康华光《电子技术基础-数字部分》（第5版）笔记和课后习题（含考研真题）详解

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内容简介
目录
第1章　数字逻辑概论
　1.1　复习笔记
　1.2　课后习题详解
　1.3　名校考研真题详解
第2章　逻辑代数与硬件描述语言基础
　2.1　复习笔记
　2.2　课后习题详解
　2.3　名校考研真题详解
第3章　逻辑门电路
　3.1　复习笔记
　3.2　课后习题详解
　3.3　名校考研真题详解
第4章　组合逻辑电路
　4.1　复习笔记
　4.2　课后习题详解
　4.3　名校考研真题详解
第5章　锁存器和触发器
　5.1　复习笔记
　5.2　课后习题详解
　5.3　名校考研真题详解
第6章　时序逻辑电路
　6.1　复习笔记
　6.2　课后习题详解
　6.3　名校考研真题详解
第7章　存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列
　7.1　复习笔记
　7.2　课后习题详解
　7.3　名校考研真题详解
第8章　脉冲波形的变换与产生
　8.1　复习笔记
　8.2　课后习题详解
　8.3　名校考研真题详解
第9章　数模与模数转换器
　9.1　复习笔记
　9.2　课后习题详解
　9.3　名校考研真题详解
第10章　数字系统设计基础
　10.1　复习笔记
　10.2　课后习题详解
　10.3　名校考研真题详解
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内容预览
第1章　数字逻辑概论
1.1　复习笔记
一、模拟信号与数字信号
1．模拟信号和数字信号
（1）模拟信号
在时间上连续变化，幅值上也连续取值的物理量称为模拟量，表示模拟量的信号称为模拟信号，处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。
（2）数字信号
与模拟量相对应，在一系列离散的时刻取值，取值的大小和每次的增减都是量化单位的整数倍，即时间离散、数值也离散的信号。
表示数字量的信号称为数字信号，工作于数字信号下的电子电路称为数字电路。
（3）模拟量的数字表示
①对模拟信号取样，通过取样电路后变成时间离散、幅值连续的取样信号；
②对取样信号进行量化即数字化；
③对得到的数字量进行编码，生成用0和1表示的数字信号。
2．数字信号的描述方法
（1）二值数字逻辑和逻辑电平
在数字电路中，可以用0和1组成的二进制数表示数量的大小，也可以用0和1表示两种不同的逻辑状态。
在电路中，当信号电压在3.5～5 V范围内表示高电平；在0～1.5 V范围内表示低电平。以高、低电平分别表示逻辑1和0两种状态。
（2）数字波形
①数字波形的两种类型
非归零码：在一个时间拍内用高电平代表1，低电平代表0。
归零码：在一个时间拍内有脉冲代表1，无脉冲代表0。
②周期性和非周期性
周期性数字波形常用周期T和频率f来描述。脉冲波形的脉冲宽度用

表示，所以占空比

③实际数字信号波形
在实际的数字系统中，数字信号并不理想。当从低电平跳变到高电平，或从高电平跳到低电平时，边沿没有那么陡峭，而要经历一个过渡过程。图1-1为非理想脉冲波形。

图1-1 非理想脉冲波形
④时序图：表示各信号之间时序关系的波形图称为时序图。
二、数制
1．十进制
以10为基数的计数体制称为十进制，其计数规律为“逢十进一”。
任意十进制可表示为：

式中，

可以是0～9中任何一个数字。
如果将上式中的10用字母R代替，则可以得到任意进制数的表达式：

2．二进制
（1）二进制的表示方法
以2为基数的计数体制称为二进制，其只有0和1两个数码，计数规律为“逢二进一”。
任意二进制可表示为：

，即二进制数转换为十进制数的转换公式。
式中，

可以是0或1。
（2）二进制的优缺点
①优点：二进制的数字装置简单可靠，所用元件少；基本运算规则简单，运算操作方便。
②缺点：用二进制表示一个数时，位数多。
（3）二进制数的波形表示
二值数据常用数字波形来表示，用高、低电平表示1、0。
（4）二进制数据的传输
二进制数据从一处传输到另一处，可以采用串行或并行的方式：
①串行传输是逐位传送，所需设备简单，但速度相对较慢。
②并行传输是一组数据同时传送，传输速度快，但需要的传输线和部件较多。
3．十-二进制之间的转换
（1）整数部分
将十进制整数每除以一次2，就可根据余数得到二进制数的1位数字。因此，只要连续除以2直到商为0，就可由所有的余数求出二进制数。
以十进制数(37)D转换为二进制数为例。
（2）小数部分
将十进制小数乘以2，每次除去上次所得积中的整数所剩的小数再乘以2，直到满足误差要求进行“四舍五入”为止。
以十进制数(0.706)D转换为二进制数为例。





　


4．十六进制和八进制
（1）十六进制
以16为基数的计数体制称为十六进制，分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其计数规律为“逢十六进一”。
（2）十六-二进制之间转换
以小数点为基准，整数部分从右到左每4位一组，不足4位的在高位补0；小数部分从左到右每4位一组，不足4位的在低位补0。每4位一组的二进制数就表示1位十六进制数。
以二进制数(01011110.10110010)2转换为十六进制数为例。

十六进制转换为二进制，将每位十六进制数用4位二进制数代替即可得到相应的二进制数。
（3）八进制
以8为基数的计数体制称为八进制，其计数规律为“逢八进一”。
任意八进制可表示为：

。
（4）八-二进制之间转换
可将3位二进制数分为一组，对应于1位八进制数。
以二进制数(010011.101010)2转换为八进制数为例。

（5）其他进制间转换
十进制数转换为十六进制数，可先将十进制数转换为二进制数，再由二进制数转换为十六进制数。十进制、二进制、八进制及十六进制之间的关系对照如表1-1所示。
表1-1 几种数制之间的关系对照表

三、二进制数的算术运算
1．无符号二进制数的算术运算
（1）二进制加法
无符号二进制数的加法规则：0+0=0，0+1=1，1+1=10，方框中的1为进位数。
（2）二进制减法
无符号二进制数的减法规则：0-0=0，1-1=0，1-0=1，0-1=11，方框中的1为借位数。
（3）乘法运算和除法运算
①乘法运算是由左移被乘数和加法运算组成的；
②除法运算是由右移被除数和减法运算组成的。
2．带符号二进制数的减法运算
负数的运算需要用有符号的二进制数表示。在定点运算的情况下，二进制数的最高位表示符号位，其中，0表示正数，1表示负数，其余部分为数值位。
将负数用补码表示，以便将减法运算变为加法运算。
（1）二进制数的补码表示
补码或反码的最高位为符号位，其中，0表示正数，1表示负数。
当二进制数为正数时，其补码、反码与原码相同。
当二进制数为负数时，将原码的数值位逐位求反，然后在最低位加1得到补码。
对于n位带符号的二进制数的原码、反码和补码的数值范围分别为：
原码

反码

补码

（2）二进制补码的减法运算
二进制数减法运算的原理是减去一个正数相当于加上一个负数，即A-B=A+(-B)，对（-B）求补码，然后进行加法运算。
二进制补码的加法运算应注意被加数补码与加数补码的位数相等，即让两个二进制数补码的符号位对齐。
乘法和除法可以采用移位和加法或减法的组合完成。
（3）溢出
当运算结果超出了数值位表示的范围时就会产生溢出。
解决办法：进行位扩展
溢出的判断：当最高位的进位与和数的符号位相反时，运算结果是错误的，产生溢出。
四、二进制代码
1．二-十进制码
用4位二进制数表示1位十进制数中0～9，简称BCD码。
（1）8421BCD码
有权码，即0000（0）～1001（9），高位到低位的权分别为8、4、2、1。
（2）2421码
有权码，高位到低位的权分别为2、4、2、1。
（3）5421码
有权码，高位到低位的权分别为5、4、2、1。
（4）余3码
自补码，也是无权码，每一位没有权值，但其编码可以由8421码加3（0011）得出。
（5）余3循环码
无权码，任意两个相邻代码之间仅有1位取值不同。可以看成是将格雷码首尾各3种状态去掉而得。
2．格雷码
格雷码是一种无权码，它也具有相邻性，即两个相邻代码之间仅有1位取值不同，因而常用于将模拟量转换成用连续二进制数序列表示数字量的系统中。
3.ASCII码
ASCII码是目前国际上最通用的一种字符码。它是用7位二进制码来表示128个十进制数、英文大小写字母、控制符、运算符及特殊符号。
五、二值逻辑变量与基本逻辑运算
当0和1表示逻辑状态时，两个二进制数码按照某种指定的因果关系进行的运算称为逻辑运算。
1．与运算
只有当一件事的几个条件全部具备之后，这件事才发生。这种关系称为与逻辑，如图1-2所示。

图1-2 与逻辑运算
(a)电路图 (b)矩形符号 (c)特异形符号
2．或运算
只要一件事情的几个条件中有一个条件得到满足，这件事就会发生。这种关系称为或逻辑，如图1-3所示。

图1-3 或逻辑运算
(a)电路图 (b)矩形符号 (c)特异形符号
3．非运算：一件事情的发生是以其相反的条件为依据。这种逻辑关系称为非逻辑，如图1-4所示。

图1-4　 非逻辑运算
(a)电路图 (b)矩形符号 (c)特异形符号
4．几种常用的逻辑运算
（1）与非：由与运算和非运算组合在一起，其符号如图1-5所示。
（2）或非：由或运算和非运算组合在一起，其符号如图1-6所示。
（3）异或：当两个输入信号相同时，输出为0；当两个输入信号不同时，输出为1，其符号如图1-7所示。
（4）同或：当两个输入信号相同时，输出为1；当两个输入信号不同时，输出为0，其符号如图1-8所示。

　 　

图1-5 与非逻辑符号图1-6 或非逻辑符号
(a)矩形符号 (b)特异形符号　 (a)矩形符号 (b)特异形符号

　

图1-7 异或逻辑符号　图1-8 同或逻辑符号
(a)矩形符号 (b)特异形符号 (a)矩形符号 (b)特异形符号
六、逻辑函数及其表示方法
1．真值表
将输入变量所有取值对应的输出值找出来，列成表格，即可得到真值表。
2．逻辑表达式
用与、或、非等运算组合起来，表示逻辑函数和逻辑变量之间关系的逻辑代数式。
3．逻辑图
用与、或、非等逻辑符号表示逻辑函数中各变量之间的逻辑关系所得到的图形称为逻辑图。
4．波形图
用输入端在不同逻辑信号作用下所对应的输出信号的波形图，表示电路的逻辑关系。
上述四种不同的表示方法所描述的是同一逻辑函数，因此它们之间有着必然的联系，可以从一种表示方法，得到其他表示方法。

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