现代电子线路07数字电路基础.ppt
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1、2023/9/13,School of Physics,第七章 No.1,第七章:数字电路基础,本章内容:7.1数字电路概述7.2基本逻辑门电路7.3TTL逻辑门电路7.4逻辑函数及其表示方法7.5逻辑函数的化简法,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.2,7.1数字电路概述,1、数字信号,数字信号,表示数字量的信号,研究时要注重它的有无或出现次数,数字信号的出现时间一般由时钟信号控制,而取值的离散性更使数字信号在处理、存储和传输等方面比模拟信号有很多优势。,一、数字电路的特点,正逻辑,高电平,逻辑“1”,低电平,逻辑“0”,一般情况下,采用正逻辑。,负逻辑,高
2、电平,逻辑“0”,低电平,逻辑“1”,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.3,数字电路:处理数字信号的电路称为数字电路。,、数字电路中的电子器件工作于饱和状态或截至状态,起开关作用;、基本电路单元结构简单(逻辑门电路、触发器),易于大规模集成;、研究对象是输出与输入信号间的逻辑关系(因果关系),即电路的逻辑功能;、基本数字电路:组合逻辑电路时序逻辑电路(寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整形电路)、易于采用EDA工具进行分析与设计;、应用范围非常广泛。,2、数字电路的特点,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.4,二、数制与码制,
3、1、数制,数制是指进位计数的方法与规则,如十进制、二进制等等。,、十进制,逢十进一、借一当十,(123.45)10110221013100410-1510-2,位置表示法,多项式表示法,通式:,权,模,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.5,、二进制,权,模,逢二进一、借一当二,、R进制,权,模,逢R进一、借一当R,、十六进制,逢16进一、借一当16,系数:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15表示为:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F,2023/9/13,School of Physics,第七
4、章 No.6,、数制间的转换,、R进制转换成十进制,方法:按权展开,求和。,、十进制转换成R进制,方法:,整数部分:除R取余,逆序排列,小数部分:乘R取整,顺序排列,整数,小数,逆序,顺序,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.7,、其它数制间的转换,方法:先转成十进制数,再转成所需数制。,特例:十六进制和二进制的相互转换,十六进制转二进制:将每位十六进制数转成4位二进制数,依序排列即可;二进制转十六进制:以小数点为基准,整数部分从右往左,小树部分从左往右,将二进制数按4位一组分组,不足位置补0,然后将每组的4 位二进制数转换成1位十六进制数,依序排列即可。,2
5、023/9/13,School of Physics,第七章 No.8,2、二进制运算*,、四则运算,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.9,、计算机中的数值表示,无符号数:没有符号位,表示正数。8位无符号整数可表示0255;,有符号数:第1位(最高位)为符号位,“0”表示正数,“1”表示负数。8位有符号整数可表示-128127;,定点数:小数点固定,浮点数:小数点不固定,由符号位、指数部分、小数部分组成。,定点整数:没有小数部分,定点小数:纯小数,默认小数点在符号位之后,10111001,-0.0111001,single float:X XXXXXXX X
6、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX,符号位,指数部分(7位),小数部分(24位),B,C,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.10,、原码、反码、补码,原码:将数值表示成二进制数,并在最高位增加一个符号位,正数为0,负数为1,即得到该数值的原码。,反码:正数的反码等于原码,负数的反码为保留符号位,按位求反。,补码:正数的补码等于原码,负数的补码为反码加1。,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.11,3、十进制数的二进制代码,、有权代码,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.12,、无
7、权代码,二进制数0 0 1 0 1,求异,循环码 0 1 1 1,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.13,4、字符编码*,、ASCII码(美国信息交换标准代码),American Standard Code for Information Interchange,b7为奇偶校验位,国际标准ISO 646,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.14,、通用字符集(UCS:Universal Character Set),编码长度32位,目前只分配了16位共65534个字符,包含了用于表达所有已知语言的字符,不仅包括拉丁语、希腊语
8、、斯拉夫语、希伯来语、阿拉伯语、亚美尼亚语和乔治亚语的描述,还包括中文、日文和韩文这样的象形文字,以及平假名、片假名、孟加拉语、旁遮普语果鲁穆奇字符(Gurmukhi)、泰米尔语、印埃纳德语(Kannada)、Malayalam、泰国语、老挝语、汉语拼音(Bopomofo)、Hangul、Devangari、Gujarati、Oriya、Telugu等等。,ISO10646,、汉字编码国家标准(16位),GB2312:收录6763个简体字;GBK:对GB2312的扩充,收入中、日、韩汉字20912个;GB18030:对GBK的扩展,收入中、日、韩汉字27533个,GB18030是中国所有非手持
9、/嵌入式计算机系统的强制实施标准。,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.15,7.2基本逻辑门电路,一、晶体三极管的开关特性,1、晶体管工作状态,、放大状态,晶体管工作在放大区,发射结正偏,集电结反偏。,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.16,、饱和状态,晶体管工作在饱和区,发射结正偏,集电结正偏。,CE间近似于短路,相当于开关的接通状态。,、截止状态,晶体管工作在截止区,发射结反偏,集电结反偏。,CE间近似于断路,相当于开关的断开状态。,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.17,2、晶体管
10、的开关时间,0,ui,t,0,ic,t,icm,0,u0,t,Uom,0.9icm,0.1icm,td,tr,ton,ts,tf,toff,开启时间:,关断时间:,延迟时间,上升时间,退饱和时间,下降时间,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.18,二、二极管门电路,1、二极管与门,VCC(5V),R,A,B,C,Y,二极管与门电路,只有在A、B、C都接高电平5V时,二极管截止,输出Y才为高电平。该电路具有与门的逻辑功能。,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.19,2、二极管或门,A,B,C,Y,二极管或门电路,A、B、C任何一
11、个都接高电平5V时,输出Y即为高电平。该电路具有或门的逻辑功能。,R,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.20,三、三极管非门电路,Rc,R1,VCC,A,Y,三极管非门电路,A,Y,1,-VEE,R2,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.21,四、复合门电路(DTL电路),DTL与非门电路,DTL与非门电路,A、B、C任何一个接低电平(0.3V)时,P被钳位在1V左右,D4、D5、T截止,输出Y为高电平;,Diode Transistor Logic,A、B、C都接高电平(5V)时,D1、D2、D3均截止,此时,这个电流很容
12、易使T饱和,输出Y为低电平。,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.22,7.3TTL逻辑门电路*,一、TTL与非门电路,Transistor Transistor Logic,TTL与非门电路,1、电路结构,e1,e2,e3,b,c,等效,e1,e2,e3,c,b,类似与门,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.23,2、工作原理,、,不防设A为低电平(0.2V),则,T1管深度饱和,T2、T3截止,,Y为高电平,iB1,T2,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.24,、,T1管工作于倒置放大状
13、态,,Y为低电平,T2饱和,,D、T4截止,T3深度饱和,,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.25,3、电压传输特性,ab段:ui1.4V,T2、T3饱和,T4、D截止,输出低电平。,截止区,线性区,转折区,饱和区,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.26,4、输入端噪声容限,低电平噪声容限:,高电平噪声容限:,输出低电平的最大值,输出高电平的最小值,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.27,1、负载能力,拉电流负载:输出高电平时,负载电流的增大会使输出电压下降;灌电流负载:输出高电平时,负
14、载电流的增大会使输出电压下降。,负载能力用扇出系数表示,一般的TTL门电路的扇出系数为810。,二、TTL与非门的主要性能参数,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.28,2、传输延迟时间,0,ui,t,0.5Uim,0,u0,t,Uom,Uim,0.5Uom,tpd1,tpd2,平均传输延迟时间:,2023/9/13,School of Physics,第七章 No.29,三、抗饱合TTL门电路,1、肖特基势垒二极管(SBDSchottky barrier diode),SBD,符号,利用铝和N型硅形成势垒,导通阈值电压约为0.4V,将三极管BC间的电压钳位,
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