摘要
第1章
数字电路基础
教学提示
电子电路中的信号可分为模拟信号和数字信号两类。处理模拟信号的电路叫作模拟
电路;处理数字信号的电路叫作数字电路。本章主要介绍数字信号和数字电路的基本概
念,以及各种进位计数制(二进制、八进制、十六进制及其相互转换方法,数字技术中常用的
用来表示十进制数码的BCD码);还介绍了逻辑代数的基本概念,逻辑代数的三种基本运算
(与运算、或运算和非运算),逻辑代数的常用公式和定理,以及逻辑函数的公式化简法和卡
诺图化简法。
教学目标
通过本章的学习,掌握二进制及二进制与十进制的相互转换,掌握逻辑代数的基本运
算和基本公式、定理以及卡诺图化简方法,理解8421BCD码,了解八进制、十六进制以及编
码的含义,学会用逻辑代数研究逻辑电路,理解不同类型逻辑表达式的相互转换及最简与
或表达式,了解逻辑代数的基本规则和逻辑函数的公式化简法。
1.1
数字电路概述
1.1.1数字信号与数字电路
随着大规模、超大规模集成电路技术的成熟完善,数字电子技术在现代电子系统中的
应用越来越广泛。数字信号处理是数字电子技术的根本,数字电路是数字电子技术的硬件
基础。在时间和数值上都是离散的电信号称为数字信号,数字信号常常会反映很多时间片
段中的信号状态。例如,只有高、低电平跳变的矩形脉冲信号。数字信号也被称为脉冲信
号,常见的脉冲信号有矩形波、三角波、锯齿波等。用来处理数字信号的电路称为数字电
路,由于数字电路具有逻辑运算和逻辑处理功能,所以又称为数字逻辑电路。
与数字信号相对应的是模拟信号,凡在数值上和时间上都是连续变化的电信号,称为
模拟信号,如温度、压力、电压或电流等。用来处理模拟信号的电路称为模拟电路。模拟信
号和数字信号的波形图如图1-1所示。
数字电路与模拟电路由于各自处理信号的不同,所以电路中的晶体管工作在不同区
域:模拟电路中的晶体管工作在放大区;而数字电路中的晶体管工作在饱和区和截止区,放
数字电子技术（微课版）
........................................................................
图1-
1
模拟信号和数字信号
大区只是晶体管的过渡状态。数字电路的研究对象是电路的输入与输出之间的逻辑关系;
而模拟电路的研究对象是电路输入与输出的电压、电流的关系。数字电路的分析工具是逻
辑代数,表达电路的功能主要用真值表、逻辑函数表达式及波形图等。
在数字电路中,电路的状态及输入、输出信号均只有两种可能的状态,即1态和0态。
为了分析方便,在数字电路中分别用二进制数1和0来表示数字信号的两种状态。
1.1.2数字电路的特点
1.
算术运算和逻辑运算功能
数字电路主要的特点是它具有一定的计算功能,程序员通过对内部进行一定的设置程
序,可以将数字电路的算术运算功能按照程序员想要的计算过程进行计算。除了算术运算
之外,还具备逻辑运算功能,即按照逻辑规则进行逻辑推理和逻辑判断。
2.
集成度高，更有利于功能的实现
构成数字电路的基本单元电路比较简单,允许元器件参数有比较大的分散性,只要能
区分高电平和低电平就可以了,从而可以把很多的基本单元电路集成到一块芯片上。
3.
抗干扰能力强
由于数字电路一般只有高电平和低电平两种信号,数字电路的导通、闭合性能良好,抗
干扰能力强、稳定性好。如果对数字电路进行加密,那么在信号的传输过程中信号就很难
被窃取,具有很强的保密性。
1.1.3数字电路的分类
1.
分立元件电路与集成电路
按照数字电路的结构来分,数字电路可以分为分立元件电路和集成电路两种。电阻、
电容、二极管、三极管、场效应管等组成的电路为分立元件电路。将许多基本元器件都固定
在一个基板上,使许多元器件集成为一个整体的电路则为集成电路。数字集成电路的使用
最为广泛。
按集成度分类,可将数字电路分为小规模集成电路(smalscaleintegratedcircuit)、中
规模集成电路(meiclnertdcrut)、lresaeitgae
dumsaeitgaeici大规模集成电路(agclnertd 4.
二进制数与十六进制数之间的相互转换
每位十六进制数的16个数码正好对应于4位二进制数的16种不同组合,所以十六进
制与二进制之间有简单的对应关系:
十六进制0123456789ABCDEF
二进制
0 0101001010010101001
10
101101010110101101
由以上的对应关系可直接进行二进制数与十六进制数之间的转换。
【例1-5】将(1010110100.2 转换成十六进制数。
0011010)
解
0010 1011 0100 .0011 0100
2 B 4.3
2
所以,(1010110100.
E80011010)
)2=(32)
2B4.16
【例1-6】将(4FC
