[工學(xué)]1++數(shù)字邏輯概論ppt課件

1、電子技術(shù)根底數(shù)字部分主講：周旭欣1、課程特點：2、數(shù)字電路的內(nèi)容：3、學(xué)習(xí)重點： 數(shù)字電路是一門技術(shù)根底課，它是學(xué)習(xí) 微機原理、接口技術(shù)等計算機專業(yè)課程的根底。既有豐富的實際體系，又有很強的實際性。 1根底；2組合邏輯電路；3時序邏輯電路；4其它內(nèi)容 1在詳細(xì)的數(shù)字電路與分析和設(shè)計方法之間，以分析和設(shè)計方法為主；2在詳細(xì)的設(shè)計步驟與所根據(jù)的概念和原理之間，以概念和原理為主；3在集成電路的內(nèi)部任務(wù)原理與外部特性之間，以外部特性為主。1 數(shù)字邏輯概論1.1 概述1.1.1 數(shù)字量與模擬量時間和數(shù)值延續(xù)變化的物理量時間和數(shù)值延續(xù)變化的物理量如：溫度、壓力、速如：溫度、壓力、速度度自然界中的物理量自然

2、界中的物理量模擬量模擬量數(shù)字量數(shù)字量時間和數(shù)值都是離散的物理量，而且每時間和數(shù)值都是離散的物理量，而且每次增減變化都是某個最小量的整數(shù)倍次增減變化都是某個最小量的整數(shù)倍如：人數(shù)、物件如：人數(shù)、物件模擬信號：時間和數(shù)值均延續(xù)變化的信號，如正弦波、指數(shù)模擬信號：時間和數(shù)值均延續(xù)變化的信號，如正弦波、指數(shù)函數(shù)等函數(shù)等 OtOtOt幾種模擬信號波形模擬電路：處置模擬信號的電路模擬電路：處置模擬信號的電路 研討模擬信號時，我們注重電路輸入、輸出信號間的大小、研討模擬信號時，我們注重電路輸入、輸出信號間的大小、相位關(guān)系。相位關(guān)系。 在模擬電路中，晶體管普通任務(wù)在放大形狀。在模擬電路中，晶體管普通任務(wù)在放大

3、形狀。數(shù)字信號：在時間上和數(shù)值上均是離散的信號，如脈沖信號數(shù)字信號：在時間上和數(shù)值上均是離散的信號，如脈沖信號等。等。數(shù)字電路：處置數(shù)字信號的電路數(shù)字電路：處置數(shù)字信號的電路 研討數(shù)字信號時，我們注重電路輸出、輸入的邏輯關(guān)系。研討數(shù)字信號時，我們注重電路輸出、輸入的邏輯關(guān)系。 在數(shù)字電路中，晶體管普通任務(wù)在開關(guān)形狀，即任務(wù)在飽在數(shù)字電路中，晶體管普通任務(wù)在開關(guān)形狀，即任務(wù)在飽和和截止形狀。和和截止形狀。 模擬量的數(shù)字表示 模擬量可以用數(shù)字模擬量可以用數(shù)字0 0、1 1的編碼來表示，這里的編碼所的編碼來表示，這里的編碼所指的是數(shù)字指的是數(shù)字0 0、1 1的字符串，這種編碼就是二進制碼的字符串，這

4、種編碼就是二進制碼 , , 數(shù)字?jǐn)?shù)字0 0、1 1的字符串是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器得來。的字符串是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器得來。 430000 0010012CB0000 00110000 0100201040306050t/ms908070/vA1001.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點從集成度來說，數(shù)字集成電路可分為：從集成度來說，數(shù)字集成電路可分為：數(shù)字電路的特點結(jié)合數(shù)字電路的特點結(jié)合P5P5：小規(guī)模小規(guī)模SSI、中規(guī)模、中規(guī)模MSI、大規(guī)模、大規(guī)模LSI、超大規(guī)模、超大規(guī)模VLSI和甚和甚大規(guī)模大規(guī)模ULSI五類。五類。1、在數(shù)字電路中，只需高、低兩種電平，分別用、在數(shù)字電路中，只需高、低兩種電平，分別用1

5、、0表示；表示；2、抗干擾才干強、可靠性和準(zhǔn)確性高，對元件精度要求不高；、抗干擾才干強、可靠性和準(zhǔn)確性高，對元件精度要求不高；3、數(shù)字電路可以對輸入的數(shù)字信號進展各種算術(shù)運算和邏輯運算，具有一定、數(shù)字電路可以對輸入的數(shù)字信號進展各種算術(shù)運算和邏輯運算，具有一定的的“邏輯思想才干，易于實現(xiàn)各種控制和決策運用系統(tǒng)；邏輯思想才干，易于實現(xiàn)各種控制和決策運用系統(tǒng)；4、數(shù)字信號便于存儲；、數(shù)字信號便于存儲；5、集成度高，通用性強。、集成度高，通用性強。1.1.3數(shù)字信號的描畫方法 在數(shù)字電路中，常用數(shù)字在數(shù)字電路中，常用數(shù)字“0“0和和“1“1來表示。這里的來表示。這里的“0“0和和“1“1，不是十進制

6、數(shù)中的數(shù)字，而是邏輯，不是十進制數(shù)中的數(shù)字，而是邏輯0 0和邏輯和邏輯1;1; 邏輯邏輯“0“0和邏輯和邏輯“1“1表示彼此相關(guān)又相互對立表示彼此相關(guān)又相互對立的兩種形狀。例如，的兩種形狀。例如，“是與是與“非、非、“真與真與“假、假、“開與開與“關(guān)、關(guān)、“低與低與“高等等高等等 。因此常稱為數(shù)字。因此常稱為數(shù)字邏輯，又稱作二值數(shù)字邏輯。邏輯，又稱作二值數(shù)字邏輯。電壓電壓(V)二值邏輯二值邏輯電電 平平3.55V1H(高電平高電平)0 1.5V0L(低電平低電平)數(shù)字信號中的幾個概念數(shù)字信號中的幾個概念 2. 占空比占空比 q -表示脈沖寬度占整個周期的百分表示脈沖寬度占整個周期的百分比比 :

7、 tTw100%q1. 脈沖寬度脈沖寬度 tw -表示脈沖作用的時間。表示脈沖作用的時間。 twT注：當(dāng)占空比為注：當(dāng)占空比為50%時，稱此時的矩形脈沖為方波時，稱此時的矩形脈沖為方波3.3.上升時間上升時間t r t r 和下降時間和下降時間t f -t f -從脈沖幅值的從脈沖幅值的10%10%到到90% 90% 或從脈沖幅值的或從脈沖幅值的90%90%到到10%10%所閱歷的時間所閱歷的時間 。典型值為幾十。典型值為幾十個納秒個納秒nsns 非理想脈沖波形非理想脈沖波形 tftr脈沖寬度tw0.5V0.5V2.5V4.5V4.5V2.5V幅值=5.0V0.0V5.0V下降時間上升時間1.

8、2 數(shù)制按進位規(guī)那么進展計數(shù)，稱為進位計數(shù)制按進位規(guī)那么進展計數(shù)，稱為進位計數(shù)制( (數(shù)制數(shù)制1.2.1 1.2.1 十進制十進制2101001210104101103)14. 3(104103102)234( 式中，式中，102 、101 是根據(jù)每一個數(shù)碼所在的位置而定的，稱之為是根據(jù)每一個數(shù)碼所在的位置而定的，稱之為“權(quán)。權(quán)。 3、在十進制中，各位的權(quán)都是、在十進制中，各位的權(quán)都是10的冪，而每個權(quán)的系數(shù)只能是的冪，而每個權(quán)的系數(shù)只能是09這十個數(shù)碼這十個數(shù)碼中的一個。中的一個。90,10)(10iiiiKKN 在數(shù)字電路中，計數(shù)的根本思想是要把電路的在數(shù)字電路中，計數(shù)的根本思想是要把電路

9、的形狀與數(shù)碼一一對應(yīng)起來。顯然，采用十進制是非形狀與數(shù)碼一一對應(yīng)起來。顯然，采用十進制是非常不方便的。它需求十種電路形狀，要想嚴(yán)厲區(qū)分常不方便的。它需求十種電路形狀，要想嚴(yán)厲區(qū)分這十種形狀是很困難的。這十種形狀是很困難的。1.2.2 二進制數(shù)二進制數(shù)1 1、任何一位數(shù)可以而且只可以用、任何一位數(shù)可以而且只可以用0 0和和1 1表示。表示。2 2、進位規(guī)律是：、進位規(guī)律是：“逢二進一逢二進一 。3 3、各位的權(quán)都是、各位的權(quán)都是2 2的冪。的冪。 1 , 0,2)(2iiiiKKN例如：例如：1+1=1+1= 1010= 1= 12121+ 0+ 02020例1.2.2 試將二進制數(shù)(01010

10、110)B轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。 解：將每一位二進制數(shù)乘以位權(quán)然后相加便得相應(yīng)的十進制數(shù)。解：將每一位二進制數(shù)乘以位權(quán)然后相加便得相應(yīng)的十進制數(shù)。 位數(shù)太多，不符合人的習(xí)慣，不能在頭腦中立刻反映位數(shù)太多，不符合人的習(xí)慣，不能在頭腦中立刻反映出數(shù)值的大小，普通要將其轉(zhuǎn)換成十進制后，才干反映。出數(shù)值的大小，普通要將其轉(zhuǎn)換成十進制后，才干反映。 1 1、易于電路實現(xiàn)、易于電路實現(xiàn)-每一位數(shù)只需兩個值，可以用管子的導(dǎo)通或截每一位數(shù)只需兩個值，可以用管子的導(dǎo)通或截止，燈泡的亮或滅、繼電器觸點的閉合或斷開來表示。止，燈泡的亮或滅、繼電器觸點的閉合或斷開來表示。 2 2、根本運算規(guī)那么簡單、根本運算規(guī)那么簡單 (

11、01010110)B= 26 + 24 + 22 + 21 = (01010110)B= 26 + 24 + 22 + 21 = 86)D86)Dn在數(shù)字電子技術(shù)和計算機運用中，二值數(shù)據(jù)常用數(shù)字在數(shù)字電子技術(shù)和計算機運用中，二值數(shù)據(jù)常用數(shù)字波形來表示。波形來表示。優(yōu)點：直觀、便于用電子示波器監(jiān)視優(yōu)點：直觀、便于用電子示波器監(jiān)視1.2.31.2.4 十六進制和八進制十六進制和八進制a a、任何一位數(shù)可以而且只可以用、任何一位數(shù)可以而且只可以用0 09 9、A AF F表示。表示。b b、進位規(guī)律是：、進位規(guī)律是：“逢十六進一逢十六進一 。c c、各位的權(quán)都是、各位的權(quán)都是1616的冪。的冪。()

12、16 ,0,15iHiiiNKKa a、任何一位數(shù)可以而且只可以用、任何一位數(shù)可以而且只可以用0 07 7表示。表示。b b、進位規(guī)律是：、進位規(guī)律是：“逢逢8 8進一進一 。c c、各位的權(quán)都是、各位的權(quán)都是8 8的冪。的冪。()8 ,0,7ioiiiNKK1.3 二進制數(shù)的算術(shù)運算 二進制算術(shù)運算又分為無符號二進制數(shù)算術(shù)運算和有符號二進制數(shù)算術(shù)運算1.3.1 無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算運算規(guī)那么：逢二進一，借一當(dāng)二例：2個二進制數(shù)A=1000，B=0101的無符號算術(shù)運算1.3.2 帶符號二進制數(shù)的減法運算在數(shù)字系統(tǒng)中，二進制數(shù)的正負(fù)數(shù)有原碼、反碼和補碼三種表示法。將

13、數(shù)的真值方式中的正負(fù)號用代碼0或1來表示時，稱為數(shù)的原碼。對正數(shù)而言三種表示方法都是一樣的。對正數(shù)而言三種表示方法都是一樣的。例：對正數(shù)9的原碼、反碼和補碼都表示為：對負(fù)數(shù)而言三種表示方法是不一樣的。對負(fù)數(shù)而言三種表示方法是不一樣的。首位0表示正數(shù)的符號位，隨后是真值數(shù)值的二進制數(shù)首位1表示負(fù)數(shù)的符號位，隨后是真值數(shù)值的二進制數(shù)負(fù)數(shù)的反碼為負(fù)數(shù)的原碼中符號位不變，數(shù)值位按位取反得到補碼通式：補碼通式：() nNRN補基數(shù)為基數(shù)為R R，位數(shù)為，位數(shù)為n n的原碼的原碼N N，其補碼為：，其補碼為：自動丟棄n 溢出n 溢出是指兩個補碼相加后，得到錯誤的結(jié)果。n 例： 用四位二進制補碼計算36？n

14、 解：36補3補6補n 11011010n 0111n 再將0111再次求補碼，得到結(jié)果是01117，而正確結(jié)果應(yīng)是9。n緣由：四位二進制補碼中有三位是數(shù)值位，范圍是87，9超出了此范圍。1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1n 溢出的判別n 兩個符號相反的數(shù)相加不會產(chǎn)生溢出，但兩個符號一樣的數(shù)相加有能夠產(chǎn)生溢出。n n 判別的方法：當(dāng)進位位與和數(shù)的符號位相反時，那么運算結(jié)果是錯誤的，產(chǎn)生溢出。n n 處理方法：將數(shù)值位的擴展。1.4 二進制代碼二進制代碼2nN2 2編碼編碼 3 3假設(shè)需編碼的信息有假設(shè)需編碼的信息有N N項，那么需用的二進制數(shù)碼的位數(shù)項，那么需用的二進制數(shù)碼的位

15、數(shù)n n應(yīng)滿應(yīng)滿足如下關(guān)系：足如下關(guān)系：留意：代碼不表示數(shù)量的大小，只是不同事或物的代號留意：代碼不表示數(shù)量的大小，只是不同事或物的代號 幾個概念：幾個概念： 什么叫二進制代碼？為什么要引入二進制代碼？什么叫二進制代碼？為什么要引入二進制代碼？ 1 1碼制碼制 什么是什么是BCDBCD碼？碼？常用的常用的BCDBCD碼有。碼有。表表1.4.1 1.4.1 幾種常見的幾種常見的BCDBCD碼碼前10個代碼前5個代碼后5個代碼前5個代碼8至12個代碼二進制碼二進制碼b3b2b1b0格雷碼格雷碼G3G2G1G0000000010010001101000101011001111000100110101

16、01111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000格雷碼是一種常見的無權(quán)碼，是一種循環(huán)碼，其特點是任何相鄰的兩個碼字，僅有一位代碼不同，其它位一樣。 END1.5 二值邏輯變量與根本邏輯運算二值邏輯變量與根本邏輯運算與邏輯運算、或邏輯運算、非邏輯運算與邏輯運算、或邏輯運算、非邏輯運算與門電路功能概括為：有與門電路功能概括為：有0出出0，全，全1出出1。輸入兩變量相異時輸出為輸入兩變量相異時輸出為1思索：偶數(shù)個思索：偶數(shù)個1“相異或，結(jié)果為？奇數(shù)個相異或，結(jié)果為？奇數(shù)個1“相異或，

17、結(jié)果相異或，結(jié)果為？為？5同或運算同或運算輸入兩變量一樣時輸出為輸入兩變量一樣時輸出為1常用方法是常用方法是“按權(quán)相加。按權(quán)相加。 1. 1. 整數(shù)部分用整數(shù)部分用“輾轉(zhuǎn)相除法輾轉(zhuǎn)相除法: : 將十進制數(shù)延續(xù)不斷地除以將十進制數(shù)延續(xù)不斷地除以2 , 直至商為零，所得余數(shù)由低位到直至商為零，所得余數(shù)由低位到高位陳列，即為所求二進制數(shù)高位陳列，即為所求二進制數(shù)整數(shù)部分整數(shù)部分小數(shù)部分小數(shù)部分1.3.3 十二進制之間的轉(zhuǎn)換十二進制之間的轉(zhuǎn)換例如例如: (63)10=( ? )26321=b01=b53153171=b11=b21=b31=b42222余數(shù) 假設(shè)十進制數(shù)較大時，不用逐位去除假設(shè)十進制數(shù)

18、較大時，不用逐位去除2 2，可算，可算出出2 2的冪與十進制對比，如：的冪與十進制對比，如： 261)10 =(?)2 28 =256261)10 =(?)2 28 =256，261 256 = 261 256 = 5 5 ，(5)10=(101)2, (261)10=(100000101)2(5)10=(101)2, (261)10=(100000101)22.2.十進制小數(shù)可表示為：十進制小數(shù)可表示為： n等式兩邊依次乘以等式兩邊依次乘以2, 2, 可分別得可分別得b-1b-1、b-2.:b-2.:nnnndbbbbN22.22)() 1() 1(2211) 2() 1() 3() 2(1

19、3022) 1() 2() 1(120122.22)(222.22)(2nnnndnnnndbbbbNbbbbN1b2b例例1.3.5 1.3.5 將將(0.706)D(0.706)D轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，要求其誤差不大于轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，要求其誤差不大于2-102-10。 解：按式解：按式(1.3.5)所表達的方法，可得、所表達的方法，可得、如下：如下： 0.7062=1.4121 b10.4122=0.8240 b20.8242=1.6481 b30.6482=1.2961 b40.2962=0.5920 b50.5922=1.1841 b6 0.1842=0.3680 b7 0.3682=0.7360 b8 0.7362=1.4721 b9 由于最后的小數(shù)小于由于最后的小數(shù)小于0.5，根據(jù)，根據(jù)“四舍五入的原那么，應(yīng)為四舍五入的原那么，應(yīng)為0。所以，。所以，(0.706)D=(0.101101001)B，其