电子技术基础数字部分第一章数字逻辑概论
数字电子技术基础第1章--康华光-第五版
2021/4/9
20
自学部分
5.十进制----八进制 6.十进制----十六进制 7.二进制----八进制 8.二进制----十六进制 9.八进制----十六进制 1.2.2 二进制的波形表示及二进制数据的传输
电子技术基础（数字部分） 第五版
樊冰
2021/4/9
1
主要内容
1 数字逻辑概论 2 逻辑代数与硬件描述语言基础 3 逻辑门电路 4 组合逻辑电路 5 锁存器和触发器 6 时序逻辑电路 7 存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列 8 脉冲波形的变换与产生 9 数模与模数转换器
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目前主要的设计方式是利用EDA（电 路仿真软件）进行设计。
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1.1.3 模拟信号和数字信号
模拟信号：时间、幅度均连续
数字信号：时间、幅度均离散
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1.1.4 数字信号的描述方法
二值数字逻辑（二进制）
0和1即可表示数量也可表示两种不同的逻辑状态。
逻辑电平
不是物理量，而是物理量的相对表示。
2
1 数字逻辑概论
1.1 数字电路与数字信号 1.2 数制 1.3 二进制的算术运算 1.4 二进制代码(码制) 1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算 1.6 逻辑函数及其表示方法
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3
1.1 数字电路与数字信号
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4
1.1.1 数字技术的发展及其应用
发展迅速，应用广泛
= (0.101101001)B
误差不大于2-9 保留到-9位
0.706*2=1.412-----1 0.412*2=0.824-----0 0.824*2=1.648-----1 0.648*2=1.296-----1 0.296*2=0.592-----0 0.592*2=1.184-----1 0.184*2=0.368-----0 0.368*2=0.736-----0 0.736*2=1.472-----1
电子技术基础(数字)康华光课后解答
VNLA(max) =VIL(max) —VOL(max) =0.8V—0.4V=0.4V
2.4
0.4
2
0.8
逻辑门 B
3.5
0.2
2.5
0.6
逻辑门 C
4.2
0.2
3.2
0.8
解：根据表题 3.1.1 所示逻辑门的参数，以及式（3.1.1）和式（3.1.2），计算出逻 辑门 A 的高电平和低电平噪声容限分别为：
VNHA =VOH (min) —VIH (min) =2.4V—2V=0.4V
(2) L D(A C)
(3) L (A B)(C D)
2.2.2 已知函数 L（A，B，C，D）的卡诺图如图所示，试写出函数 L 的最简与 或表达式
解： L(A, B,C, D) BCD BCD BCD ABD 2.2.3 用卡诺图化简下列个式 （1） ABCD ABCD AB AD ABC 解： ABCD ABCD AB AD ABC ABCD ABCD AB(C C)(D D) AD(B B)(C C) ABC(D D) ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD
解： A ABC ACD (C D)E
A( 1 B C) A C D C D E
A A C D C D E
AB +AB
1 0 0 1
A CD CDE A CD E 2.1.4 用代数法化简下列各式 (3) ABC(B C) 解： ABC(B C) (A B C)(B C)
（4）（2.718）D=(10.1011)B=(2.54)O=(2.B)H 1.4 二进制代码 1.4.1 将下列十进制数转换为 8421BCD 码： （1）43 （3）254.25 解：（43）D=（01000011）BCD 1.4.3 试用十六进制写书下列字符繁荣 ASCⅡ码的表示：P28 （1）+ （2）@ （3）you (4)43 解：首先查出每个字符所对应的二进制表示的 ASCⅡ码，然后将二进制码转换 为十六进制数表示。 （1）“+”的 ASCⅡ码为 0101011，则（00101011）B=（2B）H （2）@的 ASCⅡ码为 1000000,(01000000)B=(40)H (3)you 的 ASCⅡ码为本 1111001,1101111,1110101,对应的十六进制数分别为
康华光《电子技术基础-数字部分》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
第1章 数字逻辑概论1.1 复习笔记一、模拟信号与数字信号 1．模拟信号和数字信号 （1）模拟信号在时间上连续变化，幅值上也连续取值的物理量称为模拟量，表示模拟量的信号称为模拟信号，处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。
（2）数字信号 与模拟量相对应，在一系列离散的时刻取值，取值的大小和每次的增减都是量化单位的整数倍，即时间离散、数值也离散的信号。
表示数字量的信号称为数字信号，工作于数字信号下的电子电路称为数字电路。
（3）模拟量的数字表示①对模拟信号取样，通过取样电路后变成时间离散、幅值连续的取样信号； ②对取样信号进行量化即数字化；③对得到的数字量进行编码，生成用0和1表示的数字信号。
2．数字信号的描述方法（1）二值数字逻辑和逻辑电平在数字电路中，可以用0和1组成的二进制数表示数量的大小，也可以用0和1表示两种不同的逻辑状态。
在电路中，当信号电压在3.5～5 V 范围内表示高电平；在0～1.5 V 范围内表示低电平。
以高、低电平分别表示逻辑1和0两种状态。
（2）数字波形①数字波形的两种类型非归零码：在一个时间拍内用高电平代表1，低电平代表0。
归零码：在一个时间拍内有脉冲代表1，无脉冲代表0。
②周期性和非周期性周期性数字波形常用周期T 和频率f 来描述。
脉冲波形的脉冲宽度用W t 表示，所以占空比100%t q T=⨯W③实际数字信号波形在实际的数字系统中，数字信号并不理想。
当从低电平跳变到高电平，或从高电平跳到低电平时，边沿没有那么陡峭，而要经历一个过渡过程。
图1-1为非理想脉冲波形。
图1-1 非理想脉冲波形④时序图：表示各信号之间时序关系的波形图称为时序图。
二、数制 1．十进制以10为基数的计数体制称为十进制，其计数规律为“逢十进一”。
任意十进制可表示为：()10iDii N K ∞=-∞=⨯∑式中，i K 可以是0～9中任何一个数字。
如果将上式中的10用字母R 代替，则可以得到任意进制数的表达式：()iR ii N K R ∞=-∞=⨯∑2．二进制（1）二进制的表示方法以2为基数的计数体制称为二进制，其只有0和1两个数码，计数规律为“逢二进一”。
康华光《电子技术基础-数字部分》(第5版)课后习题-第一章至第四章【圣才出品】
（1）（43）D＝（101011）B＝（53）O＝（2B）H；
3 / 111
表 1-1
解：由表 1-1 可知，（1）、（5）属于超大规模集成电路；（2）、（3）属于中规模集成电 路；（4）属于小规模集成电路。
1.1.2 一数字信号波形如图 1-1 所示，试问该波形所代表的二进制数是什么?
图 1-1 解：低电平用 0 表示，高电平用 1 表示，则图 1-1 所示波形用二进制可表示为： 010110100。
1.2.6 将下列十六进制数转换为十进制数：
（1）（103.2）H （2）（A45D.0BC）H
解：（1） 103.2H
1162
3160
2 16 1
259.125
D
；
同理（2） A45D.0BC H
42077.0459
D
。
1.3 二进制的算术运算
1.3.1 写出下列二进制数的原码、反码和补码： （1）（+1110）B （2）（+10110）B （3）（-1110）B （4）（-10110）B 解：正数的反码、补码与原码相同，负数的反码等于原码的数值位逐位取反，负数的补 码等于反码加 1。
图 1-2 1.1.4 一周期性数字波形如图 1-3 所示，试计算：（1）周期；（2）频率；（3）占空比。
图 1-3
解：由图 1-3 可知该波形为周期性数字波形，则有
周期：T＝11 ms－1 ms ＝10 ms（两相邻上升沿之差）；
《电子技术基础》第五版(数字部分)高教版课后答案
1．1 数字电路与数字信号第一章 数字逻辑习题1.1.2 图形代表的二进制数MSBLSB 0 1 211 12（ms ）解：因为图题所示为周期性数字波，所以两个相邻的上升沿之间持续的时间为周期，T=10ms 频率为周期的倒数，f=1/T=1/=100HZ占空比为高电平脉冲宽度与周期的百分比，q=1ms/10ms*100%=10% 数制1.2.2 将下列十进制数转换为二进制数，八进制数和十六进制数（要求转换误差不大于 2 （2）127 （4）解：（2）（127）D=27-1=（）B-1=（1111111）B =（177）O=（7F ）H （4）（）D=B=O=H 二进制代码1.4.1 将下列十进制数转换为 8421BCD 码： （1）43 （3） 解：（43）D=（01000011）BCD1.4.3 试用十六进制写书下列字符繁荣 ASC Ⅱ码的表示：P28 （1）+ （2）@ （3）yo u (4)43解：首先查出每个字符所对应的二进制表示的 ASC Ⅱ码，然后将二进制码转换为十六进制 数表示。
（1）“+”的 ASC Ⅱ码为 0101011，则（00101011）B=（2B ）H （2）@的 ASC Ⅱ码为 1000000,(01000000)B=(40)H(3)you 的 ASC Ⅱ码为本 1111001,1101111,1110101,对应的十六进制数分别为79,6F,75 (4)43 的 ASC Ⅱ码为 0110100,0110011,对应的十六紧张数分别为 34,33 逻辑函数及其表示方法解: (a)为与非， (b)为同或非，即异或第二章逻辑代数习题解答2.1.1 用真值表证明下列恒等式(3) A⊕B AB AB（A⊕B）=AB+AB解：真值表如下A B A⊕BAB AB A⊕BAB+AB0 0 1 11111111111A (1BC ) ACDCDEA ACDCDEACD CDEACD E2.1.4 用代数法化简下列各式(3) ABC B C)A⋅B A⋅B(A B)(A B)1BAB ABABBABAB(9) ABC DABD BC D ABCBD BC解： ABC DABDBC DABCBD BCB ( ACD )L D ( AC)2(3)(L AB)(C D)2.2.2 已知函数 L（A，B，C，D）的卡诺图如图所示，试写出函数 L 的最简与或表达式解：L( A, B, C, D) BC D BCD B C D ABD2.2.3 用卡诺图化简下列个式（1）ABCD ABCD AB AD ABC3解：ABCD ABCD AB AD ABCABCD ABCD AB CC DDAD B B CCABC D D)()()()()(ABCD ABCD ABC D ABCD ABC D ABC D ABC D（6）L( A, B, C, D ) ∑m解：(0, 2, 4, 6,9,13)∑d(1, 3, 5, 7,11,15)L AD（7）L( A, B, C , D )∑m 解: (0,13,14,15)∑d(1, 2, 3, 9,10,11)L AD AC AB42.2.4 已知逻辑函数L AB BC C A，试用真值表,卡诺图和逻辑图（限用非门和与非门）表示解:1>由逻辑函数写出真值表A11112>由真值表画出卡诺图B1111C1111L1111113>由卡诺图,得逻辑表达式L AB BC AC 用摩根定理将与或化为与非表达式L AB BC AC AB⋅B C⋅AC4>由已知函数的与非-与非表达式画出逻辑图5第三章习题MOS逻辑门电路3.1.1 根据表题所列的三种逻辑门电路的技术参数，试选择一种最合适工作在高噪声环境下的门电路。
数电-第一章 数字逻辑概论
几种进制数之间的对应关系
十进制数 D 二进制数 B 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001 10 1010 11 1011 12 1100 13 1101 14 1110 15 1111 八进制数 O 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 十六进制数 H 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
三,八进制
数码为: ～ ;基数是8.用字母O表示 表示. 数码为:0～7;基数是 .用字母 表示. 运算规律:逢八进一, 运算规律:逢八进一,即:7+1=10. + = . 八进制数的权展开式: 八进制数的权展开式:D=∑ki×8i 例如: (207.04)O= 例如: )
2×82 +0×81+7×80+0×8-1+4 ×8-2 × × × × =(135.0625)D
= 011 (
六,十—十六进制之间的转换
将十六进制数转换成十进制数时, 将十六进制数转换成十进制数时,按权展开再 相加即可. 相加即可.
将十进制数转换成十六进制数时,可先转换成 将十进制数转换成十六进制数时, 二进制数, 二进制数,再将得到的二进制数转换成等值的十 六进制数. 六进制数.
1.2 二进制数的算术运算
二,二进制
数码为:0,1; 数码为: , ; 基数是 .用字母 表示. 基数是2.用字母B表示 表示. 运算规律:逢二进一,即:1+1=10. 运算规律:逢二进一, + = . 二进制数的权展开式: 二进制数的权展开式:D=∑ki×2i
电子技术基础数字部分第六版康华光
模拟信号 3V
模数转换器
00000011 数字输出
1.1.4 数字信号的描述方法
1、二值数字逻辑和逻辑电平 二值数字逻辑
0、1数码---表示数量时称二进制数
表示方式
---表示事物状态时称二值逻辑
a 、在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）
电压(V) 二值逻辑
3、数字电路的分析、设计与测试
(1)数字电路的分析方法 数字电路的分析:根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。 分析工具：逻辑代数。 电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图。
(2) 数字电路的设计方法 数字电路的设计:从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的 逻辑器件，设计出符合要求的逻辑电路。 设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。
1.8万个电子管
保存80个字节
晶体管时代
器件
电流控制器件 —半导体技术
半导体二极管、三极管
半导体集成电路
电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代
a)传统的设计方法： 采用自下而上的设计方法；由人工组装,经反复调试、验证、 修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。
b)现代的设计方法： 现代EDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方 法，电路设计、 分析、仿真 、修订 全通过计算机完成。
--数字电路可分为TTL 和 CMOS电路
从集成度不同 --数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、超
大规模和甚大规模五类。
集成度:每一芯片所包含的门个数
分类
小规模 中规模 大规模 超大规模
甚大规模
门的个数
典型集成电路
电子技术基础(数字)康华光课后答案
（A）
（B）
（C）
（D）
解：对于图题 3.1.12（a）所示的 CMOS 电路，当 EN =0 时， TP2 和TN 2 均导通，
TP1 和 TN1 构成的反相器正常工作，L= A ，当 EN =1 时，TP2 和TN 2 均截止，无论
A 为高电平还是低电平，输出端均为高阻状态，其真值表如表题解 3.1.12 所示， 该电路是低电平使能三态非门，其表示符号如图题解 3.1.12（a）所示。
A
L
00Βιβλιοθήκη 1010
1
0
1
1
高阻
3.1.12（a）
A
L
0
0
0
0
1
1
1
0
高阻
1
1
高阻
3.1.12（b）
EN A
0
0
L 高阻
0
1
高阻
1
0
0
1
1
1
3.1.12（c
A
L
0
0
1
0
1
0
1
0
高阻
1
1
高阻
3.1.12（d）
3.2.2 为什么说 TTL 与非门的输入端在以下四种接法下，都属于逻辑 1：（1）输 入端悬空；（2）输入端接高于 2V 的电源；（3）输入端接同类与非门的输出高电 压 3.6V；（4）输入端接 10kΩ 的电阻到地。 解：（1）参见教材图 3.2.4 电路，当输入端悬空时，T1 管的集电结处于正偏，Vcc 作用于 T1 的集电结和 T2，T3 管的发射结，使 T2，T3 饱和，使 T2 管的集电极 电 位 Vc2=VcEs2+VBE3=0.2+0.7=0.9V ， 而 T4 管 若 要 导 通 VB2=Vc2≥VBE4+VD=0.7+0.7=1.4V，故 T4
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1.1 数字信号与数字电路
1.1.1数字技术的发展及其应用
电子技术的发展:以电子器件的发展为基础
1906 李德.福莱斯特 1947 威廉.肖克利 1960-
三级真空管 晶体管 半导体集成电路
7
电子管时代
电压控制器件 电真空技术
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。目前在 一些大功率发射装置中使用。
考核形式
平时（10%）+期中（20%）+期末（70%） 形式：闭卷
参考书目
1、《数字电子技术基础》，阎石主编，清华大学 2、《计算机结构与逻辑设计》，黄正瑾主编，东南大学 3、《数字电子技术》[Digital Fundamentals],Thomas
L.Floyd著
3
课程安排
数字逻辑概论
1.1、1.2、1.3、1.4、1.5
逻辑代数与硬件描述语言基础
2.1、2.2、2.3、2.4
逻辑门电路
3.1、3.2、3.3、3.7
组合逻辑电路
4.1、4.2、4.3、4.4、4.5
锁存器和触发器
5.1、5.2、5.3、5.4、5.5
4
课程安排
时序逻辑电路
6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6
可以说它是有三个电极的灯泡。参与工作的电极 被封装在一个真空的容器内（管壁大多为玻璃） ENIAC中了用了1.8万只真空管，所以它的庞大笨重是可想而知了。
晶体管时代 器件
电流控制器件 半导体技术
半导体二极管、三极管
半导体集成电路
什么是集成电路呢？ 采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布 线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一 个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成 一个整体，它在电路中用字母“IC”表示。
根据器件不同 --数字电路可分为TTL 和 CMOS电路
根据集成度不同 --数字集成电路可分为SSI，MSI，LSI，VLSI，
ULSI五类。
集成度:每一芯片所包含的门个数
分类
小规模SSI 中规模MSI 大规模LSI 超大规模 VLSI 甚大规模 ULSI
门的个数
典型集成电路
最多12个 12~99 100~9999
半导体集成电路
60~70代- IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。 10万个晶体管/片。
80年代后- ULSI ， 1 0 亿个晶体管/片 、 ASIC 制作技术成熟
90年代后- 97年一片集成电路上有40亿个晶体管。现在有上百亿 了！ 目前- 芯片内部的布线细微到亚微米、纳米(90,45,22,14,8nm)量级
——可与数字相对应
17
4
0.8m
3
0.6m
2
0.4m
1
0.2m
0.8m h=0.512734...
0
0.0m
18
u
携带信息
波形
u
携带信息
数字
0
t
模拟信号
时间和数值均连续 变化的信号
0 1 0011 01
0
t
数字信号
在时间上和数值上均 是离散的信号
19
数字电路的优点
信息的载体——信号波形
20
u
逻辑门、触发器 计数器、加法器 小型存储器、门阵列ห้องสมุดไป่ตู้
10,000~99,999 大型存储器、微处理器
106以上
可编程逻辑器件、多功能专用集成电 路
数字集成电路的特点
可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强 易于设计 体积小,通用性好,成本低，电路简单,便于大规模集成 具可编程性,可实现硬件设计软件化 高速度、低功耗 加密性好，便于存储、传输和处理
15
数字电路的分析、设计与测试
(1)数字电路的分析方法
数字电路的分析:根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。
分析工具：逻辑代数。
电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图等描
述。
(2)
数字电路的设计方法
数字电路的设计:从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的逻辑
器件，设计出符合要求的逻辑电路。
u
t 通道
t
衰减
畸变
干扰
21
采样 保持 量化 编码
信 息 载 体
| 数 字
22
1
1
1
1
0
00
0
00
只要0和1不混淆，信息就不会丢失。
23
1.1.4 数字信号的描述方法
二值数字逻辑和逻辑电平
二值数字逻辑 0、1---表示数量时称二进制数
表示方式
---表示事物状态时称二值逻辑
在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
半导体存储器
7.1、7.2
CPLD和FPGA
8.1、8.2、8.3
脉冲波形的变换与产生
9.1、9.2
数模与模数转换器
10.1、10.2
5
第一章 数字逻辑概论
1.1 数字信号与数字电路 1.2 数制 1.3 二进制数的算术运算 1.4 二进制代码 1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算
6
逻辑电平与电压范围的关系（正逻辑）
电压 （V）
二值逻辑
电平
3.5~5
1
H（高电平）
0~1.5
0
L（低电平）
24
数字波形 是信号逻辑电平对时间的图形表示
用逻辑电平描述的数字波形 16位数据的图形 表示
25
数字波形的两种类型
高电平
低电平
非归零型
有脉冲
归零型
无脉冲 比特率 -------- 每秒钟转输数据的位数
设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。
1.1.3 模拟信号和数字信号
电子系统处理物理量的方法 用某个电参量（电压、电流、频率、相位等）去描述
它 ——电信号 自然界物理量的表现形式 ——连续和离散 连续—— 在一定的范围内有无穷多个取值可能
——无法用数字准确表示 离散—— 在一定的范围内只有某些特定取值
微处理器的时钟频率高达3GHz（109Hz） 将来- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路
11
数字技术的应用
手机
计算机
智能仪器
U盘 数码相机
1.1.2 数字集成电路的分类及特点
根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同
--数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
根据电路的形式不同 --数字电路可分为集成电路和分立电路
《电子技术基础 数字部分》
第一章 数字逻辑概论
1
什么是数字电路？
就是用数字电子开关表示二进制的0和1，从而来实现算术 运算和逻辑运算，并最终实现信息的存储、处理和传输。
数字电路的学习方法
掌握布尔代数的基本原理 （理论基础） 重视逻辑关系及其描述方法（思维方式） 熟练逻辑电路的基本分析方法与设计方法（基本训练） 重要的在于器件的使用（实践能力）