清华大学数字电路25页PPT
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数电课件 第一章_清华
又如：(209.04)10＝ 2×102 ＋0×101＋9×100＋0×10－1＋4 ×10－2
2、二进制 数码为：0、1；基数是2。 运算规律：逢二进一，即：1＋1＝10。 二进制数的权展开式： 如：(101.01)2＝ 1×22 ＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1 ×2 －2 ＝(5.25) 10
序
课程介绍 1. 课程的性质
言
2. 教学目标 3. 课程研究内容 4. 课程特点与学习方法 5. 教材和参考书 6. 对大家共同的要求
1.课程性质
《数字电子技术基础》课程是电子、电气、信息、计
算机、自动化类专业具入门性质的重要专业基础课。
2.教学目标
获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、
基本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力，
（4）片上系统（SoC）：有些PLD集成度很高，足 以满足设计一般数字系统的需要，这样就可以由 设计人员自行编程将一个数字系统集成在一片 PLD上，做成“片上系统”，而不必去请厂家做 专用集成电路了。 （5）可编程片上系统（SoPC）：是可编程的片上 系统。用可编程逻辑技术把整个系统放到一块芯 片上，具有灵活的设计方法，可裁剪、可扩充、 可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。 （6）在系统可编程器件（isp）：编程不需要专门 的编程器，在计算机上就可以完成。
• 摩尔定律 ：1965年时任仙童公司电子工程师 的戈顿· 摩尔在应邀为《电子学》杂志35周年 专刊写的文章中指出，芯片中的晶体管和电 阻器的数量每年会翻番。1968年与他人共同 创办了大名鼎鼎的芯片制造厂商Intel公司任 副总裁 。 1975年，摩尔在给IEEE学术年会 的论文中修正了摩尔定律，他认为，每隔24 个月，晶体管的数量将翻番。现在大家普遍 认同的是“集成电路芯片上所集成的电路的 数目，每隔18个月就翻一番”。
数字电路技术基础 全 清华大学出版社
(01001 10 0)1 8 04-0 B 2 01C 0 D(12)D 98
BCD码除842l码外，常用的还有2421码、余3码、 余3循环码、BCD格雷码等等
《数字电子技术基础》
1.2 基本逻辑函数及运算定律
基本概念 逻辑：事物的因果关系 逻辑运算的数学基础：逻辑代数 在二值逻辑中的变量取值： 0/1 逻辑代数中的变量称为逻辑变量，用字
1
11
UH
00
0
UL
0
0 t
图1.1.3 矩形脉冲数字表示方法
1.1.2 数制和码制
《数字电子技术基础》
一、数制 ①每一位的构成 ②从低位向高位的进位规则
我们常用到的： 十进制，二进制，八进制，十六进制
《数字电子技术基础》
十进制，二进制，八进制，十六进制
逢二进一 逢八进一
逢十进一
逢十六进一
《数字电子技术基础》
（a）
（b）
（c）
图1.1.1几种常见的脉冲波形
（d）
脉冲信号的参数
《数字电子技术基础》
Um tW
T
（a）
0.9Um
0.5Um
Um
0.1Um tr
tW tf T
（b）
图1.1.2 矩形脉冲参数
《数字电子技术基础》
矩形脉冲数字表示法
通常规定：0表示矩形脉冲的低电平；1表 示矩形脉冲的高电平，如图1.1.3波形所示。
十进制转换为二进制
2 129
余1
k0
2 64
余0
k1
2 32
余0
k2
2 16
余0
k3
28
余0
k4
24
余0
BCD码除842l码外，常用的还有2421码、余3码、 余3循环码、BCD格雷码等等
《数字电子技术基础》
1.2 基本逻辑函数及运算定律
基本概念 逻辑：事物的因果关系 逻辑运算的数学基础：逻辑代数 在二值逻辑中的变量取值： 0/1 逻辑代数中的变量称为逻辑变量，用字
1
11
UH
00
0
UL
0
0 t
图1.1.3 矩形脉冲数字表示方法
1.1.2 数制和码制
《数字电子技术基础》
一、数制 ①每一位的构成 ②从低位向高位的进位规则
我们常用到的： 十进制，二进制，八进制，十六进制
《数字电子技术基础》
十进制，二进制，八进制，十六进制
逢二进一 逢八进一
逢十进一
逢十六进一
《数字电子技术基础》
（a）
（b）
（c）
图1.1.1几种常见的脉冲波形
（d）
脉冲信号的参数
《数字电子技术基础》
Um tW
T
（a）
0.9Um
0.5Um
Um
0.1Um tr
tW tf T
（b）
图1.1.2 矩形脉冲参数
《数字电子技术基础》
矩形脉冲数字表示法
通常规定：0表示矩形脉冲的低电平；1表 示矩形脉冲的高电平，如图1.1.3波形所示。
十进制转换为二进制
2 129
余1
k0
2 64
余0
k1
2 32
余0
k2
2 16
余0
k3
28
余0
k4
24
余0
《数字电路~》PPT课件
NOL
IOL IIL
1616 1
IOH=－7.5mA,但手册规定 |IOH|<0.4mA,故取|IOH|=0.4mA;
IIL IOL
每个负载门的输入电流为
IIHNO=H 40μAIIOIHH
0.4 10 0.04
综上所述,扇出系数NO=10
IOH IIH
例：为保证G1输出的高低电平 能正确传递到G2,要求vO1=VOH、 vI2≥VIH<min>；vO1=VOL、 vI2≤VIL<max>,试计算RP的最 大允许值.所有参数见前
0 Voff1 Vth 2Von 3 VI/V
③ 输出高、低电平的最小值
输出高电平最小值VOHmin 输出低电平最大值VOLmax
2.4V 0. 4V
VOH VO/V
4 AB
VoHmin
2
C
VOL
DE 0 Voff1 Vth 2Von 3 VI/V
④ 阈值电压<Vth>: 转折区中点对应的输入电压称阈值电压Vth.
A&
B
AB
00 01 10 11
Y
Y
0 0 0 1
Y=AB
A Y
B
继续
2、二极管或门
5V A
D1 0V B
D2
Y
R
3kΩ
uA uB
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
uY
0V 4.3V 4.3V 4.3V
D1 D2 截止 截止 截止 导通 导通 截止 导通 导通
A ≥1
Y B
AB Y
00 0 01 1 10 1 11 1
扇出系数=10
<2> 74S20为4输入与非门：
最新清华大学-电路原理教学讲义PPT课件
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def L
i
韦安（ ~i ）特性
0
i
二、线性电感电压、电流关系：
i
+–
ue –+
i , 右螺旋 e , 右螺旋
u , e 一致 u , i 关联
由电磁感应定律与楞次定律
e L di dt
u e Ldi dt
iL +u –
u L di dt
(1) 当 u，i 为关联方向时，u=L di / dt u，i 为非关联方向时，u= – L di / dt
一、 电功率：单位时间内电场力所做的功。
p d w dw dq ui d t dq dt
功率的单位名称：瓦（特） 符号（W） 能量的单位名称：焦（耳) 符号（J）
二、功率的计算 1. u, i 取关联参考方向
i 元件（支路）吸收功率
+
u
p=ui
或写为 p吸 = u i
–
2. u, i 取非关联参考方向
的参考方向。
UAB
A
B
三、电位
取恒定电场中的任意一点（O点），设该点的电位为零， 称O点为参考点。则电场中一点A到O点的电压UAO称为A
点的电位，记为A 。单位 V(伏)。
a
b
设c点为电位参考点，则 c= 0
a= Uac， b=Ubc， d= Udc
d
c
Uab = a- b
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电路元件的功率 (power)
短路
i = 0 , u由外电路决定
0
i
开路
电感 (inductor)元件
iL
变量: 电流 i , 磁链
+
u
–
清华大学电路原理于歆杰精品PPT课件
电路中某个支路（或元件）的电压（或电流）的控制。
电路符号
+– 受控电压源
受控电流源
清华大学电路原理教学组
一个受控电流源的例子（MOSFET）
IDS
MOSFET
＋ D
G
＋
S
UDS
IDS
UGS
－
－
电流源
电 阻
受控源与独立源的比较:
UDS
(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，而受控源电压(或
电流)直接由控制量决定。
二、欧姆定律 (Ohm’s Law)
(1) 电压电流采用关联参考方向
i
R
+u
uRi
R 电阻 (resistance) 单位： (欧)
清华大学电路原理教学组
令G 1/R
G 电导 (conductance)
单位： S (西) (Siemens，西门子)
欧姆定律(关联参考方向下): i G u
u 关联参考方向下线性电阻器的u-i关系 :
清华大学电路原理教学组
（2） 伏安特性 i
+
iS
u
_
u
IS
0
i
（a）若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电 压轴的直线，反映电流与端电压无关。
（b）若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 平行于电压轴的直线
（c）电流为零的电流源，伏安特性曲线与 u 轴重合，相 当于开路状态。
清华大学电路原理教学组
（3） 理想电流源的短路与开路
+
i
（1） 短路：R=0， i= iS ，u=0 ，
电流源被短路。
iS
u
R
_
电路符号
+– 受控电压源
受控电流源
清华大学电路原理教学组
一个受控电流源的例子（MOSFET）
IDS
MOSFET
＋ D
G
＋
S
UDS
IDS
UGS
－
－
电流源
电 阻
受控源与独立源的比较:
UDS
(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，而受控源电压(或
电流)直接由控制量决定。
二、欧姆定律 (Ohm’s Law)
(1) 电压电流采用关联参考方向
i
R
+u
uRi
R 电阻 (resistance) 单位： (欧)
清华大学电路原理教学组
令G 1/R
G 电导 (conductance)
单位： S (西) (Siemens，西门子)
欧姆定律(关联参考方向下): i G u
u 关联参考方向下线性电阻器的u-i关系 :
清华大学电路原理教学组
（2） 伏安特性 i
+
iS
u
_
u
IS
0
i
（a）若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电 压轴的直线，反映电流与端电压无关。
（b）若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 平行于电压轴的直线
（c）电流为零的电流源，伏安特性曲线与 u 轴重合，相 当于开路状态。
清华大学电路原理教学组
（3） 理想电流源的短路与开路
+
i
（1） 短路：R=0， i= iS ，u=0 ，
电流源被短路。
iS
u
R
_
清华大学数电课件
Information resolves uncertainty. Information is simply that which cannot be predicted.
The less predictable a message is, the more information it conveys!
D+
G+ VGS - S -
VDS ≥ 0
Sequential logic: FSMs
PCSEL
ILL
XAd r
OP
JT
4
3
2
1
0
PC
00
+4
Instruction A
Memory
D
+
C: <15:0> << 2 si gn- ex tend ed
<PC>+4+C*4
IRQ
Z
Control Logic
Ra <20:16>
WA SEL
XP 1
Rc <25:21>
0
Z C: <15:0>
RA1 WAWA
RD1
Rb: <15:11> 0
Rc <25:21>
1
RA2SEL
Register File
JT C: <15:0>
si gn- ex tend ed
RA2 WD
RD2
WE
ASE L
1
0
1
0
BSEL
WE R F
wang_hong@
2011年 春季学期
编码的目的 二进制编码
数字电路技术基础全清华大学出版社PPT课件
《数字电子技术基础》
《数字电子技术基础》
电子课件
郑州大学电子信息工程学院 2020年6月16日
《数字电子技术基础》
第一章 逻辑代数基础
《数字电子技术基础》
1.1 概述
1.1.1 脉冲波形和数字波形
图1.1.1几种常见的脉冲波形，图(a)为 矩形波、图(b)为锯齿波、图(c)为尖峰波、 图(d)为阶梯波。
八进制有0~7个数码，基数为8，它的计数 规则是“逢八进一”。八进制一般表达式为
D 8 ki8i
《数字电子技术基础》
十六进制数的符号有0、1、2、…、8、9、 A、B、C、D、E和F，其中符号0~9与十进制符 号相同，字母A~F表示10~15。十六进制的计数 规则“逢十六进一”，一般表示形式为
D 16 ki 16 i
十进制数325.12用位置计数法可以表示为
D 1 0 3 1 2 2 0 1 1 5 0 1 0 1 0 1 1 0 2 1 20
任意一个具有n为整数和m为小数的二进制 数表示为
D 2 k n 1 2 n 1 k n 2 2 n 2 k 1 2 1 k 0 2 0 k 1 2 1 k m 2 m
14 2
12
4
10 8 6
• 0110 + 1010 =24 • 1010是- 0110对模24 （16） 的补码
《数字电子技术基础》
四、BCD码（Binary Coded Decimal）
8421BCD码与十进制数之间的转换是直接按位转 换，例如
(2.3 9 )D (001 10 0 . 0 01 0 )84 1 21 1 B
母A、B、C、…表示。其取值只有0或者l两 种。这里的0和1不代表数量大小，而表示两 种不同的逻辑状态，如，电平的高、低；晶 体管的导通、截止；事件的真、假等等。
《数字电子技术基础》
电子课件
郑州大学电子信息工程学院 2020年6月16日
《数字电子技术基础》
第一章 逻辑代数基础
《数字电子技术基础》
1.1 概述
1.1.1 脉冲波形和数字波形
图1.1.1几种常见的脉冲波形，图(a)为 矩形波、图(b)为锯齿波、图(c)为尖峰波、 图(d)为阶梯波。
八进制有0~7个数码，基数为8，它的计数 规则是“逢八进一”。八进制一般表达式为
D 8 ki8i
《数字电子技术基础》
十六进制数的符号有0、1、2、…、8、9、 A、B、C、D、E和F，其中符号0~9与十进制符 号相同，字母A~F表示10~15。十六进制的计数 规则“逢十六进一”，一般表示形式为
D 16 ki 16 i
十进制数325.12用位置计数法可以表示为
D 1 0 3 1 2 2 0 1 1 5 0 1 0 1 0 1 1 0 2 1 20
任意一个具有n为整数和m为小数的二进制 数表示为
D 2 k n 1 2 n 1 k n 2 2 n 2 k 1 2 1 k 0 2 0 k 1 2 1 k m 2 m
14 2
12
4
10 8 6
• 0110 + 1010 =24 • 1010是- 0110对模24 （16） 的补码
《数字电子技术基础》
四、BCD码（Binary Coded Decimal）
8421BCD码与十进制数之间的转换是直接按位转 换，例如
(2.3 9 )D (001 10 0 . 0 01 0 )84 1 21 1 B
母A、B、C、…表示。其取值只有0或者l两 种。这里的0和1不代表数量大小，而表示两 种不同的逻辑状态，如，电平的高、低；晶 体管的导通、截止；事件的真、假等等。
数字电子技术清华
第3页/共29页
8.2 现场可编程逻辑阵列 FPLA
组合电路和时序电路结构的通用形式
A0~An-1
W0 D0
W(2n-1) Dm
第4页/共29页
8.2 FPLA
组合电路和时序电路结构的通用形式
可编程的“与”阵列 可编程的“或”阵列
第5页/共29页
8.3 PAL（Programmable Array Logic ） 8.3.1 PAL的基本电路结构 一、基本结构形式
二、PLD的发展和分类 PROM是最早的PLD
1. PAL 可编程逻辑阵列 2. FPLA 现场可编程阵列逻辑 3. GAL 通用阵列逻辑 4. EPLD 可擦除的可编程逻辑器件 5. FPGA 现场可编程门阵列 6. ISP-PLD 在系统可编程的PLD
第2页/共29页
三、LSI中用的逻辑图符号
8.4.1 电路结构形式 可编程“与”阵列 + 固定“或”阵列 + 可编程 编输程出单电元路 采用E2CMOS 可改写 OLMC
第13页/共29页Fra bibliotek GAL16V8
第14页/共29页
8.4.2 OLMC
数据选择器
第15页/共29页
8.4.3 GAL的输入和输出特性
GAL是一种较为理想的高输入阻抗器件
8.8 在系统可编程通用数字开关（ispGDS）
ispGDS22的 结构框图
第25页/共29页
8.9 PLD的编程
以上各种PLD均需离线进行编程操作，使用开发系统 一、开发系统 1. 硬件：计算机+编程器 2. 软件：开发环境（软件平台）
VHDL, Verilog 真值表，方程式，电路逻辑图（Schematic） 状态转换图（ FSM）
8.2 现场可编程逻辑阵列 FPLA
组合电路和时序电路结构的通用形式
A0~An-1
W0 D0
W(2n-1) Dm
第4页/共29页
8.2 FPLA
组合电路和时序电路结构的通用形式
可编程的“与”阵列 可编程的“或”阵列
第5页/共29页
8.3 PAL（Programmable Array Logic ） 8.3.1 PAL的基本电路结构 一、基本结构形式
二、PLD的发展和分类 PROM是最早的PLD
1. PAL 可编程逻辑阵列 2. FPLA 现场可编程阵列逻辑 3. GAL 通用阵列逻辑 4. EPLD 可擦除的可编程逻辑器件 5. FPGA 现场可编程门阵列 6. ISP-PLD 在系统可编程的PLD
第2页/共29页
三、LSI中用的逻辑图符号
8.4.1 电路结构形式 可编程“与”阵列 + 固定“或”阵列 + 可编程 编输程出单电元路 采用E2CMOS 可改写 OLMC
第13页/共29页Fra bibliotek GAL16V8
第14页/共29页
8.4.2 OLMC
数据选择器
第15页/共29页
8.4.3 GAL的输入和输出特性
GAL是一种较为理想的高输入阻抗器件
8.8 在系统可编程通用数字开关（ispGDS）
ispGDS22的 结构框图
第25页/共29页
8.9 PLD的编程
以上各种PLD均需离线进行编程操作，使用开发系统 一、开发系统 1. 硬件：计算机+编程器 2. 软件：开发环境（软件平台）
VHDL, Verilog 真值表，方程式，电路逻辑图（Schematic） 状态转换图（ FSM）