《数字电子技术》教案_ 浙江万里学院电信学院 钱裕禄 2005年1月16日

第一章_ 数字逻辑基础

[教学目的和要求]

1.要求掌握数字信号和模拟信号的区别；了解数字电路的含义、研究对象、特点与应用等；

2.要求了解二进制的算术运算与逻辑运算的不同之处；掌握不同数制之间的相互转换；了解8421BCD码、Gray码的概念；掌握数、代码之间的相互转换；

3.掌握逻辑代数的三种基本运算；

4.掌握逻辑函数的四种表示方法（真值表法、逻辑式法、卡诺图法及逻辑图法）及其相互之间的转换。

[教学内容]

1．    模拟信号与数字信号

2．    数字电路的含义、研究对象、特点与应用

3．    数制、不同数制间的转换；码制、数码之间的相互转换

4．    逻辑代数的三种基本运算――与、或、非

5．    逻辑函数的四种表示方法（真值表法、逻辑式法、卡诺图法及逻辑图法）及其相互之间的转换

1.1_ 模拟信号与数字信号

一、模拟信号

　　模拟信号是一种时间上和数值上都连续的物理量，从自然界感知的大部分物理量都是模拟性质的，如速度、压力、温度、声音、重量以及位置等都是最常见的物理量。　　图1.1.1 是几种常见的模拟信号波形

　　典型的模拟信号包括工频信号、射频信号、视频信号等。我国和欧洲的工频信号的频率为50Hz ，美国为60Hz。调幅波的射频信号在 530Hz～1600kHz之间。调频波的射频信号在880MHz～108MHz之间。甚高频（VHF）和超高频（UHF）视频信号在6GHz以上。

二、数字信号

1.二值数字逻辑和逻辑电平――二进制数正好是利用二值数字逻辑中的０和１来表示的。二值数字逻辑是Binary Digital Logic的译称。　　与模拟信号相反，数字信号在时间上和数值上均是离散的，而离散信号的值只有真或假，是与不是，因此可以使用二进制数中的０和１来表示。需要注意的是这里的０和１指的是逻辑０和逻辑１。　　应该注意的是逻辑电平不是一个具体的物理量，而是物理量的相对表示。

表1.1.1 逻辑电平与电压值的关系

2.数字波形―――数字波形是逻辑电平对时间的图形表示。

　　周期性数字波形同样用周期T或频率f来描述；而脉冲波形的频率常称为脉冲重复率PRR--Pulse Repetition Rate。　　脉冲波形的参数：　　脉冲宽度：tw表示，表示脉冲作用的时间；　　占空比：q，表示脉冲宽度tw占整个周期T的百分数，常用下式来表示： 　　占空比是一个重要参数，其定义同样适用于数字波形。　　图1.1.5表示两种数字波形及其周期、频率、脉冲宽度和占空比：

例题1.1.1设周期性数字波形的高电平持续6ms，低电平持续10ms，求占空比q？

解：根据给定的高电平持续时间有tw= 6ms，而高电平与低电平持续时间之和即为周期T

　　所以有 Ｔ＝6ms＋10ms＝16ms，　　 　　实际的数字系统中， tr和tf的典型值约为几个纳秒（ns），视不同类型的器件和电路而异。　

　例题1.1.2 试绘出一脉冲波形，设它的占空比为50%，脉冲宽度 tw＝100ns，上升时间tr＝10ns，下降时间tf＝20ns。

解：根据题意，可绘出脉冲波形如下：

图1.1.7 例1.1.2的波形图

　课程中所用的数字波形将采用理想波形。在数字电路中，只需关注逻辑电平的高低，因此在画波形时只需画出高低电平所经历的时间即可，无需画出上升沿和下降沿。

(a)

(b)

图1.1.8 用逻辑1和0表示的二值位行图(a) 对称方波 (b) 二值数据

　　上图为一个二值位形图，其中１或１占用的最小时间称为位时间，也就是１位数据所占用的时间。我们将每秒钟所传输的位数称为数据率或比特率。　

3.模拟量的数字表示―――在数字电路中用数字0、1的编码来表示一个模拟量，这里的编码所指的是数字0、1的字符串，图1.1.3和图1.1.8所示的数字波形即是这种编码的图形。这样一种编码实际上就是二进制编码。

　　取其中Ａ、Ｂ、Ｃ３个取样点。以Ｂ点为例，该点的模拟电压为3V，将其送入一个模数转换器后可得到以数字０、１表示的数字电压，样地也可以得到Ａ、Ｃ点的数字编码。　　

1.2　数字电路

　　从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

一、数字电路的发展与分类

从集成度来说，数字电路的分类如表1.2.1所示。所谓集成度,是指每一芯片所包含的晶体管（主要指BJT和FET）的个数。_ 表1.2.1