表示逻辑0o因此这两个电压值又常

3、被称为逻辑电平。5V为高电平，0V为低电平。(2)信号从高电平变为低电平，或者从低电平变为高电平是一个突然变化的过程，这种信号又称为脉冲信号。图1.1.1典型的数字信号二.正逻辑与负逻辑如上所述，数字信号是一种二值信号，用两个电平(高电平和低电平)分别来表示两个逻辑值(逻辑1和逻辑0)。那么究竟是用哪个电平来表示哪个逻辑值呢？两种逻辑体制：(1)正逻辑体制规定：高电平为逻辑1,低电平为逻辑0。(2)负逻辑体制规定：低电平为逻辑1,高电平为逻辑0。如果采用正逻辑，图1丄1所示的数字电压信号就成为如图1.1.2所示逻辑信号。逻辑1逻辑1逻辑0逻辑0逻耕0图1.1.2

4、逻辑信号三.数字信号的主要参数一个理想的周期性数字信号，可用以下儿个参数来描绘，见图1.1.3o人、一信号幅度。它表示电压波形变化的最大值。—信号的垂复周期。信号的垂复频率户1/几Zw—脉冲宽度。它表示脉冲的作用时间。彳一占空比。它表示脉冲宽度心占整个周期卩的百分比，其定义为：讥％）=位x100%TV♦I■/wT―-t(ms)图1丄3理想的周期性数字信号图1.1.4所示为三个周期相同（〃20ms）,但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字信号。K(V)0t(ms)(b)1020304050图1・1.4周期相同的三个数字信号。1020304050(a)Km=5Vq<

5、50%(b)Km=3.6Vg=50%(c)Km=10Vg>50%四・数字电路传递与处理数字信号的电子电路称为数字电路。数字电路与模拟电路相比主要冇下列优(1)由于数字电路是以二值数字逻辑为基础的，只有0和1两个基本数字，易于用电路来实现，比如町用二极管、三极管的导通与截止这两个对立的状态来表示数字信号的逻辑0和逻辑lo(2)由数字电路组成的数字系统工作可靠，精度较高，抗T扰能力强。它可以通过整形很方便地去除叠加于传输信号上的噪声为干扰，还nJ利用差错控制技术对传输信号进行查错和纠错。(3)数字电路不仅能完成数值运算，而且能进行逻辑判断和运算，这在控制系统屮是不可

6、缺少的。(4)数字信息便于长期保存，比如可将数字信息存入磁盘、光盘等长期保存。(5)数字集成电路产品系列多、通用性强、成本低。由于具冇一系列优点，数字电路在电了设备或电了系统中得到了越來越广泛的应用，计算机、计算器、电视机、音响系统、视频记录设备、光碟、长途电信及卫星系统等，无一不采用了数字系统。1.2数制一.几种常用的计数体制1•十进制(Decimal)2.二进制(Binary)3.十六进制(Hexadecimal)与八进制(Octal)二.不同数制之间的相互转换1.二进制转换成十进制例1.2.1将二进制数10011.101转换成十进制数。解：将每一位二进制数

7、乘以位权，然后相加，可得(10011.101)B=lx2,+0x23+0x22+lx2I+lx2°+lx2_l+0x2_2+lx2_3=(19.625)d2.十进制转换成二进制可用''除2取余〃法将十进制的整数部分转换成二进制。例1.2.2将十进制数23转换成二进制数。解：根据''除2取余〃法的原理，按如卜•步骤转换：2

8、23余1g读取次序2111余1b2

9、5余1b22

10、2余0心2

11、1余1b4贝IJ(23)d=(10111)B可用''乘2取整〃的方法将任何十进制数的纯小数部分转换成二进制数。例1.2.3将十进制数(0.562)d转换成误差£不大于2"的二进制数

12、。解：用''乘2取整〃法