數(shù)字電路邏輯設(shè)計課件 第二版 第 0 章 引言

1、課程名稱：數(shù)字（邏輯）電路教材名稱：數(shù)字電路邏輯設(shè)計數(shù)字信號、數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)為什么要用數(shù)字系統(tǒng)？數(shù)字技術(shù)的由來數(shù)字電路的發(fā)展趨勢本課程的地位和作用課程學(xué)習(xí)要求、教學(xué)安排和如何學(xué)好這門課 引言數(shù)字信號、數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)模擬量：在時間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的物理量叫模擬量。模擬信號：表示模擬量的信號。 如電壓、電流、溫度、聲音等。優(yōu)點：用精確的值表示事物。缺點：很難度量，容易受噪聲干擾， 難以保存；模擬電路：工作在模擬信號的電路。 例：熱電偶(電壓信號) 模擬量、模擬信號、模擬電路數(shù)字信號、數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)模擬量、模擬信號、模擬電路 例：熱電偶(電壓信號) 溫度電壓溫控系統(tǒng)數(shù)字信號、數(shù)字電路

2、與數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字量：在時間和數(shù)值上是不連 續(xù)的，它們的數(shù)值大小和每次的增減變化都是某一個最小單位的整數(shù)倍而小于這個最小量單位的數(shù)值是沒有物理意義的。例如，學(xué)生人數(shù)統(tǒng)計。數(shù)字信號：表示數(shù)字量的信號。多采用0、1二種數(shù)值組成，又稱為二進(jìn)制信號。 0、1表示兩種對立的狀態(tài)如：高與低，真與假，是與否等等數(shù)字量 、數(shù)字信號、數(shù)字電路、數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字信號、數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字電路：工作在數(shù)字信號的電路。由于數(shù)字電路的各種功能是通過邏輯運算和邏輯判斷來實現(xiàn)，所以又稱數(shù)字邏輯電路或邏輯電路。例：記錄零件數(shù)目的電路(零件數(shù)目)數(shù)字信號、數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)記錄自動生產(chǎn)線上輸出的零件數(shù)目數(shù)字信號、數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)數(shù)

3、字系統(tǒng)：一個能對數(shù)字信號進(jìn)行加工、傳輸和存儲的實體，由實現(xiàn)各種功能的數(shù)字電路相互連接而成。數(shù)字系統(tǒng)與數(shù)字電路的區(qū)別在于是否包含控制器（不以規(guī)模大小區(qū)分）數(shù)字系統(tǒng)框圖789456123#.0編碼器寄存器 A譯碼器 A編碼轉(zhuǎn)換器 A比較器ABA=B計數(shù)器加法器ABC寄存器 B編碼轉(zhuǎn)換器 B譯碼器 BMUX50550550譯碼器 C寄存器 CDEMUX輸入每只瓶子藥片數(shù)量的鍵區(qū)現(xiàn)場顯示每只瓶子的預(yù)定數(shù)每只瓶子預(yù)定藥片數(shù)的二進(jìn)制代碼現(xiàn)場顯示所有瓶子的藥片總數(shù)當(dāng)前總數(shù)每只瓶子當(dāng)前數(shù)的二進(jìn)制代碼高電平關(guān)閉閥門，傳送帶向前運行閥門傳感器傳送帶控制當(dāng)下一個瓶子就位時，脈沖使計數(shù)器清零傳感器因每次加1產(chǎn)生的脈沖

4、新的總數(shù)藥片總數(shù)的二進(jìn)制代碼以串行形式被傳輸，用以遠(yuǎn)程顯示和計算機(jī)總量控制改變順序控制輸入 藥片計數(shù)和裝瓶系統(tǒng)數(shù)字信號、數(shù)字電路與數(shù)字系統(tǒng)例：自動計數(shù)和藥片裝瓶系統(tǒng) 數(shù)字系統(tǒng)中處理的是數(shù)字信號，當(dāng)數(shù)字系統(tǒng)要與模擬信號發(fā)生聯(lián)系時，必須經(jīng)過模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路，對信號類型進(jìn)行變換。 模擬世界A/D數(shù)字處理 和存儲系統(tǒng)D/A數(shù)字電路的特點易集成化。 兩種狀態(tài)“0”和“1”，對元件精度要求低2. 精度高，抗干擾能力強(qiáng)。信號易辨別不易受噪聲干擾3. 便于長期存儲4. 通用性強(qiáng)，成本低，系列多5. 保密性好。 容易進(jìn)行加密處理 數(shù)字集成電路的分類1. 按電路結(jié)構(gòu)2. 按集成度3.

5、 按半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型數(shù)字集成電路的分類組合邏輯電路： 輸出只與當(dāng)時的輸入有關(guān)，如編碼器，比較器等；時序邏輯電路： 輸出不僅與當(dāng)時的輸入有關(guān)，還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。如：觸發(fā)器，計數(shù)器，寄存器等。按電路結(jié)構(gòu)分：數(shù)字集成電路的分類按集成度分：集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目小規(guī)模集成電路(Small Scale IC，SSI) 中規(guī)模集成電路(Medium Scale IC，MSI)大規(guī)模集成電路(Large Scale IC，LSI)超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale IC，VLSI)特大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale IC，ULSI)巨大規(guī)模集成電路

6、(Gigantic Scale IC，GSI）劃分集成電路規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路的分類雙極型電路（TTL）單極型電路（MOS）按半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型分：為什么要用數(shù)字系統(tǒng)？例如：音樂（CD，MP3）、電影（MPEG，RM，DVD）、 數(shù)字電視、數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)、手機(jī)、 數(shù)控系統(tǒng)、智能機(jī)器人等數(shù)字系統(tǒng)完全能夠滿足實時系統(tǒng)要求低成本、標(biāo)準(zhǔn)化、通用性和靈活性信息化時代完成數(shù)字信息加工需要滿足數(shù)值的科學(xué)計算數(shù)字系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用為什么要用數(shù)字系統(tǒng)？數(shù)碼相機(jī)移動電話WAP電話電視機(jī)智能電話雙向?qū)ず魴C(jī)機(jī)頂盒MP3PDA數(shù)碼攝像機(jī)數(shù)字技術(shù)的由來數(shù)字技術(shù)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的產(chǎn)生:1.布爾代數(shù)（1849

7、 英國喬治-布爾George Boole） 將邏輯表述映射到符號 采用數(shù)學(xué)的方法處理邏輯推理(離散數(shù)學(xué))2.開關(guān)代數(shù)（1938克勞德-香農(nóng)Claude E. Shannon) 將布爾代數(shù)和開關(guān)相聯(lián)系 第一次提出bit（比特）數(shù)字技術(shù)的由來計算機(jī)歷史僅僅只有50多年嗎？ 不正確！ 數(shù)字電子計算機(jī)的歷史只有50多年 計算機(jī)革命發(fā)生在過去的50多年中， 而且還正在進(jìn)行.計算和計算機(jī)的歷史源遠(yuǎn)流長計算和器件的歷史發(fā)展計算和器件的歷史發(fā)展 1. 計算和計算機(jī)2. 數(shù)字的出現(xiàn) 數(shù)字在各個古代文明中都獨立的存在 數(shù)字都采用十進(jìn)制數(shù) 阿拉伯?dāng)?shù)字3.早期的計算用具 最早的“計算機(jī)”-算盤 計算尺(可實現(xiàn)對數(shù))數(shù)

8、字技術(shù)的由來早期的計算用具機(jī)械計算器具 加法機(jī)、 差分機(jī)（齒輪）機(jī)電式計算機(jī) 使用繼電器設(shè)計自動計算器計算和器件的歷史發(fā)展 數(shù)字技術(shù)的由來 第一代：約1946-1957 電子真空管 第二代：約1957-1964 晶體管 第三代：約1965-1972 中小規(guī)模集成電路 第四代：約1972-現(xiàn)在？ 大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路第五代 ：約1981(日本智能計算機(jī))數(shù)字技術(shù)的由來數(shù)字電子計算機(jī) 數(shù)字電路的發(fā)展趨勢數(shù)字電路的發(fā)展趨勢cpu發(fā)展歷史一覽表 大規(guī)模，低功耗 mW級，高速度。 個人計算機(jī) 超級計算機(jī)：幾十萬1000萬億次/秒(中國曙光信息產(chǎn)業(yè) 有限公司TC4000A達(dá)10萬億次/秒)可編程： P

9、LD、ISP 可測試 ： 故障診斷 數(shù)字電路的發(fā)展趨勢本課程的地位和作用 重要的專業(yè)基礎(chǔ)課先修課程： 大學(xué)物理、電路分析基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、電子電路基礎(chǔ)后續(xù)課程: 微機(jī)原理、可編程邏輯器件、硬件描述語言 、單片機(jī)原理及其應(yīng)用、 計算機(jī)接口與控制，等等課程學(xué)習(xí)要求1深入掌握數(shù)字電路領(lǐng)域的基本概念和基本理論；2熟練掌握數(shù)字電路的分析和設(shè)計方法。分析和設(shè)計方法是貫串本課程的主線； 3逐步提高閱讀集成電路產(chǎn)品手冊的能力，以便從中獲取更多的信息。如何學(xué)好這門課1. 這門課的特點 既抽象又具體 邏輯設(shè)計方法非常靈活 這門課理論知識與實際應(yīng)用的結(jié)合是非常緊密的2怎樣學(xué)好這門課 課前預(yù)習(xí)，適當(dāng)自學(xué) 認(rèn)真聽課，做

10、好筆記，積極思考問題 課后復(fù)習(xí)，完成作業(yè) 重視實驗，理論聯(lián)系實際課程考核作業(yè)和課程參與情況 （必須完成作業(yè)）期末考試成績參與實驗課程 （必須完成實驗報告）教學(xué)安排1. 總學(xué)時56，（實驗單獨設(shè)課）3.5個學(xué)分。2. 選用的教材： 數(shù)字電路邏輯設(shè)計(第二版)王毓銀 主編 高等教育出版社 實驗教材：數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng) 實驗與課程設(shè)計實訓(xùn)教程 楊 萍 主編 人民郵電出版社3.參考資料： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版) 閻石，清華大學(xué)出版社 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版），康華光，華中科技大學(xué)出版社 Digital Design Principle & Practices (Third Edition)

11、John F. Wakerly教學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容：第一章 緒論第二章 邏輯函數(shù)及其簡化第三章 集成邏輯門第四章 組合邏輯電路 第五章 集成觸發(fā)器 第六章 時序邏輯電路 第九章 脈沖單元電路第十章 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (由于課時原因，第8章和第11章在數(shù)字電路課程設(shè)計或數(shù)字系統(tǒng)課程中介紹，第7章在微機(jī)原理課程中介紹。)課程教學(xué)日歷(北區(qū)) (08電信工)周次講 課作 業(yè)、實 驗時數(shù)章 節(jié) 題 目 名 稱 及 主 要 內(nèi) 容時數(shù)主要內(nèi)容名稱8-9 6 第1章 緒論 （1.11.7） 第2章 邏輯函數(shù)及其簡化作業(yè)（第1章）P12 1-4，1-610621 邏輯代數(shù)（2.1.12.1.7）22 邏輯

12、函數(shù)的簡化 作業(yè)（第2章）P51 2-1，2-8，2-9116 第3章 集成邏輯門 (3.13.5)31 晶體管的開關(guān)特性 32 TTL集成邏輯門作業(yè)（第3章）P112 3-4，3-6，3-10，3-13126 第4章 組合邏輯電路 41 組合邏輯電路分析4.2 組合邏輯電路設(shè)計作業(yè)（第4 章）P172 4-1，4-4，4-5，4-12，4-14136 4.3 組合模塊的分析與設(shè)計 44 組合邏輯電路的冒險現(xiàn)象3實驗1 實驗基本知識及門電路功能測試（三，四）146第5章 集成觸發(fā)器(5.15.4) 作業(yè)（第5章）P203 5-3，5-7，5-8，5-9，5-11，5-14*3實驗2 組合模塊的

13、測試與應(yīng)用（七，八）156 第6章 時序邏輯電路61 時序邏輯電路概述 62 時序邏輯電路分析 3實驗3 觸發(fā)器及其應(yīng)用（十一）16663 時序邏輯電路設(shè)計64 時序模塊的分析與設(shè)計3實驗4 計數(shù)器及其應(yīng)用（十三）174 第9章 脈沖單元電路（概述） 總復(fù)習(xí)作業(yè) （第6章）P280 6-2，6-4 ，6-8，6-17，6-28課程教學(xué)日歷(新區(qū))周次 講 課 作 業(yè)、實 驗時數(shù)章 節(jié) 題 目 名 稱 及 主 要 內(nèi) 容時數(shù)主要內(nèi)容名稱 54第1章 緒論 （1.11.7）第2章 邏輯函數(shù)及其簡化（2.1）作業(yè)（第1章）P12 1-4，1-6 62第2章 邏輯函數(shù)及其簡化（2.12.2） 作業(yè)（第

14、2章）P51 2-1，2-8，2-9 74第2章 邏輯函數(shù)及其簡化（2.2）第3章 集成邏輯門（3.1） 84第3章 集成邏輯門（3.2）作業(yè)（第3章）P1123-4，3-6，3-10，3-13 94第3章 集成邏輯門（3.33.4）（數(shù)字邏輯電路實驗安排）102第4章 組合邏輯電路（4.14.2）作業(yè)（第4 章）P172 4-1，4-4，4-5，4-12，4-14 11（考試周）124第4章 組合邏輯電路（4.34.4） 課程教學(xué)日歷(新區(qū))周次 講 課 作 業(yè)、實 驗時數(shù)章 節(jié) 題 目 名 稱 及 主 要 內(nèi) 容時數(shù)主要內(nèi)容名稱 134第5章 集成觸發(fā)器（5.15.2）作業(yè)（第5章）P203 5-3，5-7，5-8，5-9，5-11，5-14144第5章 集成觸發(fā)器（5.35.4） 第6章 時序邏輯電路 （6.1）154第6