哈工大数电学习指导-20120604教程.doc

 PAGE \* MERGEFORMAT 205 数字电子技术基础学习指导及 习题解答 主编 杨春玲 陶隽源 第1章 绪论 1.1 教学内容 本章主要介绍了数字电路的特点及其常用芯片，电子设计自动化技术和数字电子技术基础课程内容和学习方法。 一、数字电路及其常用芯片 电子电路中的信号分为模拟信号与数字信号。模拟信号是指随时间连续变化的信号。数字信号是指随时间断续变化的信号。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，处理数字信号的电子电路称为数字电路（也称逻辑电路）。与模拟电路相比，数字电路具有如下特点： (1) 在数字电路中晶体管工作在开关状态（饱和区或截止区），电路的抗干扰能力强，可靠性高。 (2) 数字电路易于设计。 (3) 数字电路易于集成，成本低，体积小。数字电路的集成度一般高于模拟电路。 (4) 数字电路具有可编程性。可以采用计算机语言对某些数字电路进行编程设计，实现相应的逻辑功能。 数字电路的常用芯片有3种：标准芯片、可编程逻辑器件和定制芯片。 二、电子设计自动化技术 电子设计自动化(EDA)技术是指以计算机为工作平台，融合电子技术、计算机技术、智能化技术必威体育精装版成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要辅助进行4方面的设计工作，即可编程逻辑器件的设计、集成电路（IC）设计、电子电路设计和PCB设计。 硬件描述语言是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言。它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式。与传统的门级描述方式相比，HDL语言更适合大规模集成电路设计。HDL语言可读性强，易于修改和发现错误。目前常用的HDL语言有VHDL语言和Verilog HDL语言两种。 三、数字电子技术基础课程 1．课程内容 本书内容可以分为3部分：中小规模数字集成电路、大规模数字集成电路和模数混合电路。中小规模数字集成电路包括门电路、组合逻辑电路、触发器和时序逻辑电路；大规模数字集成电路包括存储器和可编程逻辑器件；模拟数字混合电路包括脉冲的产生和变换电路及接口电路。 2．课程学习方法 (1) 数字电子技术的数学基础是逻辑代数??与其他课程关联较小，简单易学。 (2) 数字电路以集成电路为主，学习中应注重掌握其外部特性，了解电路内部结构是为了更好地掌握数字电路的逻辑功能。 (3) 数字电子技术基础课程是实践性很强的课程，加强实践性训练是掌握这门课程必不可少的条件。 (4) 电子设计自动化是电子技术的必威体育精装版发展方向，可编程逻辑器件也是目前使用最多的逻辑器件，可编程逻辑器件设计需要通过电子设计自动化技术来实现。 (5) 附录给出了可编程逻辑器件设计套件Quartus II的使用方法，采用Quartus II对数字电路进行功能仿真，培养学生对数字电路的仿真能力。 1.2 学习要求 1．了解数字电路的特点； 2．了解电子设计自动化技术； 3．了解数字电子技术基础课程的教学内容及学习方法。 第2章 数制和码制 2.1 教学内容 本章的教学内容包括数制和码制的基本概念和数字电路中常用的数制和编码。讨论了不同数制之间的转换方法。介绍了二进制数的基本运算方法和补码、反码的定义及运算。 2.1.1 数制及二进制数的算术运算 一、数制及不同数制间的转换方法 数制是用来表示数值大小的方法。人们是按照进位的方式来计数的，称为进位制，简称进制。经常采用的有十进制、二进制数、十六进制和八进制数。 任意R进制数都可用位权展开式表示： 式中n和m为正整数，分别代表此数的整数和小数部分的位数，R为计数的基数，Ki代表第i位上的数码（0~R-1），Ri为第i位的权值。 数制转换就是一个数从一种进位制表示形式转换成等值的另一种进位制表示形式，其实质为权值的转换。将二进制、八进制、十六进制转换为十进制，只需将二进制、八进制、十六进数按权展开,求各位数值之和即可得到相应的十进制数。将十进制转换为二进制、八进制、十六进制，整数部分转换采用除基取余法，而小数部分转换采用乘基取整法。二进制转化为十六（八）进制可采用以下方法：以小数点为界，将二进制数整数部分从低位开始，小数部分从高位开始，每四（三）位一组，首尾不足四（三）位的补零，然后将每组四（三）位二进制数用一位十六（八）进制数表示。十六（八）进制转换为二进制可将一位十六（八 ）进制数用四（三）位二进制数表示即可。 二、二进制数的算术运算 二进制数的算术运算和十进制数的算术运算规则基本相同，唯一区别在于二进制数是“逢二进一”及“借一当二”，而不是“逢十进一”及“借一当十”。 在数字电路中，如果用反码或补码实现减法运算，可以把减法运算变成加法运算，其基本原理是把减去一个正数当作加上一个负数，从而只进行加法运算。二进制数的