數(shù)字電路復習大綱(四川大學)ppt課件

1、1.研討對象：輸入研討對象：輸入-輸出間的邏輯關系。輸出間的邏輯關系。2.采用二進制：二元函數(shù)，兩種形狀，用采用二進制：二元函數(shù)，兩種形狀，用0、1表示表示3.分析工具：邏輯代數(shù)分析工具：邏輯代數(shù)4.表達方式：真值表、邏輯表達式、邏輯圖、卡諾表達方式：真值表、邏輯表達式、邏輯圖、卡諾圖、時序圖波形圖、形狀圖等。圖、時序圖波形圖、形狀圖等。5.分類：組合邏輯電路分類：組合邏輯電路-邏輯門電路邏輯門電路 時序邏輯電路時序邏輯電路-鎖存器和觸發(fā)器鎖存器和觸發(fā)器數(shù)字電路特點：數(shù)字電路特點：主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：一、數(shù)字邏輯根底第一、數(shù)字邏輯根底第1章，第章，第2章章)二、組合邏輯電路第二、組合邏輯電路第

2、3、4章章三、時序邏輯電路第三、時序邏輯電路第5、6章章四、半導體存儲器和可編程邏輯器件第四、半導體存儲器和可編程邏輯器件第7章章五、脈沖波形的產(chǎn)生與變換第五、脈沖波形的產(chǎn)生與變換第8章章六、六、A/D、D/A轉換第轉換第9章章一、數(shù)字邏輯根底一、數(shù)字邏輯根底1、數(shù)制與碼、數(shù)制與碼數(shù)制：以數(shù)制：以R為基數(shù)的計數(shù)體制為基數(shù)的計數(shù)體制 R=2、8、10、16 位權：位權：Rn-1R2R1R0.R-1R-2R-m 普通表達式：普通表達式：1nmiiiDRKNn- 整數(shù)位數(shù)整數(shù)位數(shù)m- 小數(shù)位數(shù)小數(shù)位數(shù)Ki- 各位系數(shù)各位系數(shù)R- 基數(shù)基數(shù) 處于不同位置的數(shù)碼處于不同位置的數(shù)碼 Ki 所代表的數(shù)值是不

3、同的，每所代表的數(shù)值是不同的，每一位的權數(shù)位權是一位的權數(shù)位權是 Ri 。數(shù)制間的轉換數(shù)制間的轉換二進制與十六進制數(shù)、八進制數(shù)之間的轉換二進制與十六進制數(shù)、八進制數(shù)之間的轉換24=16，四位二進制數(shù)對應一位十六進制數(shù)。，四位二進制數(shù)對應一位十六進制數(shù)。 23=8， 三位二進制數(shù)對應一位八進制數(shù)。三位二進制數(shù)對應一位八進制數(shù)。舉例：舉例：3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 1110101111.001B 3 A F 2 3 A F 21111101.11B = 0111 110

4、1.1100 = 7D.CH 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C 7 D C 十六進制和八進制是二進制的另一種表達方式，一十六進制和八進制是二進制的另一種表達方式，一一對應，能簡單互換。一對應，能簡單互換。二進制數(shù)二進制數(shù)B、O、H取不同取不同R按展開式展開，然后按照十進制運算法那么求和按展開式展開，然后按照十進制運算法那么求和。1011.1010B=1011.1010B=1 123+123+121+121+120+120+12-1+12-1+12-32-3D=11.625DD=11.625DDFC.8H =DFC.8H =1313162+15

5、162+15161+12161+12160+8160+816-116-1D = 3580.5DD = 3580.5D十進制數(shù)十進制數(shù)D十進制數(shù)十進制數(shù)D二進制數(shù)二進制數(shù)B、O、H整數(shù)轉換法：除整數(shù)轉換法：除2取余，直至商為取余，直至商為0，低位至高位，低位至高位小數(shù)轉換法：乘小數(shù)轉換法：乘2取整，直至取整，直至，高位到低位，高位到低位碼碼編碼：把假設干個編碼：把假設干個0和和1按一定規(guī)律編排在一同，組成不同按一定規(guī)律編排在一同，組成不同的代碼，并且賦予每個代碼以固定的含義十進制數(shù)值、的代碼，并且賦予每個代碼以固定的含義十進制數(shù)值、字母、符號等。編碼器能自動實現(xiàn)編碼操作。字母、符號等。編碼器能自

6、動實現(xiàn)編碼操作。 用用n位二進制代碼可以表達位二進制代碼可以表達2n個不同的信號個不同的信號 需求編碼的信息有需求編碼的信息有N項，那么項，那么2n NA.每一組代碼都可以看作是一個包含特定含義的符號，各每一組代碼都可以看作是一個包含特定含義的符號，各組代碼之間以及每組代碼內(nèi)部各位之間沒有一定的數(shù)值進組代碼之間以及每組代碼內(nèi)部各位之間沒有一定的數(shù)值進位關系。位關系。B.信息與代碼間的對應關系完全是人為規(guī)定的，可以恣意信息與代碼間的對應關系完全是人為規(guī)定的，可以恣意編，但在制定編碼時，應該使編碼順序有一定的規(guī)律可循。編，但在制定編碼時，應該使編碼順序有一定的規(guī)律可循。幾種常見編碼幾種常見編碼A.

7、自然二進制碼自然二進制碼8421碼：在數(shù)值上與對應的十進制碼：在數(shù)值上與對應的十進制 恰好相等位數(shù)恰好相等位數(shù)n由由N決議。決議。B.二二-十進制碼十進制碼BCD碼碼 固定固定4位二進制編碼表示十進制的位二進制編碼表示十進制的0-9十個數(shù)碼。十個數(shù)碼。 由于由于4位二進制碼可以表示位二進制碼可以表示24=16種信號，所以在表示種信號，所以在表示0-9這十個數(shù)碼時就有不同的組合，即不同的編碼方式：這十個數(shù)碼時就有不同的組合，即不同的編碼方式： 8421BCD碼碼 2421BCD碼碼 5421BCD碼碼 余余3碼：碼：8421BCD碼碼+0011判別及填空：判別及填空：1.四位二進制代碼有四位二進

8、制代碼有16種組合，表示種組合，表示0-9十個十進制數(shù)十個十進制數(shù)時要去掉其中時要去掉其中6種。種。 2.二進制數(shù)二進制數(shù)1001和二進制代碼和二進制代碼1001都表示十進制數(shù)都表示十進制數(shù)9。3.二進制代碼二進制代碼1000和和1001都可以表示十進制數(shù)都可以表示十進制數(shù)9 。4.1001 1101 1111 0001B=9DF1H5. 10.10B= D6. 16D= 8421= 8421BCD7. FFH= B= O= D = 8421BCD2.51000000010110111111113772550010010101012、根本邏輯運算及表達方式、根本邏輯運算及表達方式 邏輯代數(shù)是研

9、討數(shù)字邏輯電路的數(shù)學工具。邏輯代數(shù)是研討數(shù)字邏輯電路的數(shù)學工具。邏輯代數(shù)是按一定邏輯規(guī)律進展運算的代數(shù)，與普通代數(shù)一邏輯代數(shù)是按一定邏輯規(guī)律進展運算的代數(shù)，與普通代數(shù)一樣也是用字母表示變量，區(qū)別在于：樣也是用字母表示變量，區(qū)別在于：1.變量值只需變量值只需0和和1，且只表示兩種對立的邏輯形狀，不表示，且只表示兩種對立的邏輯形狀，不表示數(shù)量的大小。數(shù)量的大小。2.表達方式：真值表表達方式：真值表-將輸入變量的各種能夠取值和相應函數(shù)將輸入變量的各種能夠取值和相應函數(shù) 值陳列在一同而組成的表格。值陳列在一同而組成的表格。 邏輯符號邏輯符號-規(guī)定的圖形符號。規(guī)定的圖形符號。 邏輯函數(shù)表達式邏輯函數(shù)表達

10、式-L=fA、B 語句表、梯形圖等。語句表、梯形圖等。3.邏輯變量有原變量和反變量兩類，普通代數(shù)中沒有反變量。邏輯變量有原變量和反變量兩類，普通代數(shù)中沒有反變量。4.邏輯代數(shù)中的根本運算有邏輯乘、邏輯加、邏輯非，而普邏輯代數(shù)中的根本運算有邏輯乘、邏輯加、邏輯非，而普通代數(shù)有加、減、乘、除四種運算。通代數(shù)有加、減、乘、除四種運算。異或：異或：同或：同或：L=A B=BABABAL+=ABBA+常見邏輯運算：常見邏輯運算：P24根本邏輯運算：與、或、非根本邏輯運算：與、或、非3.邏輯關系表達方式間的轉換：邏輯關系表達方式間的轉換：真值表真值表 表達式表達式 邏輯圖邏輯圖真值表真值表 表達式：表達式

11、：把真值表中函數(shù)值等于把真值表中函數(shù)值等于1的變量組合挑出來；變量組合中的變量組合挑出來；變量組合中變量是變量是1的寫成原變量，是的寫成原變量，是0的寫成反變量；把組合中各的寫成反變量；把組合中各個變量相乘，這樣對應于函數(shù)值為個變量相乘，這樣對應于函數(shù)值為1的每個變量組合就可的每個變量組合就可以寫成一個乘積項，然后把這些乘積項相加就的得到相以寫成一個乘積項，然后把這些乘積項相加就的得到相應的邏輯表達式。應的邏輯表達式。表達式表達式 真值表真值表 邏輯運算邏輯運算4、邏輯函數(shù)的變換和化簡、邏輯函數(shù)的變換和化簡公式法公式法圖形法圖形法變換變換化簡化簡化簡：變量數(shù)在化簡：變量數(shù)在5以內(nèi)以內(nèi)與非與非-

12、與非與非或非或非-或非或非BABAAAABAABAAB吸收律隱含律：CAABBCCAAB 留意公式的擴展運用如：留意公式的擴展運用如：BAABA+=+反演律（摩根定律）：BABABABA .常用公式：常用公式：公式法變換和化簡邏輯函數(shù)公式法變換和化簡邏輯函數(shù) 邏輯函數(shù)的變換邏輯函數(shù)的變換 根據(jù)邏輯表達式，可以畫出相應的邏輯圖，表達式的方根據(jù)邏輯表達式，可以畫出相應的邏輯圖，表達式的方式?jīng)Q議門電路的個數(shù)和種類，因此實踐中需求對表達式進展式?jīng)Q議門電路的個數(shù)和種類，因此實踐中需求對表達式進展變換。變換。 常用的表達方式：與或、與非常用的表達方式：與或、與非-與非與非 常見變換：與或常見變換：與或 與

13、非與非-與非與非 與或與或 或非或非-或非或非 方法：方法： 與或表達式與或表達式摩根定律摩根定律 用與非門實現(xiàn)用與非門實現(xiàn)與或表達式與或表達式或與表達式或與表達式摩根定律用或非門實現(xiàn)摩根定律用或非門實現(xiàn)BABABAL&AB&AB1L用與非門實現(xiàn)用與非門實現(xiàn)BABABABABABALAB&BLA=1BAL無反變量輸入BABALBBAABABABABBAAABBABAABBABAL&AB邏輯函數(shù)的化簡邏輯函數(shù)的化簡邏輯函數(shù)化簡的意義：邏輯表達式越簡單，實現(xiàn)它邏輯函數(shù)化簡的意義：邏輯表達式越簡單，實現(xiàn)它的電路越簡單，電路任務越穩(wěn)定可靠。的電路越簡單，電路任務越穩(wěn)定可

14、靠。最簡與或表達式最簡與或表達式乘積項最少、并且每個乘積項中的變量也最少的與乘積項最少、并且每個乘積項中的變量也最少的與或表達式。或表達式。1卡諾圖：由最小項構成的按相鄰性規(guī)律陳列的方格圖?？ㄖZ圖：由最小項構成的按相鄰性規(guī)律陳列的方格圖。2卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的根據(jù)：卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的根據(jù)：任何任何2n個標個標1的相鄰最小項，可以合并為一項，并消的相鄰最小項，可以合并為一項，并消去去n個變量消去互為反變量的因子，保管公因子。個變量消去互為反變量的因子，保管公因子。 AB C000111100100110110CBACBAABCBCACBBC卡諾圖化簡邏輯函數(shù)卡諾圖化簡邏輯函數(shù)3卡諾圖化簡邏輯函

15、數(shù)的步驟：卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的步驟：1.用卡諾圖用卡諾圖 表示邏輯函數(shù)。表示邏輯函數(shù)。2.合并最小項。合并最小項。 包含包含2n個方格：個方格：2、4、8 包圍的方格為矩形塊包圍的方格為矩形塊 包圍圈越大越好，越少越好包圍圈越大越好，越少越好 方格可以被反復包圍，但每個包圍圈內(nèi)必需有新的方格方格可以被反復包圍，但每個包圍圈內(nèi)必需有新的方格 一切的一切的1都要被包圍住都要被包圍住 充分思索隨意項充分思索隨意項3.合并后的最小項之和即為最簡與或表達式。合并后的最小項之和即為最簡與或表達式。P37 習題習題1.2.2 1.4.2 1.6.1P64 習題習題2.1.4 2.2.3 2.2.4TTL和和

16、CMOS邏輯門電路邏輯門電路邏輯功能邏輯功能性能特點性能特點任務速度任務速度帶負載才干帶負載才干灌電流負載灌電流負載拉電流負載拉電流負載半導體器件的開關特性半導體器件的開關特性 二、組合邏輯電路二、組合邏輯電路1、邏輯門電路、邏輯門電路門電路負載電流計算參數(shù)：門電路負載電流計算參數(shù)：IOL、IOH、IIL、IIH其他邏輯門電路：其他邏輯門電路：OC門、門、TSL門、門、TG門門線與：靠線的銜接實現(xiàn)與的邏輯功能。普通線與：靠線的銜接實現(xiàn)與的邏輯功能。普通TTL輸出端不允許直接相連。輸出端不允許直接相連。CDABYYY21集電極開路門集電極開路門OC門門三態(tài)與非門三態(tài)與非門TSL門門電路的輸出有高

17、阻態(tài)、高電平和低電平電路的輸出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種形狀。種形狀。=0,1,EEABY傳輸門傳輸門TG：傳送模擬信號的模擬開關：傳送模擬信號的模擬開關正負邏輯問題正負邏輯問題 門電路多余輸入端的處置門電路多余輸入端的處置P122 習題習題3.1.5 3.2.2 3.1.7 3.1.9 3.1.132、組合邏輯電路的分析和設計、組合邏輯電路的分析和設計分析：知邏輯電路，經(jīng)過數(shù)字邏輯的方法，推斷電分析：知邏輯電路，經(jīng)過數(shù)字邏輯的方法，推斷電路的邏輯功能。路的邏輯功能。邏輯圖邏輯圖邏輯表邏輯表達式達式最簡與最簡與或表達式或表達式真值表真值表電路的邏電路的邏輯功能輯功能設計：根據(jù)實踐邏輯問題控制

18、要求，設計出滿足要求設計：根據(jù)實踐邏輯問題控制要求，設計出滿足要求的最簡的邏輯電路圖。的最簡的邏輯電路圖。真值表真值表電路功電路功能描畫能描畫邏輯表達式邏輯表達式或卡諾圖或卡諾圖最簡與或最簡與或表達式表達式邏輯變換邏輯變換邏輯電路圖邏輯電路圖3、常用組合邏輯功能器件、常用組合邏輯功能器件實現(xiàn)編碼操作的電路稱為編碼器。編編碼碼器器N個需編碼的信息個需編碼的信息n位二進制碼位二進制碼2nN編碼器編碼器優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器CD4532 CD4532 CD4532 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y0 Y1 Y2 EI EO GS 譯碼器譯碼器把代碼形狀的特定含義翻譯出來的過程稱為譯碼

19、，實現(xiàn)譯碼操作的電路稱為譯碼器。譯譯碼碼器器n位二進制碼位二進制碼N個譯碼出的信息個譯碼出的信息N 2n二進制譯碼器：二進制譯碼器：74LS3/8譯碼器譯碼器二二-十進制譯碼器：十進制譯碼器：4/10線線顯示譯碼器：驅動顯示器件如數(shù)碼管顯示譯碼器：驅動顯示器件如數(shù)碼管共陰、共陽？共陰、共陽？運用：實現(xiàn)邏輯函數(shù)、作數(shù)據(jù)分配器運用：實現(xiàn)邏輯函數(shù)、作數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器按要求從多路輸入中選擇一路輸出。按要求從多路輸入中選擇一路輸出。D0D1D2D2n-1Yn位通道選擇信號位通道選擇信號數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器例如例如74HC151D7YYE74HC15174HC151D6D5D4D3D2D1D

20、0S2S1S0用數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉換實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉換 0 1 0 0 1 1 0 1 L 74HC151 E S2 S1 S0 Y S2 S1 S0 比較器比較器算術運算電路：加法器算術運算電路：加法器超前進位加法器超前進位加法器P192 習題習題4.1.1 4.2.3 習題習題4.4.1 4.4.6 4.4.19 4.4.20 4.4.21 4.4.25 4.4.31三、時序邏輯電路三、時序邏輯電路1、鎖存器和觸發(fā)器、鎖存器和觸發(fā)器觸發(fā)方式、邏輯功能觸發(fā)方式、邏輯功能觸發(fā)方式：觸發(fā)方式：電平觸發(fā)：對脈沖電平敏感電平觸發(fā)

21、：對脈沖電平敏感(鎖存器鎖存器)脈沖觸發(fā)：對脈沖邊沿敏感脈沖觸發(fā)：對脈沖邊沿敏感(觸發(fā)器觸發(fā)器)邏輯功能：邏輯功能：SR：Qn+1=S+RQn，其約束條件為：SR0JK： Qn+1=JQn+KQnD： Qn+1=DT： Qn+1=TQn+TQnT： Qn+1=Qn 鎖存器和觸發(fā)器的邏輯功能可以用特性方程、特性表真值表、鼓勵表驅動表、形狀圖和時序圖等方式來描畫。其邏輯功能可以相互轉換。置0、置1和堅持置0、置1、堅持、翻轉置0、置1P238 習題習題5.2.4 5.4.1 5.4.5 5.4.6 5.4.8 5.4.9 時序電路邏輯功能的表示方法時序電路邏輯功能的表示方法時序電路的邏輯功能可用邏

22、輯表達式、形狀表、卡諾圖、形狀圖、時序圖和邏輯圖6種方式表示，這些表示方法在本質上是一樣的，可以相互轉換。1邏輯方程組：邏輯方程組：特性方程：描畫觸發(fā)器邏輯功能的邏輯表達式。鼓勵方程：驅動方程觸發(fā)器輸入信號的邏輯表達式。時鐘方程：控制時鐘CP的邏輯表達式。形狀方程：次態(tài)方程次態(tài)輸出的邏輯表達式。 鼓勵方程代入特性方程得形狀方程。輸出方程：輸出變量的邏輯表達式。2、時序電路的分析和設計方法、時序電路的分析和設計方法2形狀真值表：形狀真值表：闡明輸出Y、次態(tài)Qn+1與輸入X、現(xiàn)態(tài)Qn邏輯關系的表格。3形狀圖：形狀圖：4時序波形圖時序波形圖闡明形狀轉換規(guī)律及相應輸入、輸出取值關系的圖形。 時序電路邏

23、輯功能的分類時序電路邏輯功能的分類同步時序電路中，各個觸發(fā)器的時鐘脈沖一同步時序電路中，各個觸發(fā)器的時鐘脈沖一樣，即電路中有一個一致的時鐘脈沖，每來樣，即電路中有一個一致的時鐘脈沖，每來一個時鐘脈沖，電路的形狀只改動一次。一個時鐘脈沖，電路的形狀只改動一次。異步時序電路中，各個觸發(fā)器的時鐘脈沖不異步時序電路中，各個觸發(fā)器的時鐘脈沖不同，即電路中沒有一致的時鐘脈沖來控制電同，即電路中沒有一致的時鐘脈沖來控制電路形狀的變化，電路形狀改動時，電路中要路形狀的變化，電路形狀改動時，電路中要更新形狀的觸發(fā)器的翻轉有先有后，是異步更新形狀的觸發(fā)器的翻轉有先有后，是異步進展的。在分析時必需留意，觸發(fā)器只需在

24、進展的。在分析時必需留意，觸發(fā)器只需在其其CP端的信號有效時，形狀才能夠改動，否端的信號有效時，形狀才能夠改動，否那么形狀堅持不變，因此必需確定各那么形狀堅持不變，因此必需確定各CP端能端能否有觸發(fā)信號作用。否有觸發(fā)信號作用。 時序電路邏輯電路的分析方法時序電路邏輯電路的分析方法電路圖電路圖特性方程、特性方程、時鐘方程、時鐘方程、驅動方程、驅動方程、輸出方程。輸出方程。形狀方程形狀方程形狀圖形狀圖判別電路判別電路邏輯功能邏輯功能12354形狀表形狀表或或時序圖時序圖時序電路邏輯電路的設計方法時序電路邏輯電路的設計方法設計設計要求要求原始形原始形狀圖狀圖最簡形最簡形狀圖狀圖畫電畫電路圖路圖檢查電

25、檢查電路能否路能否自啟動自啟動1246列形狀真值表、列形狀真值表、選觸發(fā)器，求時選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、形狀、鐘、輸出、形狀、驅動方程驅動方程5形狀形狀分配分配3化簡存在無效形狀時存在無效形狀時存放器在數(shù)字電路中，用來存放二進制數(shù)據(jù)或代碼的電路稱為存放器。存放器是由具有存儲功能的觸發(fā)器組合起來構成的。一個觸發(fā)器可以存儲1位二進制代碼，存放n位二進制代碼的存放器，需用n個觸發(fā)器來構成。按照功能的不同，可將存放器分為根本存放器和移位存放器兩大類。根本存放器只能并行送入數(shù)據(jù)，需求時也只能并行輸出。移位存放器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、

26、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，非常靈敏，用途也很廣。3、常用時序邏輯功能器件、常用時序邏輯功能器件計數(shù)器在數(shù)字電路中，可以記憶輸入脈沖個數(shù)的電路稱為計數(shù)器。二進制計數(shù)器、非二進制計數(shù)器加法計數(shù)器、減法計數(shù)器、可逆計數(shù)器同步計數(shù)器、異步計數(shù)器按按CP脈沖輸入方式：脈沖輸入方式：按計數(shù)規(guī)律：按計數(shù)規(guī)律：按計數(shù)的進制：按計數(shù)的進制：集成計數(shù)器集成計數(shù)器1.集成計數(shù)器：74161、743902.集成計數(shù)器構成N進制計數(shù)器CP脈沖引入方式：同步、異步計數(shù)方式：清零方式：異步、同步預置數(shù)方式：異步、同步P319 習題習題6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.2.4 6.3.2 6.3.5 6.4.2 習題習題6.5.1 6.5.10-18四、存儲器和可編程邏輯器件四、存儲器和可編程邏輯器件用來存放數(shù)據(jù)、資料、程序等二進制信息的器件。存取速度：反映存儲器的任務速度。存儲容量：字數(shù)位數(shù)字位1024=1K 1024K=1M 1024M=1G存儲器半導體存儲器的功能及分類。ROM、 PROM、 EPROM的電路構