數(shù)字邏輯經(jīng)典ppt系列之1-1

1、 1.1.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)字邏輯基礎(chǔ) 1.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào) 1.2 數(shù)制數(shù)制 1.3 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算 1.4 二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼 1.5 二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算 1.6 邏輯函數(shù)及其表示方法邏輯函數(shù)及其表示方法 1.1.1 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 1.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn) 1.1.3 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào) 1.1.4 數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法 1.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào) 1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展

2、及其應(yīng)用 1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào) 80年代后年代后- ULSI ， 1 0 億個(gè)晶體管億個(gè)晶體管/片片 、 ASIC 制作技術(shù)成熟制作技術(shù)成熟 目前目前- 芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米(0.130.09 m)量級(jí)量級(jí) 微處理器的時(shí)鐘頻率高達(dá)微處理器的時(shí)鐘頻率高達(dá)3GHz（109Hz） 90年代后年代后- 97年一片集成電路上有年一片集成電路上有40億個(gè)晶體管。億個(gè)晶體管。 6070代代-IC技術(shù)迅速發(fā)展：技術(shù)迅速發(fā)展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。 10萬(wàn)個(gè)晶體管萬(wàn)個(gè)晶體管/片。片。 將來(lái)將來(lái)- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結(jié)構(gòu)的電路

3、高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結(jié)構(gòu)的電路 發(fā)展特點(diǎn)發(fā)展特點(diǎn): :以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ) 電子管時(shí)代電子管時(shí)代 1906年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管 體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在 一些大功率發(fā)射裝置中使用一些大功率發(fā)射裝置中使用。 電壓控制器件電壓控制器件 電真空技術(shù)電真空技術(shù) 晶體管時(shí)代晶體管時(shí)代 電流控制器件電流控制器件 半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體技術(shù) 半導(dǎo)體二極管、三極管半導(dǎo)體二極管、三極管 器件器件 半導(dǎo)體集成電路半導(dǎo)體集成電路 電路設(shè)計(jì)方法電路設(shè)計(jì)方法伴隨器件變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代伴

4、隨器件變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代 a)a)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法： b)b)現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法：現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法： 采用自下而上的設(shè)計(jì)方法；由人工組裝采用自下而上的設(shè)計(jì)方法；由人工組裝, ,經(jīng)反復(fù)調(diào)試經(jīng)反復(fù)調(diào)試、驗(yàn)證驗(yàn)證、 修改完成修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差。所用的元器件較多，電路可靠性差, ,設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。 現(xiàn)代現(xiàn)代EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化。采用從上到下設(shè)計(jì)方技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化。采用從上到下設(shè)計(jì)方 法，電路設(shè)計(jì)法，電路設(shè)計(jì)、 分析、仿真分析、仿真 、修訂、修訂 全通過(guò)計(jì)算機(jī)完成全通過(guò)計(jì)算機(jī)完成。 EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基本工具、借助于軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，自動(dòng)完技術(shù)以計(jì)算機(jī)為

5、基本工具、借助于軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，自動(dòng)完 成數(shù)字系統(tǒng)的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到成數(shù)字系統(tǒng)的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到 芯片，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。使硬件設(shè)計(jì)軟件化。芯片，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。使硬件設(shè)計(jì)軟件化。 1、設(shè)計(jì)：、設(shè)計(jì)： 在計(jì)算機(jī)上利用軟件平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)上利用軟件平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì) 原理圖設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì) VerlogHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)語(yǔ)言設(shè)計(jì) 狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法 EDA（Electronics Design Automation)技術(shù)技術(shù) 3 3、下載、下載 2 2、仿真、仿真 4 4、驗(yàn)證結(jié)果、驗(yàn)證結(jié)果 實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)板 下載線下載線 數(shù)字技術(shù)數(shù)字技術(shù) 根

6、據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)則的不同，根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)則的不同， -數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。 從集成度不同從集成度不同 -數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、 超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。 從電路的形式不同，從電路的形式不同， -數(shù)字電路可分為集成電路和分立電路數(shù)字電路可分為集成電路和分立電路 從器件不同從器件不同 -數(shù)字電路可分為數(shù)字電路可分為TTL 和和 CMOS電路電路 1 1、數(shù)字集成電路的分類、數(shù)字集成電路的分類 1.1.2

7、、數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)、數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn) 可編程邏輯器件、多功能專用集成電可編程邏輯器件、多功能專用集成電 路路 106以上以上甚大規(guī)模甚大規(guī)模 大型存儲(chǔ)器、微處理器大型存儲(chǔ)器、微處理器10,00099,999超大規(guī)模超大規(guī)模 小型存儲(chǔ)器、門陣列小型存儲(chǔ)器、門陣列1009999大規(guī)模大規(guī)模 計(jì)數(shù)器、加法器計(jì)數(shù)器、加法器1299中規(guī)模中規(guī)模 邏輯門、觸發(fā)器邏輯門、觸發(fā)器最多最多12個(gè)個(gè)小規(guī)模小規(guī)模 典型集成電路典型集成電路門的個(gè)數(shù)門的個(gè)數(shù)分類分類 集成度集成度: :每一芯片所包含的門個(gè)數(shù)每一芯片所包含的門個(gè)數(shù) 2、數(shù)字集成電路的、數(shù)字集成電路的特點(diǎn)特點(diǎn) 1)電路簡(jiǎn)單電路簡(jiǎn)單, ,便于

8、大規(guī)模集成便于大規(guī)模集成, ,批量生產(chǎn)批量生產(chǎn) 2)可靠性、穩(wěn)定性和精度高可靠性、穩(wěn)定性和精度高, ,抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) 3)體積小體積小, ,通用性好通用性好, ,成本低成本低. . 4)具可編程性具可編程性, ,可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化 5)高速度高速度 低功耗低功耗 6)加密性好加密性好 3、數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測(cè)試數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測(cè)試 (1)數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析方法 數(shù)字電路的分析數(shù)字電路的分析: :根據(jù)電路確定根據(jù)電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。 (2) 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)

9、數(shù)字電路的設(shè)計(jì):從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫃慕o定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿?器件，設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路器件，設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路。 設(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)方式: :分為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和基于分為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和基于EDA軟件的設(shè)計(jì)方式。軟件的設(shè)計(jì)方式。 分析工具：分析工具：邏輯代數(shù)。邏輯代數(shù)。 電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。 -時(shí)間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號(hào)，如正弦波、三角波等時(shí)間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號(hào)，如正弦波、三角波等 u u O t O t u u 1.1.3 數(shù)字信號(hào)與數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)與數(shù)字

10、信號(hào) 數(shù)字信號(hào)波形數(shù)字信號(hào)波形 2 2、數(shù)字信號(hào)、數(shù)字信號(hào) -在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的信號(hào)。在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的信號(hào)。 3 3、模擬信號(hào)的數(shù)字表示、模擬信號(hào)的數(shù)字表示 由于數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、分析和傳輸，通常都將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換由于數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、分析和傳輸，通常都將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)為數(shù)字信號(hào). . 0 0 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器 3 3 V V 數(shù)字輸出數(shù)字輸出 0 0 0 0 1 1 模數(shù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn) 電壓電壓(V)(V)二值邏輯二值邏輯電電 平平 +51H( (高電平高電平) ) 00L( (低電平低電平) ) 邏輯電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯）邏輯

11、電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯） 1.1.4 數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法 1 1、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平 a a 、在電路中用低、高電平表示、在電路中用低、高電平表示0 0、1 1兩種邏輯狀態(tài)兩種邏輯狀態(tài) 0 0、1 1數(shù)碼數(shù)碼- 表示方式表示方式 二值數(shù)字邏輯二值數(shù)字邏輯 - - (a) (a) 用邏輯電平描述的數(shù)字波形用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b) 16(b) 16位數(shù)據(jù)的圖形表示位數(shù)據(jù)的圖形表示 2 2、數(shù)字波形、數(shù)字波形 數(shù)字波形數(shù)字波形-是信號(hào)邏輯電平對(duì)時(shí)間的圖形表示是信號(hào)邏輯電平對(duì)時(shí)間的圖形表示. . 高電平高電平 低電平低電平 有脈沖有脈沖 * *非

12、歸零型非歸零型* *歸零型歸零型 比特率比特率 - - 每秒鐘轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的位數(shù)每秒鐘轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的位數(shù) 無(wú)脈沖無(wú)脈沖 (1)(1)數(shù)字波形的兩種類型數(shù)字波形的兩種類型: : (2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 非周期性數(shù)字波形非周期性數(shù)字波形 周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形 例例1.1.1 某通信系統(tǒng)每秒鐘傳輸某通信系統(tǒng)每秒鐘傳輸15440001544000位位(1.544(1.544兆位兆位) )數(shù)數(shù) 據(jù)，求每位數(shù)據(jù)的時(shí)間。據(jù)，求每位數(shù)據(jù)的時(shí)間。 ns648s1067647 s 105441 9 1 6 . . 解：解：按題意，每位數(shù)據(jù)的時(shí)間為按題意，每位數(shù)據(jù)的時(shí)間為 例例1.1.2 設(shè)周

13、期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)設(shè)周期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)6ms，低電平持續(xù)，低電平持續(xù)10ms， 求占空比求占空比q。 %.%q537100 ms16 ms6 解：因數(shù)字波形的脈沖寬度解：因數(shù)字波形的脈沖寬度tw=6ms，周期，周期T=6ms+10ms=16ms。 非理想脈沖波形非理想脈沖波形 (3)(3)實(shí)際脈沖波形及主要參數(shù)實(shí)際脈沖波形及主要參數(shù) 幾個(gè)主要參數(shù)幾個(gè)主要參數(shù): : 占空比占空比 Q - - 表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比 上升時(shí)間上升時(shí)間t tr r 和下降時(shí)間和下降時(shí)間t tf f -從脈沖幅值的從脈沖幅值的10%到到90% 上升上升 下降所經(jīng)歷的時(shí)間下降所經(jīng)歷的時(shí)間( ( 典型值典型值ns ) ) 脈沖寬度脈沖寬度 (tw )- 脈沖幅值的脈沖幅值的50%50%的兩個(gè)時(shí)間所跨越的時(shí)間的兩個(gè)時(shí)間所跨越的時(shí)間 周期周期 (T) - - 表示兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔表示兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔 tr 脈沖寬度脈沖寬度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值幅值 =5.0V 0.0V 5.0V tf 0.5V 2.5V 4.5V (4)(4)時(shí)序圖