《数字电子技术与仿真》刘海珊，李洪芹|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《数字电子技术与仿真》

【作　者】刘海珊，李洪芹

【丛书名】新工科人才培养.电气信息类应用型系列规划教材

【页 数】 234

【出版社】 北京：中国铁道出版社 , 2021.01

【ISBN号】978-7-113-27456-6

【分 类】数字电路-电子技术-高等学校-教材

【参考文献】 刘海珊，李洪芹. 数字电子技术与仿真. 北京：中国铁道出版社, 2021.01.

图书封面：

图书目录：

《数字电子技术与仿真》内容提要：

本教材是电气信息类专业平台课，通过电子技术的基本理论和基本知识的学习，还能帮助读者为今后着手进行中大规模数字电路或数字系统的设计打下坚实的理论基础。本书内容安排采用先“逻辑”后“电路”的次序，首先讲解数制、码制和逻辑代数等基础知识，接着重点讲解组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计方法，再介绍触发器、时序逻辑电路的分析与设计、门电路与半导体存储器的电路结构、工作原理，数字电子电路及系统设计，并采用当今数字设计实验验证的新方法Proteus来描述仿真数字电路，生动形象、直观明了，易于理解。

《数字电子技术与仿真》内容试读

第1章

逻辑代数基础

☒引言

本章主要介绍数制和码制的基本概念和数字电路中常用的数制和编码，并重点讨论不同数制之间的转换方法。同时介绍了二进制数的基本运算和反码、补码的定义及运算。最后讨论了各种不同的编码方式。详细介绍了逻辑代数的基本运算、基本定律和基本运算规则，然后介绍逻辑函数的表示方法及逻辑函数的代数化简法和卡诺图化简法。逻辑代数有其自身独立的规律和运算法则，而不同于普通代数。

修内容结构

常用的数制

数制与码制不同数制之间的转换

码制

基本逻辑运算

逻辑运算组合逻辑运算逻辑代数的基本公式和基本规则

四种典型方式

逻辑代数基础

逻辑函数的表示方法各种表示方法之间的相互转换逻辑函数表达式的两种标准形式

公式法

逻辑函数的化简H卡诺图法

逻辑函数表达式形式的变换

学习目标

通过本章内容的学习，应该能够做到：

(1)熟练掌握数制和码制；

(2)灵活运用逻辑代数的基本公式和运算规则；

(3)学会逻辑函数的表示方法及其相互转换；

(4)熟练掌握逻辑函数表达式的两种标准形式；

(5)掌握逻辑函数的公式化简和卡诺图化简法，以及包含无关项的逻辑函数的化简；

(6)掌握逻辑函数表达式的四种类型及相互转换。

2

数字电子技术与仿真

1.1数制与码制

电子系统中的信号可以分为两大类：模拟量和数字量。模拟量是随时间连续变化的物理量。其特点是具有连续性。表示模拟量的信号称为模拟信号，工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。

数字量是时间、幅值上不连续的物理量。其特点是具有离散性。表示数字量的信号称为数字信号，工作在数字信号下的电子电路称为数字电子电路。数字信号通常用数码来表示，数码可以通过数制表示数值的大小，如二进制码、十进制码和十六进制码等。用数码通过码制来表

示不同的事物或事物的不同状态，码制是指不同的编码方式，如各种BCD码、循环码等。

1.1.1常用的数制

1.十进制数

十进制是最常见、最广泛使用的一种数制，可表示数的基本数符为0~9，是以10为基数的进位计数制。进位规则是“逢十进一，借一当十”。其中位权以基数为底，数位序数为指数的幂。

通常，一个整数数位为，小数数位为m的十进制数N可写成：

(N)0=(K-1×10-1+K.-2X10-2+…+K1×102+

K。×10°+K-1×101十…十K-mX10m)

(1-1)

=公(K×10)mm均为绝对值

比如：(328.013)1。=3×102+2×10+8×10°+0×10-1+1×102+3×10-3

小数点左起首位称整数部分位，其位权为10°=1

注意：

考虑到十进制数的特点，其分析过程起始位置的特殊性，此方法又称位置计数法，即从小数点处开始左右分析。

一个数码的进制表示，可用数字下标来表示，如(N)2表示二进制；(N)。表示十进制；

(N)g表示八进制；(N)1s表示十六进制。

有时也用字母作为下标，如(N)B表示二进制，B即Binary;(N)D表示十进制，D即Deci-mal;(N)o表示八进制，O即Octal;(N)H表示十六进制，H即Hexadecimal.

2.二进制数

二进制数可表示数的基本数符为0或1，是以2为基数的进位计数制。进位规则是“逢二进一，借一当二”。比如，两个一位二进制数1相加时，产生高位进位1，其结果为二进制数10。

第1章逻辑代数基础

1

+11

10

通常，一个整数数位为n,小数数位为m的二进制数N可写成：

(N)2=(B.X2-1+B。2X22+…+B:×2+B。X2°+

B1X11+…十BmX1m)0

=D,×2)

(1-2)

例如：(11011.11)2=1×24+1×23+0×22+1×21+1×2°+1×21+1×2-2

=16+8+0+2+1+0.5+0.25=(27.75)10

拓展知识：

计算机存储器的基本存储单位是存储单元，每个单元存放一字节二进制数。存储器由许多存储单元组成，各存储单元给予编号，称为存储地址，采用若干字节二进制表示。例如：

80X86CPU处理的信息以字节为单位。

一字节表示8位二进制数，其数值范围是00000000~11111111，即0~255：双字节表示16位二进制数，其数值范围是00…00~11…11，即0~65535；

四字节表示32位二进制数，其存储范围为0~22，约4GB:

八字节表示64位二进制数，其存储范围为0~24，性能优于32位。

3.十六进制数

十六进制数的基数是16，可表示数符为0~9、A~F,对应的十进制数为0~15，是多位二

进制数的一种简明表示形式。二进制整数从最低位（小数从最高位）起，每四位用一位十六进制数表示；若缺位，则用零补齐。

例如：(110110011)B=(000110110011)B=(1B3)H

(5FB.03)H=(010111111011.00000011)B

(F9AD)H=(1111100110101101)B

注意：

目前在计算机上常用的是8位、16位和32位二进制数表示和计算，由于8位、16位和32位二进制数都可以用2位、4位和8位十六进制数表示，故在编程时用十六进制书写非常方便。

不同进制数的对照表见表1-1。

表1-1不同进制数的对照表

十进制数

二进制

八进制

十六进制

00

0000

00

0

01

0001

01

1

02

0010

02

2

03

0011

03

3

04

0100

04

4

05

0101

05

5

06

0110

06

6

07

0111

07

7

第1章逻辑代数基础

5

0.5000

2

1.000…整数部分为1=k-4

故(0.8125)1o=(0.1101)2

一个十进制数既有整数又有小数，则分别转换后相加即可。参照上述计算结果则有：

(12.8125)。=(1100.1101)2

若小数乘2无法使尾数为零，则可根据精度要求求出足够位数。另外，无论整数部分还是小数部分，k,的取值顺序一定不能错。

2.十进制与八进制、十六进制之间的相互转换

数制转换实质就是将一个数从一种进位制转化为等值的另一种进位制。比如，将十进制转换为八进制、十六进制，对于整数部分和小数部分分别采取与前述十进制转二进制相同的方法。整数部分转换除以基数8或16，得到的余数几位k,以此类推，反复将每次得到的商除以基数直到商为零，就可以得到整数部分的每一个系数。小数部分转换乘以基数8或16，所得乘积的整数部分即为k,以此类推，将每次乘以基数得到的乘积的小数部分再乘以基数，直到小数部分为零；或小数部分不为零，但已满足误差要求进行“四舍五入”为止。从而求出八进制或

十六进制小数部分的每一个系数。

反之，将二进制、八进制、十六进制转换为十进制，只需要按照前文所述内容按位权展开即可，求各位数值之和即可得到相应的十进制数。

3.二进制与八进制之间的相互转换

从表1-1中可以看到，每位八进制数均可用三位二进制数表示。故而，以小数点为界，将

二进制数的整数部分从低位开始，小数部分从高位开始，每三位一组，首（尾）位不足三位的补零，然后每组三位二进制数用一位八进制数表示。

例1.1将(11101.010101)2转换为八进制。

(011101.010101)

￥￥￥￥

=(35.25)8

反之，若将八进制转换为二进制，见例1.2。例1.2将(62.45)。转换为二进制。

(62.

4

5)8

=(110010.100101)2

4.二进制与十六进制之间的相互转换

由于二进制的位数比较多，不便于书写和记忆，通常可用十六进制数或者八进制数来描述

二进制数。从表1-1中可以看到，每位十六进制数均可用四位二进制数表示。故而，以小数点为界，将二进制数的整数部分从低位开始，小数部分从高位开始，每四位一组，首位不足四位的补零，然后每组四位二进制数用一位十六进制数表示。

6

数字电子技术与仿真

例1.3将(1011110.1011001)2转换为十六进制。

(01011110.10110010)2

=(5E.B2)H

反之，若将十六进制转换为二进制，见例1.4。

例1.4将(9F1C.04A)H转换为二进制。

(9F1C.04A)H

=(1001111100011100,000001001010)2

注意：

(1)二进制转换为十进制：一般直接按照公式直接展开即可。

(2)十进制转换为八进制（十六进制）：一般先把十进制转换为二进制，再转换为八（十

六)进制。

(3)八进制（十六进制）转换为十进制：先把八（十六）进制转换为二进制，再转换为十进制。

1.1.3码制

1.原码、反码和补码

各种数制都有原码、反码和补码之分。前面介绍的十进制数和二进制数都属于原码。二进制的反码和补码很重要，因为它们允许表达负数。

在数字电子计算机中，二进制数的正负号也用0和1表示，以最高位作为符号位，正数为0,负数为1。

例如：00100表示+4

10011表示-3

(01010111)2=(+87)10

符号位

(11010111)2=(+87)10

符号位

为了简化运算电路，在数字电路中两数相减的运算是用它们的补码相加来完成的。二进制数的补码是这样定义的：最高位为符号位，正数为0，负数为1；正数的补码和它的原码相同；负数的补码为原码的数值位逐位求反，然后在最低位上加1。

例如：计算(1001)2一(0101)2，根据二进制减法运算规则有：

1001

-0101

0100

在采用补码运算时，首先求出(1001)2和一(0101)2的补码，即正数的补码是符号位加数值位，正数的符号位为0，数值位为正数本身；负数的符号位为1，数值位为正数逐位求反后再加1，即

···试读结束···