模電第一章知識(shí)點(diǎn)梳理-清華大學(xué)版課件

大家好1數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教材：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)閻石主編（第五版）FundamentalsofDigitalElectronics主講人：劉春江Introduction一、本課程的性質(zhì)和任務(wù)1、性質(zhì)：數(shù)字電子技術(shù)是計(jì)算機(jī)類、自控類和電子類專業(yè)在電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的技術(shù)基礎(chǔ)課。2、任務(wù)：本課程的任務(wù)是使學(xué)生獲得數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)、數(shù)控類有關(guān)課程以及為今后從事專業(yè)工作打下良好的基礎(chǔ)。二、課程要求及課程考核提前預(yù)習(xí)，按時(shí)出勤，上課認(rèn)真聽講，課后加強(qiáng)復(fù)習(xí)及練習(xí)；考試成績占70%（閉卷），實(shí)驗(yàn)成績占20%,平時(shí)成績占10%。緒論數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路模擬信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上不連續(xù)的（即離散的）信號(hào)。u模擬信號(hào)波形數(shù)字信號(hào)波形tut對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱為模擬電路。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別1.工作任務(wù)不同：

模擬電路研究的是輸出與輸入信號(hào)之間的大小、相位、失真等方面的關(guān)系；數(shù)字電路主要研究的是輸出與輸入間的邏輯關(guān)系（因果關(guān)系）。

模擬電路中的三極管工作在線性放大區(qū),是一個(gè)放大元件；數(shù)字電路中的三極管工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài),起開關(guān)作用。

因此，基本單元電路、分析方法及研究的范圍均不同。2.三極管的工作狀態(tài)不同：3.數(shù)字電路基本電路元件基本數(shù)字電路邏輯門電路觸發(fā)器

組合邏輯電路時(shí)序電路（寄存器、計(jì)數(shù)器、脈沖發(fā)生器、脈沖整形電路）

數(shù)字電子技術(shù)是一門研究用數(shù)字電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、控制和測(cè)量的技術(shù)。4.數(shù)字電路的特點(diǎn)：1.

工作信號(hào)——不連續(xù)變化的離散（數(shù)字）信號(hào)2.主要研究對(duì)象——電路輸入/輸出之間的邏輯關(guān)系3.

主要分析工具——邏輯代數(shù)4.主要描述工具——邏輯表達(dá)式、真值表、卡諾圖、邏輯圖、時(shí)序波形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等。

數(shù)字電路的優(yōu)點(diǎn)1、基本單元電路簡單。

對(duì)電路中各元器件參數(shù)的精度的要求相對(duì)不高，允許有較大的分散性，只要能區(qū)分兩種截然不同的狀態(tài)即可。2、抗干擾能力強(qiáng)，精度高。

（2）、模擬系統(tǒng)的精度由元器件決定，模擬元器件的精度很難達(dá)到10-3以上，而數(shù)字系統(tǒng)只要14位就可以達(dá)到10-4

的精度。在高精度的系統(tǒng)中有時(shí)只能采用數(shù)字系統(tǒng)。

（1）、由于數(shù)字電路加工和處理的都是二進(jìn)制信息，不易受到外界的干擾，因而抗干擾能力強(qiáng)。而模擬系統(tǒng)的各元件都有一定的溫度系數(shù)，且電平是連續(xù)變化的，易受溫度、噪聲、電磁感應(yīng)的等的影響。3、數(shù)字信號(hào)便于長期存儲(chǔ)4、保密性好5、通用性強(qiáng)

由于數(shù)字部件具有高度規(guī)范性，便于大規(guī)模集成、大規(guī)模生產(chǎn)，而對(duì)電路參數(shù)要求不嚴(yán)，故產(chǎn)品成品率高。采用標(biāo)準(zhǔn)化的邏輯部件來構(gòu)成各種各樣的數(shù)字系統(tǒng)，省時(shí)省力。第二章邏輯代數(shù)基礎(chǔ)第三章門電路第四章組合邏輯電路第五章觸發(fā)器第六章時(shí)序邏輯電路第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形第七章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器第十一章A/D和D/A轉(zhuǎn)換第一章數(shù)制和碼制第一章數(shù)制和碼制1.1概述數(shù)字量和模擬量數(shù)字量：變化在時(shí)間上和數(shù)量上都是不連續(xù)的。（存在一個(gè)最小數(shù)量單位△）模擬量：數(shù)字量以外的物理量。數(shù)字電路和模擬電路：工作信號(hào)，研究的對(duì)象，分析/設(shè)計(jì)方法以及所用的數(shù)學(xué)工具都有顯著的不同數(shù)字量和模擬量電子電路的作用：處理信息模擬電路：用連續(xù)的模擬電壓/電流值來表示信息數(shù)字電路：用一個(gè)離散的電壓序列來表示信息數(shù)字電路進(jìn)行信號(hào)處理有突出的優(yōu)勢(shì)，我們一般先將模擬信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送到數(shù)字電路進(jìn)行處理，最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)輸出。數(shù)字信號(hào)通常用數(shù)碼形式給出，一位數(shù)碼往往不夠用，因此需要用進(jìn)位計(jì)數(shù)制的方法組成多位數(shù)碼。多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法以及低位到高位的進(jìn)位規(guī)則稱為數(shù)制。1.2幾種常用的數(shù)制數(shù)制：

①每一位的構(gòu)成

②從低位向高位的進(jìn)位規(guī)則常用到的：十進(jìn)制，二進(jìn)制，八進(jìn)制，十六進(jìn)制十進(jìn)制，二進(jìn)制，八進(jìn)制，十六進(jìn)制逢二進(jìn)一逢八進(jìn)一逢十進(jìn)一逢十六進(jìn)一（1）進(jìn)位制：表示數(shù)時(shí)，僅用一位數(shù)碼往往不夠用，必須用進(jìn)位計(jì)數(shù)的方法組成多位數(shù)碼。多位數(shù)碼每一位的構(gòu)成以及從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制，簡稱進(jìn)位制。（2）基數(shù)：進(jìn)位制的基數(shù)，就是在該進(jìn)位制中可能用到的數(shù)碼個(gè)數(shù)。（3）位權(quán)（位的權(quán)數(shù)）：在某一進(jìn)位制的數(shù)中，每一位的大小都對(duì)應(yīng)著該位上的數(shù)碼乘上一個(gè)固定的數(shù)，這個(gè)固定的數(shù)就是這一位的權(quán)數(shù)。權(quán)數(shù)是一個(gè)冪。NumberSystems1、數(shù)制的基本知識(shí)數(shù)碼為：0～9；基數(shù)是10。運(yùn)算規(guī)律：逢十進(jìn)一，即：9＋1＝10。十進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開式：十進(jìn)制５５５５５×１０３＝５０００５×１０２＝５００５×１０１＝５０５×１００＝５＝５５５５103、102、101、100稱為十進(jìn)制的權(quán)。各數(shù)位的權(quán)是10的冪。同樣的數(shù)碼在不同的數(shù)位上代表的數(shù)值不同。＋任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以表示為各個(gè)數(shù)位上的數(shù)碼與其對(duì)應(yīng)的權(quán)的乘積之和，稱權(quán)展開式。即：(5555)10＝5×103

＋5×102＋5×101＋5×100又如：(209.04)10＝2×102

＋0×101＋9×100＋0×10－1＋4×10－2二進(jìn)制數(shù)碼為：0、1；基數(shù)是2。運(yùn)算規(guī)律：逢二進(jìn)一，即：1＋1＝10。二進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開式：如：(101.01)2＝1×22

＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2

＝(5.25)10加法規(guī)則：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法規(guī)則：0.0=0，0.1=0，1.0=0，1.1=1運(yùn)算規(guī)則各數(shù)位的權(quán)是２的冪二進(jìn)制數(shù)只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，它的每一位都可以用電子元件來實(shí)現(xiàn)，且運(yùn)算規(guī)則簡單，相應(yīng)的運(yùn)算電路也容易實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼為：0～7；基數(shù)是8。運(yùn)算規(guī)律：逢八進(jìn)一，即：7＋1＝10。八進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開式：如：(207.04)8＝2×82

＋0×81＋7×80＋0×8－1＋4×8－2＝(135.0625)10八進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)碼為：0～9、A～F；基數(shù)是16。運(yùn)算規(guī)律：逢十六進(jìn)一，即：F＋1＝10。十六進(jìn)制數(shù)的權(quán)展開式：如：(D8.A)16＝13×161

＋8×160＋10×16－1＝(216.625)10各數(shù)位的權(quán)是8的冪各數(shù)位的權(quán)是16的冪結(jié)論①一般地，N進(jìn)制需要用到N個(gè)數(shù)碼，基數(shù)是N；運(yùn)算規(guī)律為逢N進(jìn)一。②如果一個(gè)N進(jìn)制數(shù)M包含ｎ位整數(shù)和ｍ位小數(shù)，即(an-1an-2…a1a0·a－1a－2…a－m)N則該數(shù)的權(quán)展開式為：(M)N

＝an-1×Nn-1

＋

an-2×Nn-2

＋…＋a1×N1＋

a0

×N0＋a－1×N-1＋a－2×N-2＋…＋a－m×N-m③由權(quán)展開式很容易將一個(gè)N進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制00000000001000101102001002203001103304010004405010105506011006607011107708100010809100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F不同進(jìn)制數(shù)的對(duì)照表NumberSystems’Conversions我們習(xí)慣于采用十進(jìn)制數(shù)，但在計(jì)算機(jī)和數(shù)字電路中卻是按二進(jìn)制工作的，因此，在數(shù)字系統(tǒng)中，首先必須把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)和數(shù)字電路能加工、處理的二進(jìn)制數(shù)，而作為數(shù)字系統(tǒng)的輸出又要轉(zhuǎn)換成人們熟悉的十進(jìn)制數(shù)等。這就要求我們必須掌握各種不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換。

1.3不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換一、二－十轉(zhuǎn)換例：二、十－二轉(zhuǎn)換整數(shù)部分:例：∟∟∟∟∟∟∟∟二、十－二轉(zhuǎn)換小數(shù)部分:例：三、二－十六轉(zhuǎn)換例：將(01011110.10110010)2化為十六進(jìn)制四、十六－二轉(zhuǎn)換例：將(8FAC6)16化為二進(jìn)制五、八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換（1）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)：將二進(jìn)制數(shù)由小數(shù)點(diǎn)開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每3位分成一組，不夠3位補(bǔ)零，則每組二進(jìn)制數(shù)便是一位八進(jìn)制數(shù)。例：將(011110.010111)2化為八進(jìn)制五、八進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換（2）八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)：將每位八進(jìn)制數(shù)用3位二進(jìn)制數(shù)表示。例：將(52.43)8化為二進(jìn)制六、十六進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換

十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制

十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制：通過二進(jìn)制轉(zhuǎn)化

二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則與十進(jìn)制數(shù)相類似，其運(yùn)算規(guī)則如下：

(1)加法運(yùn)算規(guī)則

0+0=00+1=11+0=11+1=0(同時(shí)向鄰近高位進(jìn)一)(2)減法運(yùn)算規(guī)則

0-0=00-1=1

(同時(shí)向鄰近高位借一)

1-0=11-1=0(3)乘法規(guī)則(4)除法規(guī)則1.4二進(jìn)制運(yùn)算例求1001與1010之和。解：將末位對(duì)齊逐位相加。則：

1001

+）.101010011

即：1001+1010=10011二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算將末位對(duì)齊逐位相加，但采用“逢二進(jìn)一”的法則。例求1001與1011的積。解：1001

×)1011100110010000

1001

1100011即：1001×1011=11000111.4二進(jìn)制運(yùn)算1.4.1二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算的特點(diǎn) 算術(shù)運(yùn)算：1：和十進(jìn)制算數(shù)運(yùn)算的規(guī)則相同

2：逢二進(jìn)一

特點(diǎn)：加、減、乘、除全部可以用移位和相加這兩種操作實(shí)現(xiàn)。簡化了電路結(jié)構(gòu)

所以數(shù)字電路中普遍采用二進(jìn)制算數(shù)運(yùn)算1.4二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算1.4.2反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算

原碼：符號(hào)位與數(shù)值位的組合二進(jìn)制數(shù)的正、負(fù)號(hào)也是用0/1表示的。在定點(diǎn)運(yùn)算中，最高位為符號(hào)位（0為正，1為負(fù)）如+89=（01011001）

-89=（1

1011001）二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼：最高位為符號(hào)位（0為正，1為負(fù)）正數(shù)的補(bǔ)碼和它的原碼相同負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=數(shù)值位逐位求反(反碼)+1

如+5=（00101）

-5=（11011）通過補(bǔ)碼，將減一個(gè)數(shù)用加上該數(shù)的補(bǔ)碼來實(shí)現(xiàn)10–5=510+7－12=5（舍棄進(jìn)位）

7+5=12產(chǎn)生進(jìn)位的模

7是-5對(duì)模數(shù)12的補(bǔ)碼1011–0111=0100

（11-7=4）1011+1001=10100

=0100（舍棄進(jìn)位）（11+9－16=4）0111+1001=240111是-1001對(duì)模24（16）

的補(bǔ)碼

兩個(gè)補(bǔ)碼表示的二進(jìn)制數(shù)相加時(shí)的符號(hào)位討論例：用二進(jìn)制補(bǔ)碼運(yùn)算求出13＋10

、13－10、－13＋10、－13－10結(jié)論：將兩個(gè)加數(shù)的符號(hào)位和來自最高位數(shù)字位的進(jìn)位相加，結(jié)果就是和的符號(hào)解：1.5幾種常用的編碼內(nèi)容見下表不同的數(shù)碼不僅可以表示數(shù)量的大小，還可以表示不同的事物。用來表示不同事物的數(shù)碼稱為代碼。編制代碼遵循的規(guī)則叫做“碼制”。BCD代碼有多種不同的碼制：8421BCD碼、2421BCD碼、余3碼等，例如，一位十進(jìn)制數(shù)0~9十個(gè)數(shù)碼，用四位二進(jìn)制數(shù)表示時(shí)，其代碼稱為二——十進(jìn)制代碼，簡稱BCD代碼。1.