数字电路基本组成_软件和硬件的概念「建议收藏」

前言：章节为知识简单复习使用，想过考试的可以去B站看专门的内容讲解。

一、数字电路基本概念

模拟信号与数字信号

• 模拟信号: 时间连续数值也连续的信号。如速度、压力、温度等。
• 数字信号: 在时间上和数值上均是离散的。如电子表的秒信号，生产线上记录零件个数的记数信号等。

数字电路逻辑体制

数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平)分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0)。
有两种逻辑体制:

• 正逻辑体制规定:高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。
• 负逻辑体制规定:低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。

主要参数

二、数字电路分类（了解）

• 按集成度分类∶数字电路可分为小规模（SSI，每片数十器件)、中规模(MSI，每片数百器件）、大规模(LSI，每片数千器件）和超大规模(VLSI，每片器件数目大于1万）数字集成电路。集成电路从应用的角度又可分为通用型和专用型两大类型。
• 按所用器件制作工艺的不同:数字电路可分为双极型（TTL型）和单极型(MOS型）两类。
• 按照电路的结构和工作原理的不同∶数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。

三、数制

• 进位制︰表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。
• 基数︰进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。
• 位权（位的权数）︰在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。

几种常见的计数体制:

• 十进制（Decimal )
• 二进制（Binary)
• 八进制（Octal )
• 十六进制（Hexadecimal )

不同数制间的转换

二进制转换成十进制

问题：将二进制数10011.101转换成十进制数。

解:将每一位二进制数乘以位权，然后相加，可得10011.101=1×2⁴+0×2³+0×2²+1×2¹＋1×2⁰＋1×2^-1+0×2^-2+1×2-3 = (19.625)d

十进制转二进制

问题：将十进制数23转换成二进制数。

解:用“除2取余”法转换

小数转二进制用×2取1法
(23)D=(10111)B

二进制与十六进制间的转换
（1101 1011）B=(d b)H
注：四个二进制数表示一个十六进制数

进制对应表

BCD码

BCD码一一用二进制代码来表示十进制的0~9十个数。
至少要用4位二进制数。

四、数字电路中的二级管与三级管

4.1 二级管

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二极管的静态特性

(1)加正向电压时，二极管导通，管压降电压可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。

(2加反向电压时，二极管截止，反向电流可忽略。二极管相当于一个断开的开关。

二极管的动态特性

当给二极管一个方波信号时，波形如下：

反向恢复时间,就是存储电荷消散所需要的时间，也就是从负电平变为正电平需要的时间。

4.2 三级管

三级管的三种工作状态：

截止区

当V_I小于三极管发射结死区电压时，I_B=I_CB约等于0，I_C=I_CE约等于0,V_CE约等于V_CC，三极管工作在截止区，对应图中的A点。

三极管工作在截止状态的条件为:发射结反偏或小于死区电压

放大区
当V_I为正值且大于死区电压时，三极管导通。有

此时，若调节R_B↓，则I_B↑，I_C，V_CE↓，工作点沿着负载线由A点→B点→C点→D点向上移动。在此期间，三极管工作在放大区，

其特点为 I_C=βI_B。

三极管工作在放大状态的条件为:发射结正偏，集电结反偏

饱和区
饱和状态:V_I不变，继续减小R_b，当V_CE=0.7V时，集电结变为零偏，称为临界饱和状态，对应E点。此时的集电极电流用I_CS表示，基极电流用I_BS表示，有:

再减小R_b，I_B会继续增加，但I_C不会再增加，三极管进入饱和状态。饱和时的V_CE电压称为饱和压降V_CES，其典型值为:V_CES约等于0.3V。

三极管工作在饱和状态的电流条件为:I_B >I_BS

电压条件为:集电结和发射结均正偏

五、逻辑运算

5.1 逻辑与

相当于的电路如下：

假设开关闭合=“1”，开关不闭合=“0”，灯亮，L=1灯不亮，L=0。
就可以构成下图：

转换为真值表为：

因此逻辑与的逻辑是：
只有当一件事情的条件全部具备之后，这件事情才会发生。

5.2 逻辑或

相当于的电路如下：

得出事件表与真值表为：


当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事情就发生。

5.3 非

相当于的电路如下：

得出事件表与真值表为：

某事情发生否，仅取决于一个条件，而且是对该条件的否定。即条件具备时事情不发生;条件不具备时事情才发生。

5.4 符合逻辑电路

与非

或非


异或


同或

5.5 基本公式

5.6 基本规则

代入规则
任何一个含有某变量的等式，如果等式中所有出现此变量的位置均代之以一个逻辑函数式，则此等式依然成立。

2.反演规则
对于任意一个逻辑函数式F，做如下处理:

• 若把式中的运算符“·”换成“+”，“+”换成“·”
• 常量“0”换成“1”，“1”换成“0”;
• 原变量换成反变量，反变量换成原变量
  

3.对偶规则

• 若把式中的运算符“·”换成“+”，“+”换成“·”;
• 常量“0”换成“1”，“1”换成“0”
• 得到新函数式为原函数式F的对偶式F’。
• 如果两个函数式相等，则它们对应的对偶式也相等。即若F1=F2则F1’=F2’。

5.7 逻辑函数的表达方式

定义: 输入逻辑变量和输出逻辑变量之间的逻辑关系。

特点:输入变量和输出变量只有逻辑0、逻辑1两种取值。

表示方法：

真值表：

逻辑表达式：

逻辑图：

时序图：

逻辑函数的互相转换
真值表→表达式→逻辑图
逻辑图→表达式→真值表

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