数字技术的应用 计算机
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本课程主要内容基本概念及数学工具基本概念：数字信号、数制、二进制代码…
数字电子技术
数学工具：逻辑代数
元件及数字电路逻辑门→组合逻辑电路 触发器→时序逻辑电路555定时器→脉冲波形产生、变换电路
数模与模数转换器
存储器、可编程器件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 二进制代码1.4 二值逻辑变量与基本逻辑运算 1.5 逻辑函数及其表示方法3
1.1 数字信号与数字电路1.1.1 模拟信号与数字信号1、模拟信号 ---在时间和数值均连续变化的电信号uO t
uO
t
2、数字信号 ---在时间上和数值上均是离散的信号4
1.1.2 数字信号的描述方法
一、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
---表示事物状态时称二值逻辑表示方式 在电路中用高、低电平表示1、0两种逻辑状态 逻辑电平与电压值的关系(正逻辑)
电压(V)+5 0
二值逻辑1 0
电 平H(高电平) L(低电平)5
二、数字波形数字波形 ---- 信号逻辑电平对时间的图形表示。
(a) 用逻辑电平描述的数字波形
(b) 16位数据的图形表示6
1、数字波形的两种类型 *非归零型
*归零型 高电平低电平
有脉冲
无脉冲
比特率 ---- 每秒钟传输数据的位数7
例1.1.1
某通信系统每秒钟传输1544000位(1.544兆位)数
据，求每位数据的时间。 解：按题意，每位数据的时间为
1.544 10 s
6
1
647.67 10 9 s 648ns
2、周期性和非周期性 非周期性数字波形
周期性数字波形9
例1.1.2 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：因数字波形的脉冲宽度tw=6ms,周期T=6ms+10ms=16ms。
6ms q (%) 100 % 37.5% 16 ms
3、实际脉冲波形及主要参数 非理想脉冲波形
几个主要参数:
周期 (T) —— 表示两个相邻脉冲之间的时间间隔。脉冲宽度(tw ) —— 脉冲幅值的50%的两个时间点所跨越的时间。 占空比(q) —— 表示脉冲宽度占整个周期的百分比。 上升时间tr 和下降时间tf —— 从脉冲幅值的10%到90% 上升 (下降)所经历的时间( 典型值ns )。5.0V 4.5V 4.5V
幅值 =5.0V 2.5V
tw脉冲宽度
2.5V
0.0V
0.5V
0.5V
tr
tf12
4、时序图 时序图----表明各个数字信号时序关系的多重波形图。
1.1.3 数字电路数字电路与模拟电路的工作信号、研究的对象不同， 分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同。
模拟电路产生和处理模拟信号的电路。模拟电路注重研究的是输入、输出信号间的大小和相位关系。在模拟电路 中，三极管一般工作在放大区。分析方法有：
图解法、小 信号等效电路法。 数字电路产生和处理数字信号的电路。数字电路注重研 究的是输入、输出信号间的逻辑关系。在数字电路中，三 极管一般工作在截止区和饱和区，起开关作用。所用数学 工具为逻辑代数。14
一、数字电路的分类从电路的形式不同， --数字电路可分为集成电路和分立电路。 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。 从器件不同 --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。15
集成度:每一芯片所包含的门个数
分类
门的个数
典型集成电路
小规模中规模 大规模 超大规模 甚大规模
最多12个12~99 100~9999 10,000~99,999 106以上
逻辑门、触发器计数器、加法器 小型存储器、门阵列 大型存储器、微处理器 可编程逻辑器件、多功能专用集成电 路16
二、数字集成电路的特点1) 电路简单,便于大规模集成,批量生产，成本低； 2) 可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强； 3) 具可编程性,通用性好； 4) 可实现硬件设计软件化，易于设计； 5) 高速度、低功耗，体积小,; 6) 加密性好。
1.2
数制
1.2.1 十进制 1.2.2 二进制 1.2.3 二-十进制之间的转换 1.2.4 十六进制和八进制
1.2 数制数制:多位数码中的每一位数的构成及低位向高位进位的规则。
1.2.1 十进制十进制采用0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9十个数码，其进位的规则是
“逢十进一”。各位的权都是10的幂。
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2
i
2、 二进制的优点 (1)易于电路表达---0、1两个值，可以用管子的导通或截止， 灯泡的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来表示。VCC
iC VCC RcRb vI
Rc vo
vCE VCC
(2)二进制数字装置所用元件少,电路简单、可靠 。 (3)基本运算规则简单, 运算操作方便。21