包含数电学习辅导、习题解答、自测卷子及其答案。希望大家好好学习数电！
目录 第一部分数字电子技术基础课程的特点和学习方法 第二部分各章内容的重点难点释疑和解题方法 第一章数制和码制 ……………6第五章半导体存储电路…………70 1.1本章重点内容…… 5.1本章重点内容……………………70 1.2难点释疑 ………6 52难点释疑 1.3习题类型与解题方法 53习题类型与解题方法…… 第二章逻辑代数基础 第六章时序逻辑电路 21本章重点内容…………………13 6.1本章重点内容………………87 22难点释疑 6.2难点释疑…897 23习题类型与解题方法… 63习题类型与解题方法… 第三章门电路 …………31第七章脉冲波形的产生和整形电路…107 3本章重点内容…………………3171本章重点内容… 32难点释疑…………… 7.2难点释疑…………………………107 3.3习题类型与解题方法…………39 7.3习题类型与解题方法…… 第四章组合逻辑电路……………52第八章数/模和模/数转换……126 4.1本章重点内容 81本章重点内容…………………126 4.2难点释疑 82难点释疑… 126 43习题类型与解题方法…………583习题类型与解题方法…29 第三部分《数宇电子技术基础(第六版)》习题解答 第一章习题解答… 第五章习题解答 第二章习题解答 ……………160第六章习题解答…………………260 第三章习题解答………………186第七章习题解答……… 第四章习题解答…………203第八章习题解答……… 第四部分自测试卷及答案 试卷1 试卷4答案…… …:350 试卷1答案………………………324试卷5… +···· 355 试卷2 试卷5答案 …………………357 试卷2答案 ………332试卷6… “··““363 试卷3 试卷6答案 第一部分 试卷3答案…………………340试卷7… 373 试卷4 347 试卷7答案……………¨¨¨ 数字电子技术基础课程的特点 和学习方法 2第一部分数字电子技术基础课程的特点和学习方法 第一部分数字电子技术基础课程的特点和学习方法3 数字电子技术基础是一门关于电子技术应用的技术基础课程。它除了具备技术基础课程的 采用的是理想器件模型和标准参数,与实际使用器件的参数同样可能存在差异,所以也需要通过 一般性特点(具有自身比较完整的理论体系,而且是许多后续课程的公共基础)以外,还具有实 实验测试对设计结果进行检验。如果达不到设计要求,也需要对设计结果进行修正。因此,学习 践性很强的特点。由于课程内容涉及的许多具体电子电路都可以作为最终的实用电路或者工业 并掌握数字电子电路基本的实验调试方法和实验操作技能,是数字电子技术基础课程教学要求 产品,所以它不是一门纯理论性质的技术基础课程。 的重要组成部分 针对上述特点,建议在学习这门课程的过程中注意以下几点: 此外,通过做实验也有助于加深对所学理论知识的理解。因此,各高校在开设数字电子技术 基础课程时,除了理论教学内容以外,都配有相应的实验教学内容。 、掌握学习的重点。 在使用大规模集成的可编程逻辑器件设计数字电路时,必须使用EDA的设计手段。随着可 数字电子技术的应用是一个十分浩瀚的领域。不仅花样繁多的“数码”产品随处可见,而且 编程逻辑器件日益广泛地应用,EDA技术已经成为从事数字系统设计的技术人员必须掌握的一 数字电子电路也是各行各业使用的许多重要仪器和设备中不可缺少的组成部分,甚至是核心 种技术。对于在PLD编程过程中需要使用的编程软件和硬件描述语言等设计工具,也只有通过 部分。 在设计实践中反复使用,才能很好地掌握它们。 不难想象针对不同用途而设计制作的数字电子电路是层出不穷的。我们不可能、也不需要 去逐个分析和研究它们。但是它们所涉及的基本概念、基本原理、分析方法和设计方法却是共同 的。只要掌握了这些基本的原理和方法,我们就能够分析给出任何一种数字电路;也能够根据要 求实现的逻辑功能设计出相应的逻辑电路。因此,应当把教材中讲述的数字电子技术基本概 念基本原理、分析方法和设计方法作为重点学习的内容。 教材中也较为深入地介绍了目前使用的各类数字集成电路的特性。其目的在于帮助读者学 习并掌握这些器件的正确使用方法,而不在于研究器件本身的设计和制作。因此,学习的重点应 当放在掌握它们的外部特性(包括实现的逻辑功能以及输入端、输出端的电气特性—亦即表 示电压与电流关系的所谓“外特性”)和使用方法上。 为了能够正确理解和运用这些集成电路的外特性,需要熟悉它们的输入电路和输出电路的 结构以及这些电路结构的工作原理。至于集成电路内部的详细结构和工作过程不是本课程的重 点学习内容,更不需要去记忆那些中、大规模集成电路内部的逻辑图。 二、要学会运用工程近似的方法处理工程实际问题。 实际的工程技术问题往往是比较复杂的,影响的因素很多。在满足精度要求的条件下经常 采用工程近似的分析、设计方法处理这些问题,即忽略次要因素,使问题简化,以得到可以满足工 程要求的近似分析、计算结果。 在数字电子电路中,无论半导体二极管、三极管还是数字集成电路,即使是同一型号的器件 在电气特性上都存在一定的分散性(即允许器件的电气参数与标准值之间有一定范围内的差 异)。同时,用于表示逻辑状态的高低电平也有一个允许的变化范围(即所谓“噪声容限”)。因 此,在分析计算电路的逻辑电平时,很适合于采用近似计算方法。当然,近似的方法必须合理,才 能保证计算结果的误差在允许范围之内。 三、要重视实验调试能力的培养和EDA工具的使用。 由于在设计、计算过程中往往会采用一些工程近似的计算方法,而且选用的电子器件在电气 特性上又存在着分散性,所以通过理论计算得到的设计结果还必须经过对实际电路的测试来检 验。如果达不到设计要求,可以通过实验调试进行修正。 采用EDA手段完成的设计,虽然采用了精确的器件模型和计算方法,但由于通常在计算时 第二部分 各章内容的重点、难点 解题方法 第一章数制和码制7 第一章数制和码制 以确定哪一个作为被减数、哪一个作为减数。然后,让绝对值大的一个数减去绝对值小的一个 数。这不仅需要用到比较电路和减法运算电路,而且运算过程也较复杂,影响运算速度 我们在第二章中已经详细说明了,两个二进制数之间的减法运算可以用它们的补码相加实 现。虽然这需要先求取两个数的补码,但产生补码的电路很简单,而且求取补码和两个数相加的 操作可以合并为一步完成 11本章重点内容 图1-2-1是一个采用补码运算的加法运算电路原理图。这个电路是在加法器的基础上附 加了一组异或门C,~C3而形成的。它既可以完成加法运算M+N,又可以完成减法运算M-N 、不同数制之间的转换 、原码、反码、补码的定义和相互转换的方法 三、二进制数的补码运算 1.2难点释疑 G, G2 G,. Bo BB, B, Ao A Ay 为什么在数字电路中要采用二进制补码进行两个数值的加、减运算? 四位全加器 、首先,要回答为什么一定要采用二进制,而不是我们日常生活中熟悉的 十进制。 由于一位二进制数只有1和0两个数值,可以用一个开关电路输出的高电平和低电平表示, 52 所以用于表示1位二进制数值的单元电路结构非常简单,而且对电源电压的稳定度要求也比较 低。因为只要能够正确区分出1和0两个不同状态,允许高、低电平在一定范围内波动,也就是 图1-2-1采用补码运算的加法运算电路 说有一个允许的”噪声容限”。例如在采用5V电源电压系列的CMOs电路中,以44V表示1, 当两个数正数M(m,m2mm0)和N(n、n2n1n)相加时,情况比较简单。因为在正常工作情况 以05V表示0。若噪声容限为电源电压的30%,那么只要由于电源电压的波动、电路参数的变 下,和数S(s125150)不允许超出111,不会有进位输出,所以CO=0。同时,N为正数,它的符号 化以及外界的干扰导致输出电压的变化不超过1.5V,电路都能正常工作。 位nr=0。因此,最后的进位输出信号S;=0,表示S为正数 如果采用十进制就要求每个单元电路能够给出十个不同电压等级的输出信号,以代表0-9 当M为正数、N为负数时,n,=1,经过G1~G4反相后,得到n3n2n1n0的反码,并加到加法器 个数值。不难想象组成这样一个单元电路是很困难的。至今尚未见有人设计出可以实际使 的输入端上。同时,n加到加法器的进位输入端,实现“加1”运算。这样就实现了M-N的运 用的十进制单元电路。而且,即使有这样的单元电路,在工作过程中无论对电源电压稳定度的要 算。在M的绝对值大于N的绝对值时,CO=1,S,=0,表示和数为正;在M的绝对值小于N的绝 求,还是对电路参数精度和稳定性的要求都是比较高的。例如,同样也采用5V的电源电压,则 对值时,CO=0,S,=1,表示和数为负。 需要将输出电压划分为10个等级用来表示0-9。这时每个电压等级之间相差将不到05V 可见,用补码相加进行减法运算不仅运算电路结构简单,而且运算可以一步完成。 如果由于电源电压波动电路参数变化以及外界干扰使输出电平的变化接近0.5V,则输出电压 所表示的数值就可能发生错误。 13习题类型与解题方法 鉴于以上原因,目前在几乎所有的数字电路(包括各种数字计算机)中,都采用二进制而不 采用十进制。 这一章的习题在内容上有三种主要类型;不同数制间的转换,原码、反码、补码间的转换, 虽然在有些数字电路的应用中有时也会提及“十进制”运算,其实只不过是用4位二进制数 进制数的补码运算。 当中的十个状态表示十进制数的十个状态而已,本质上仍然是在用二进制数进行运算。 、不同数制间的转换 二、为什么二进制算术运算要采用补码运算? 1.将任意进制数转换为等值的十进制数 如果两个正数相加,则比较简单,用第四章中所讲的加法器电路就可以完成了。但如果是两 解题方法和步骤: 个数相减(也就是两个不同符号的数相加)情况就不同了。首先必须比较两个数绝对值的大小, 利用公式 8第二部分各章内容的重点难点释疑和解题方法 第一章数制和码制9 D=∑k,N (1-3-1) 将上面得到的乘积的小数部分再乘以2,所得乘积的整数部分即k2; 即可将任何进制的数转换为等值的十进制数。上式中的N为以十进制数表示的计数进位的基 将上面得到的乘积的小数部分再乘以2,所得乘积的整数部分即k 数,k为第i位的系数它可以是0-N中的任何一个整数。若整数部分有n位,小数部分有m 依此类推,直到求出要求的位数为止,就得到了等值的二进制数。 位则i将包含从n-1到0的所有正整数和从-1到-m的所有负整数。 【例1-3-2】将十进制数(27369)转换为等值的二进制数。小数部分要求保留4位有效数字 对于整数部分为n位、小数部分为m位的二进制数(N=2),则得到等值的十进制数为 解:首先进行整数部分的转换 D=∑k.2 2L273………余数=1=k =k,2+k,22+…+k02°+k 2+k22+…+k2m (1-3-2) 2|136 余数=0=k 其中每一位的系数k可能是1或0 2L68 余数=0=k2 对于整数部分为n位小数部分为m位的八进制数(N=8),则得到等值的十进制数为 2|34 余数=0=k3 D=∑k8 余数=1=k =k.,8+k,82+…+k8°+k.,84+…+k.8 (1-3-3) 2|8 ……余数=0=k 其中每一位的系数k,可能是0-7当中的某个数值。 2L4………余数=0=k 对于整数部分为n位小数部分为m位的十六进制数(N=16),则得到等值的十进制数为 2L2…1数=0=k D=∑k,1 余数=1=k =k,16°+k,:16“2+…+616+k1652+…+kn16 (1-3-4) 式中每一位的系数k的取值可能是0-15当中的某一数值。 故整数部分等值的二进制数为(100010001)2 例1-3-1】]将下面给出的二进制、八进制和十六进制数转换为等值的十进制数。 其次进行小数部分的转换 (1)(10.01)2;(2)(36.27)g;(3)(4A.BD) 0.69 解 (1)根据式(1-3-2)得到 (1101.011)2=1×23+1×22+0×2+1×2°+0×21+1x22+1×23 1.38…数部分=1=k1 0.38 =8+4+1+0.25+0.125=(13.375)0 (2)根据式(1-3-3)得到 2 (36.27),=3×8+6×8°+2×8+7×82 0.76 …整数部分=0=k2 =24+6+0.25+0.11=(30.36) 0.76 (3)根据式(1-3-4)得到 2 (4A.BD)16=4x16+10×16°+11×16+13×162 …整数部分=1=ky =64+10+0.69+0.05=(74.74)10 0.52 2.将十进制数转换为等值的二进制数 解题方法和步骤: 若十进制数包含整数和小数则整数部分和小数部分需按不同方法分别进行转换。 1.04…………整数部分=1=k. (1)整数部分的转换 于是得到小数部分的转换结果为(0.1011)2。 将十进制数除以2,所得余数即二进制数的k 总的转换结果为(273.69)0=(1000100011011)2 将上面得到的商再除以2,所得余数即二进制数的k1; 3.二进制与八进制和十六进制间的互相转换 将上面得到的商再除以2,所得余数即二进制数的k2; 解题方法和步骤 依此类推,直到所得商等于0为止,就得到了等值的二进制数。 在将二进制数转换为八进制数时,首先将二进制数的整数部分从最低位向高位每3位划分 (2)小数部分的转换 为一组,同时将二进制数的小数部分从最高位向低位每3位划分为一组,然后将每一组代之以等 将十进制数的小数乘以2,所得乘积的整数部分即k; 值的八进制数,就得到了所求的转换结果。 10第二部分各章内容的重点、难点释疑和解题方法 第一章数制和码制11 在将二进制数转换为十六进制数时首先将二进制数的整数部分从最低位向高位每4位划分 【例1-3-4】写出二进制数+1010和-0101的原码、反码和补码。 为一组同时将二进制数的小数部分从最高位向低位每4位划分为一组,然后将每一组代之以等值 解:+1010的原码应写成01010,反码和补码与原码相同,也是01010。 的十六进制数就得到了所求的转换结果。 -0101的原码是10101,反码是11010,补码是11011。 相反地在将八进制数转换为二进制数时,只需将八进制数的每一位代之以等值的3位二进 制数并按原来的顺序排列起来就行了 三、二进制数的补码运算 同理在将十六进制数转换为二进制数时,只需将十六进制数的每一位代之以等值的4位二 在数字计算机中,为了简化运算器的电路结构,是用补码相加完成两数相减(不同符号两个 进制数并按原来的顺序排列起来就行了。 数的代数和)运算的。 【例1-3-3】试将二进制数(101100101011转专换为等值的八进制和十六进制数。 解题方法和步骤: 解:将给定的二进制数整数部分从右到左每3位分成一组、小数部分从左到右每3位分成一 (1)将两个带符号的加数写成补码形式。 组然后将每组用等值的八进制数代替得到等值的八进制数为 (2)将这两个补码按二进制加法相加,即得补码形式的和。 (1011001011.0110111)2 两数的符号位和来自数值部分的进位相加,所得结果就是和的符号位。 这里需要注意两点。第一,补码相加的和仍为补码,当符号位为1时,和为负数,这时的数值 部分不是这个数的绝对值。第二,将两数写成补码时,数值部分所取的位数必须足以表示和的最 整数部分最左边一组的10应视为010,小数部分最右边的一组1应视为100,即不够3位时 大绝对值,否则计算结果将出现错误。 【例1-3-5】试用补码运算的方法计算下面各式 以0补足3位。 (1)1101+0101;(2)1110-0111;(3)011110;(4)-1011-1010 将二进制数的整数部分自右向左每4位分成一组,同时将小数部分自左向右每4位分成 解 组,然后将每组代之以等值的十六进制数则得到 (1)因两数相加之和的绝对值为10010,所以补码的数值部分至少应取5位。加上1位符号 (10111001011.0110111): 位,补码一共为6位。于是得到两数的补码相加结果 001101 6E)1 00101 整数部分最左边一组的101应视为0101,小数部分最右边一组的11应视为110,即不够4 010010 位时以0补足4位。 和的符号位仍为0,表示和为正数(+18) 4.将十进制数转换为等值的八进制和十六进制数 (2)因两数符号不同,和的绝对值一定小于加数当中绝对值较大一个的绝对值,所以补码的 转换方法和步骤 数值部分不需要增加位数。由此可得两数的补码相加结果 (1)首先将十进制数转换为等值的二进制数。 01110 (2)再将得到的二进制数转换为等值的八进制和十六进制数。 +11001 二、原码、反码、补码之间的转换 00111 在数字电路中是用加在二进制数绝对值前面的符号位表示正、负数的。习惯上用符号位的 和的符号位为0表示和为正数 0表示正数用符号位的1表示负数。用这种表示方法得到的数码叫做原码。 (3)同上,因两数异号,所以补码的数值部分取4位即可。两数的补码相加结果为 00111 同时还规定,正数的反码和补码与原码相同,所以正数不存在需要转换的问题。 10010 1.从负数的原码求反码和补码 解题方法和步骤 1100 (1)保持符号位的1不变,将数字部分的每一位求反(1改为0,0改为1),就得到了反码。 和的符号位为1,表示和为负数。 (2)在反码的末位上加1,即得到补码。 如果将和的补码再求补,则得到和的原码为10111-7) 2.从负数的补码求原码 (4)因两数绝对值之和为5位二进制数10101,所以补码的数值部分至少需要用5位表示。 因为“补码的补码等于原码”,所以将补码再求补,得到的就是原码。 加上一位符号位以后,补码一共为6位。由此可得到两数原码和补码为 12第二部分各章内容的重点、难点释疑和解题方法 原码 补码 第二章逻辑代数基础 l01011 110101 101010110110 将上面的两个补码相加后得到 110110 2.1本章重点内容 101011 和的符号位为1表示和为负。 、逻辑代数的基本公式、常用公式和定理。 如果将和的补码再求补码,就得到和的原码为110101(-21)10 二、逻辑函数的描述方法(真值表、逻辑式、逻辑图、波形图、卡诺图)及相互转换的方法。 三、最小项的定义及其性质,逻辑函数的最小项之和表示法 四、逻辑函数的化简方法(公式化简法和卡诺图化简法)。 五、无关项在化简逻辑函数中的应用。 22难点释疑 什么是约束项、任意项和无关项? 首先需要强调说明的是约束项和任意项是两个不同的概念。然而,在有些教材和书籍中没 有将这两个概念明确地加以区分 我们在分析一个逻辑函数时经常会遇到这样一类情况,就是输入逻辑变量的某些取值始 终不会出现。因此,在这些取值下等于1的那些最小项,也将始终为0。这些取值始终为0的 最小项,就叫做该函数的约束项。 在《数字电子技术基础(第六版)》第2.7节中,我们是通过图2-2-1的实例来说明约束 项的概念的。该例要求设计一个逻辑电路,用水箱中水位高度的检测信号A、B、C控制两个水 泵M和M的启、停工作状态(见图2-2-1)。如果用Y1和Y。分别表示两个水泵的工作状 态,则Y和为A、B、C三个变量的逻辑函数。假定水位高于A、B、C中的任何一个检测点时 给出的检测信号为1,水位低于任何一个检测点时给出的检测信号为0.则水箱工作过程中 ABC的取值只可能出现100、110、11l和000这四种状态,而不可能出现001、011、101和010 这四种状态,因为水位水远不会高于B或C而同时又低于A。因此,与ABC的取值001、011、 101和010对应的四个最小项AB'C、ABC、ABC和ABC将水远是0,这四个最小项就是Y 和Y的约束项。 既然在逻辑函数的工作过程中约束项的值永远是0,那么我们就可以在Y和y的逻辑函 数式中加上这些约束项,也可以不加上这些约束项,而不影响Y和y的取值。也就是说Y1和 Ys的取值与是否加上了约束项没有关系,因此约束项又是逻辑函数式中的无关项。 在分析和设计逻辑电路时还可能遇到另外一种情况,就是在输入变量的某些取值下,无论 逻辑函数值等于1还是0,对电路的逻辑功能都没有影响。在这些变量取值下等于1的那些最 小项,就叫做这个逻辑函数的任意项。