記憶單元電路

1、記憶單元電路第1頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三引 言 隨著信息時代的到來，“數(shù)字”這兩個字正以越來越高的頻率出現(xiàn)在各個領(lǐng)域，數(shù)字相機、數(shù)字電視、數(shù)字通信、數(shù)字控制數(shù)字化已成為當今電子技術(shù)的發(fā)展潮流。數(shù)字電路是數(shù)字電子技術(shù)的核心，是計算機、數(shù)字通信等所有數(shù)字系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。如果你想對“數(shù)字”這個時尚詞有一個專業(yè)化的了解，想搞清數(shù)字系統(tǒng)中那些神秘的硬件是怎樣工作的，那就先從基本的概念開始吧?；c時間把概念理解透徹了，可以起到事半功倍的效果。本章主要介紹有關(guān)數(shù)字電路的一些基本概念，包括數(shù)字信號與數(shù)字電路的特點、數(shù)制、基本邏輯運算、邏輯函數(shù)及其表示方法等。第2頁，共28頁，2

2、022年，5月20日，7點21分，星期三1.1 數(shù)字電路的基本概念 一、模擬信號與數(shù)字信號1.模擬量與數(shù)字量模擬信號時間連續(xù)數(shù)值也連續(xù)的信號。如速度、壓力、溫度等。數(shù)字信號在時間上和數(shù)值上均是離散的。如電子表的秒信號，生產(chǎn)線上記錄零件個數(shù)的計數(shù)信號等。自然界中存在的模擬量遠遠多于數(shù)字量! 第3頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三 許多模擬量是可以用數(shù)字形式表示的。 比如記錄人的身高發(fā)育過程。2模擬量的數(shù)字表示法1.1 數(shù)字電路的基本概念 很顯然用數(shù)字法表示模擬量是有誤差的，取樣點越多，量化單位越小，誤差就越小。1011121314151617181920身高年齡100cm2

3、00cm第4頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三3模擬信號與數(shù)字信號表示模擬量的電信號稱為模擬信號。典型的模擬信號是正弦波信號。0t/ sU/ V表示數(shù)字量的電信號稱為數(shù)字信號。在電路中，數(shù)字信號往往表現(xiàn)為突變的電壓或電流。t/ s0/ VU51.1 數(shù)字電路的基本概念第5頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三1.高電平與低電平數(shù)字信號只有兩個電壓值，人們習(xí)慣稱為高電平和低電平，并用“1”和“0”來表示。 低電平 低電平 低電平 高電平 高電平 二數(shù)字信號的表示法 在實際電路中高電平與低電平都不是一個固定不變的數(shù)值，而是一個電壓范圍。 數(shù)字電路在工作時只要

4、求能可靠的區(qū)分“1”和“0”就可以了。高電平5V2V0.8V0V低電平U1.1 數(shù)字電路的基本概念第6頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三 有兩種邏輯體制： 正邏輯體制規(guī)定：高電平為邏輯1，低電平為邏輯0。 負邏輯體制規(guī)定：低電平為邏輯1，高電平為邏輯0。 下圖為采用正邏輯體制所表示的邏輯信號： 邏輯0 邏輯0 邏輯0 邏輯1 邏輯1 2.正邏輯與負邏輯1.1 數(shù)字電路的基本概念第7頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三數(shù)字信號是在高電平和低電平兩個狀態(tài)之間作階躍式變化的信號，它有兩種形式： 電平型：在一個節(jié)拍內(nèi)用高電平代表1、低電平代表0 。 脈沖型：在

5、一個節(jié)拍內(nèi)用有脈沖高代表1、無脈沖代表0。 3.數(shù)字波形的兩種類型00000011111111T電平型脈沖型1.1 數(shù)字電路的基本概念第8頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三 三、數(shù)字電路1.數(shù)字電路與模擬電路比較比較項目模擬電路數(shù)字電路工作信號模擬信號數(shù)字信號器件的工作狀態(tài)放大狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)輸出與輸入的關(guān)系線性關(guān)系邏輯關(guān)系基本操作放大、調(diào)制、變頻、穩(wěn)壓與、或、非、寄存、譯碼、編碼、計數(shù)基本單元電路放大器、運算放大器等門電路、觸發(fā)器等基本分析方法圖解法，微變等效電路法等邏輯代數(shù)、真值表、卡諾圖、狀態(tài)圖等常用EDA分析方法Pspice、orCAD、Multisim等VHDL、V

6、erilog HDL、MAX+plus2等1.1 數(shù)字電路的基本概念第9頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三 2.數(shù)字電路的特點 （1）設(shè)計簡單。以二值數(shù)字邏輯為基礎(chǔ)的，只有0和1兩個基本數(shù)字，易于用電路來實現(xiàn)。（2）工作可靠。數(shù)字電路中電壓的準確值并不重要，只要能區(qū)別開高低電平就可以，因此抗干擾能力強。（3）功能強。數(shù)字電路不僅能完成數(shù)值運算，而且能進行邏輯判斷和運算。（4）信息存儲方便?？蓪?shù)字信息存入磁盤、光盤等長期保存。大規(guī)模存儲技術(shù)能在相對較小的物理空間上存儲幾十億位信息。（5）可編程。現(xiàn)今大多數(shù)數(shù)字設(shè)計都可以通過先用硬件描述語言進行編程，然后下載到可編程邏輯器件

7、上的方法來完成。1.1 數(shù)字電路的基本概念第10頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三 3. 數(shù)字集成電路 數(shù)字集成電路集成度的分類分類集成度典型的數(shù)字集成電路小規(guī)模（SSI）100個元件/每片各種邏輯門電路、觸發(fā)器中規(guī)模（MSI）1001000個元件/每片計數(shù)器、譯碼器、寄存器、轉(zhuǎn)換電路大規(guī)模（LSI）1000105個元件/每片小型存儲器、門陣列、中央控制器超大規(guī)模（VLSI）105106個元件/每片大型存儲器、單片機、各種接口電路特大規(guī)模（ULSI）106個元件/每片可編程邏輯器件、多功能集成電路 數(shù)字電路是20世紀發(fā)展最快的技術(shù)之一。它走過了繼電器電子管晶體管集成電路的

8、發(fā)展里程。從上世紀60年代至今幾十年間集成電路從SSI到MSI，到LSI，到VLSI，再到ULSI，芯片的集成度幾乎每年翻一番。世界大步跨入了信息時代。1.1 數(shù)字電路的基本概念第11頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三一、幾種常用的計數(shù)體制 1.十進制(Decimal) 2.二進制(Binary) 3.十六進制(Hexadecimal)與八進制（Octal）二、不同數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換 1二進制轉(zhuǎn)換成十進制例 將二進制數(shù)10011.101轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 解：將每一位二進制數(shù)乘以位權(quán)，然后相加，可得 (10011.101)B124023022121 120121022123

9、 （19.625)D1.2 數(shù)制與BCD碼第12頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三232例1.2.2 將十進制數(shù)23轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。解： 用“除2取余”法轉(zhuǎn)換: 2.十進制轉(zhuǎn)換成二進制則（23)D =（10111)B 1.2 數(shù)制 11余1b025余1b122余1b221余0b32余10b4讀取次序第13頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三三. 二十進制碼（ BCD碼） BCD碼用二進制代碼來表示十進制的09十個數(shù)。 1.2 數(shù)制 位權(quán)0123456789十進制數(shù)8 4 2 10 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1

10、 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 18421碼2 4 2 10 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 12421碼0 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 111 0 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 01 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 111 0 05 4 2 15421碼無權(quán)余3碼 常用BCD碼第14頁，共28頁，2022年，5月2

11、0日，7點21分，星期三解：（83）D（1000 0011）8421 （83）D（1110 0011）2421 （83）D（1011 0110）余3舉例：將十進制數(shù)83分別用8421碼、2421碼和 余3碼表示。第15頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三1.3 基本邏輯運算一、基本邏輯運算設(shè)：開關(guān)閉合=“1”； 開關(guān)不閉合=“0” 燈亮，L=1； 燈不亮，L=0 與邏輯只有當決定一件事情的條件全部具備之后，這件事情才會發(fā)生。1與運算與邏輯表達式：AB燈L不閉合不閉合閉合閉合不閉合閉合不閉合閉合不亮不亮不亮亮0101BLA0011輸 入0001輸出 與邏輯真值表23&ABLA

12、BLBAL與邏輯符號：國標符號VBLA第16頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三或邏輯表達式： LA+B 或邏輯當決定一件事情的幾個條件中，只要有一個或一個以上條件具備，這件事情就發(fā)生。AB燈L不閉合不閉合閉合閉合不閉合閉合不閉合閉合不亮亮亮亮0101BLA0011輸 入0111輸出 或邏輯真值表2或運算123ABLLBABAL1+或邏輯符號：國標符號 1.3 基本邏輯運算 ALBV第17頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三3非運算非邏輯某事情發(fā)生與否，僅取決于一個條件，而且是對該條件的否定。即條件具備時事情不發(fā)生；條件不具備時事情才發(fā)生。A燈L閉合不閉

13、合不亮亮LA0110非邏輯真值表非邏輯表達式： 21LLALAA非邏輯符號：國標符號 1.3 基本邏輯運算 ALRV第18頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三 1與非 由與運算 和非運算組合成。0101BLA0011輸 入1110輸出 “與非”真值表0101BLA0011輸 入1000輸出 “或非”真值表二、其他常用邏輯運算 2或非 由或運算和非運算組合而成。 1.3 基本邏輯運算 &ABL=ABABL=A+B1第19頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三 3與或非與或非是由與、或、非三種運算組合而成。 與或非的邏輯表達式為：23133CD&L&1ABBA

14、DCL1&DCBAL與或非的邏輯符號：國標符號 1.3 基本邏輯運算 第20頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三異或的邏輯表達式為： 4異或異或是一種二變量邏輯運算，當兩個變量取值相同時，邏輯函數(shù)值為0；當兩個變量取值不同時，邏輯函數(shù)值為1。0101BLA0011輸 入0110輸出 “異或”真值表231BAL=1BAL+BAL異或邏輯符號 國標符號 1.3 基本邏輯運算 第21頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三三、邏輯門對信號的控制作用為什么叫”門電路”？ B=1 B=0 L=A L=0 B=0 L=A B=1 L=1第22頁，共28頁，2022年，5

15、月20日，7點21分，星期三1.4 邏輯函數(shù)及其表示方法一、邏輯函數(shù)的建立例 三個人表決一件事情，結(jié)果按“少數(shù)服從多數(shù)”的原則決定，試建立該邏輯函數(shù)。第三步：根據(jù)題義及上述規(guī)定 列出函數(shù)的真值表。0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C00010111 L三人表決電路真值表第二步：狀態(tài)賦值。 對于自變量A、B、C設(shè)： 同意為邏輯“1”， 不同意為邏輯“0”。 對于因變量L設(shè)： 事情通過為邏輯“1”， 沒通過為邏輯“0”。解：第一步：設(shè)置自變量和因變量。 第23頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三 邏輯函數(shù)與普通代數(shù)中的函數(shù)相

16、比較，有兩個突出的特點：（1）邏輯變量和邏輯函數(shù)只能取兩個值0和1。（2）函數(shù)和變量之間的關(guān)系是由“與”、“或”、“非”三種基本運算決定的。 一般地說，若輸入邏輯變量A、B、C的取值確定以后，輸出邏輯變量L的值也唯一地確定了，就稱L是A、B、C的邏輯函數(shù)，寫作： L=f（A，B，C）1.4 邏輯函數(shù)及其表示方法第24頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三 二、邏輯函數(shù)的表示方法 1真值表將輸入邏輯變量的各種可能取值和相應(yīng)的函數(shù)值排列在一起而組成的表格。 2函數(shù)表達式由邏輯變量和“與”、“或”、“非”三種運算符所構(gòu)成的表達式。 由真值表可以轉(zhuǎn)換為函數(shù)表達式。例如，由“三人表決”

17、函數(shù)的真值表可寫出邏輯表達式：解：該函數(shù)有兩個變量，有4種取值的可能組合，將他們按順序排列起來即得真值表。0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C00010111 L三人表決電路真值表 反之，由函數(shù)表達式也可以轉(zhuǎn)換成真值表。真值表0 00 11 01 1A B 1001 L例1.4.2 列出下列函數(shù)的真值表：1.4 邏輯函數(shù)及其表示方法第25頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三由函數(shù)表達式可以畫出邏輯圖。解：可用兩個非門、兩個與門和一個或門組成。由邏輯圖也可以寫出表達式。解：3邏輯圖由邏輯符號及它們之間的連線而構(gòu)成的圖形。例 寫出如圖所示邏輯圖的函數(shù)表達式。例1.4.3 畫出函數(shù) 的邏輯圖： 1.4 邏輯函數(shù)及其表示方法11&1ABL&C&BAL1第26頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三例 設(shè)計一個半加器，即能實現(xiàn)兩個一位二進制數(shù)加法運算的電路。分別列出它的真值表，寫出邏輯表達式，畫出邏輯圖。畫出邏輯電路圖：由真值表寫出表達式:輸 入輸 出被加數(shù)A 加數(shù)B和數(shù)S 進位數(shù)C0 0 0 1 1 01 10 0 1 0 1 00 1解：列出半加器的真值表：1.4 邏輯函數(shù)及其表示方法ABCS&=1第27頁，共28頁，2022年，5月20日，7點21分，星期三本章小