D1-1數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)課件

D1-1數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)課件第一頁(yè)，共47頁(yè)。教學(xué)內(nèi)容：課程任務(wù)原理、分析硬件編程語(yǔ)言（VHDL)典型單元設(shè)計(jì)第二頁(yè)，共47頁(yè)。電子電路中的信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)幅度隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)幅度隨時(shí)間離散變化的二值信號(hào)一、數(shù)字系統(tǒng)：第一章開關(guān)理論基礎(chǔ)§1.1數(shù)字系統(tǒng)處理數(shù)字信號(hào)的實(shí)體。第三頁(yè)，共47頁(yè)。模擬信號(hào)tV(t)tV(t)數(shù)字信號(hào)高電平(1)低電平(0)上升沿下降沿負(fù)邏輯：高電平為“0”，低電平為”1”。HIGHLOWVH(max)VH(min)VL(max)VL(min)Invalid第四頁(yè)，共47頁(yè)。DigitaldataCDdrive10110011101AnalogreproductionofmusicaudiosignalSpeakerSoundwavesDigital-to-analogconverterLinearamplifierCD播放器bit數(shù)字電路的特點(diǎn)：1)二值信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，保密性好；2)通用性強(qiáng)，具有極強(qiáng)的信息處理和控制能力；第五頁(yè)，共47頁(yè)。二、模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別1、工作任務(wù)不同：模擬電路：大小、相位、失真等；數(shù)字電路：邏輯關(guān)系（因果關(guān)系）。模擬電路：工作在線性放大區(qū),是放大管；數(shù)字電路：工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài)，是開關(guān)管。2、晶體管的工作狀態(tài)不同：數(shù)字系統(tǒng)與模擬信號(hào)聯(lián)系時(shí)，必須經(jīng)過模/數(shù)(A/D)、數(shù)/模(D/A)電路。第六頁(yè)，共47頁(yè)。3、數(shù)字電路含有兩種運(yùn)算:1)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算；2)邏輯運(yùn)算；第七頁(yè)，共47頁(yè)。三、數(shù)字信號(hào)的表示數(shù)字信號(hào)電平信號(hào)脈沖信號(hào)以一個(gè)節(jié)拍內(nèi)信號(hào)是高、低電平來(lái)表示“1”或“0”以一個(gè)節(jié)拍內(nèi)有無(wú)脈沖來(lái)表示“1”或“0”10110第八頁(yè)，共47頁(yè)?！?.2數(shù)制與碼制1、數(shù)制DecimalBinaryOctalHexadecimal012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110123456710111213141516170123456789ABCDEF多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法、從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則。復(fù)習(xí)第九頁(yè)，共47頁(yè)。二、常用編碼編碼：用文字、符號(hào)或數(shù)碼來(lái)表示某種信息的過程。

第十頁(yè)，共47頁(yè)。數(shù)字系統(tǒng)的信息數(shù)值文字符號(hào)二進(jìn)制代碼編碼N項(xiàng)信息進(jìn)行編碼，要求二進(jìn)制代碼的位數(shù)n應(yīng)滿足：第十一頁(yè)，共47頁(yè)。可靠性編碼數(shù)字系統(tǒng)編碼BCD碼（只有十個(gè)編碼組）（BinaryCodedDecimal）ASCII碼（用7位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼）有權(quán)碼無(wú)權(quán)碼格雷碼奇偶校驗(yàn)碼第十二頁(yè)，共47頁(yè)。每一位都有固定權(quán)值的BCD碼。1.1.有權(quán)BCD碼1)8421碼用0000～1001（自然二進(jìn)制）代表0～9。權(quán)值從高往低分別為8,4,2,1。冗余1010--1111。1.二～十進(jìn)制編碼（BCD碼）用四位二進(jìn)制代碼表示一位十進(jìn)制數(shù)的計(jì)數(shù)符號(hào)的編碼方法。8421碼2421碼5421碼8421碼是一種人機(jī)聯(lián)系時(shí)廣泛使用的中間形式第十三頁(yè)，共47頁(yè)。(28）10=（）8421

＝（11100）2直接按位轉(zhuǎn)換(28）10=十進(jìn)制數(shù)8421碼0000010001200103001140100501016011070111810009100101234567891011121314150000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111DecimalBinaryBCD0001000100010001000100010000000100100011010001010110011110001001000000010010001101000101

注意區(qū)別第十四頁(yè)，共47頁(yè)。8421碼的特點(diǎn)：1）1010—1111為冗余碼2)運(yùn)算時(shí)按逢10進(jìn)1的原則,并且要進(jìn)行調(diào)整。例:8+9=171000+)1001

10001

進(jìn)位+)01100111例:7+6=130111+)01101101

+)011010011第十五頁(yè)，共47頁(yè)。調(diào)整原則:

有進(jìn)位或出現(xiàn)冗余碼（和＞9）時(shí),+6調(diào)整。判9加6第十六頁(yè)，共47頁(yè)。2)2421碼權(quán)值由高到低分別為：2,4,2,1。

不允許出現(xiàn)0101～1010的6種狀態(tài)。

取對(duì)9的自補(bǔ)碼十進(jìn)制

2.4.2.1碼

0

0000

1

0001

2

0010

3

0011

4

0100

5

1011

6

1100

7

1101

8

1110

9

1111

執(zhí)行十進(jìn)制數(shù)相加時(shí)，能正確地產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)。第十七頁(yè)，共47頁(yè)。

是一種無(wú)權(quán)碼。

有六個(gè)冗余碼。（0000、0001、0010、1101、1110、1111）

對(duì)9的自補(bǔ)碼。將8421碼的每個(gè)碼都加0011。執(zhí)行十進(jìn)制數(shù)相加時(shí)，能正確地產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)。十進(jìn)制

余3碼

0

0011

1

0100

2

0101

3

0110

4

0111

5

1000

6

1001

7

1010

8

1011

9

1100

1.2.無(wú)權(quán)BCD碼（余3碼）第十八頁(yè)，共47頁(yè)。2.1.循環(huán)碼（典型格雷碼）2、可靠性編碼為減少錯(cuò)誤的產(chǎn)生，或者能檢測(cè)出錯(cuò)誤的發(fā)生，所設(shè)定的碼制。1101例：13的格雷碼：101101234567891011121314150000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111DecimalBinaryGraycode0000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000G：1011B：1101多種編碼方案，相鄰的兩個(gè)代碼只有1位取值不同。減少傳輸錯(cuò)誤。0≤i≤n-2第十九頁(yè)，共47頁(yè)。2.2、奇偶校驗(yàn)碼用來(lái)檢驗(yàn)在傳送過程中是否產(chǎn)生錯(cuò)誤的代碼。碼中1的個(gè)數(shù)強(qiáng)制為奇數(shù)（或偶數(shù)）。

組成（兩部分）：

編碼方式（兩種）：

檢驗(yàn)位——

僅1位校驗(yàn)碼信息位——

位數(shù)不限

偶檢驗(yàn)——

校驗(yàn)碼中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)編碼方式奇校驗(yàn)——

校驗(yàn)碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)“a”：奇校驗(yàn)：0第二十頁(yè)，共47頁(yè)。信息位(7位)

采用奇檢驗(yàn)的檢驗(yàn)位

(1位)

采用偶檢驗(yàn)的檢驗(yàn)位

(1位)

1001101

3)特點(diǎn)

(1)編碼簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)；(2)奇偶檢驗(yàn)碼只有檢錯(cuò)能力，沒有糾錯(cuò)能力；(3)只能發(fā)現(xiàn)單錯(cuò)，不能發(fā)現(xiàn)雙錯(cuò)。信息位(7位)

采用奇檢驗(yàn)的檢驗(yàn)位

(1位)

采用偶檢驗(yàn)的檢驗(yàn)位

(1位)

1001101

110011010

第二十一頁(yè)，共47頁(yè)?！?.3邏輯函數(shù)及其描述工具六種表示方法邏輯代數(shù)式

邏輯圖:卡諾圖真值表：波形圖硬件描述語(yǔ)言ABF第二十二頁(yè)，共47頁(yè)。邏輯代數(shù)不表示數(shù)量的大小關(guān)系，而是邏輯因果關(guān)系。它的三種基本運(yùn)算式：與、或、非。邏輯代數(shù)表示邏輯思維，將邏輯歸結(jié)為一種代數(shù)演算的數(shù)學(xué)工具。（GeorgeBoole、Shannon）。是數(shù)字系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和重要數(shù)學(xué)工具！一、基本邏輯運(yùn)算及邏輯門第二十三頁(yè)，共47頁(yè)。1.與運(yùn)算（邏輯乘）開關(guān)（A，B，C）斷開為0、閉合為1；燈F滅為0；亮為1；EFABC（1）函數(shù)式：F＝A·B·C輸入與輸出之間的關(guān)系寫成與、或、非等運(yùn)算的組合式。A、B、C都具備時(shí)，事件F才發(fā)生。第二十四頁(yè)，共47頁(yè)。將變量的所有取值組合與相應(yīng)函數(shù)F的值列成的表。邏輯功能：輸入有0,輸出為0（2)真值表：AFBC000100010110001101011111AFBC00001000010011000010101001101111真值表具有唯一性。（3)邏輯圖：用邏輯符號(hào)表示形成的邏輯電路圖。第二十五頁(yè)，共47頁(yè)。（4）波形圖：用電平的高低表示邏輯變量變化的圖形。ABCF（4）硬件描述語(yǔ)言（VHDL）：F<=AandBandCF＝A·B·C輸入有變，輸出可變第二十六頁(yè)，共47頁(yè)。2.或運(yùn)算F＝A+B＋C邏輯功能：輸入有1，輸出為1AEFBCA、B、C只要有一個(gè)具備時(shí)，事件F就發(fā)生。AFBC000100010110001101011111AFBC00001001010111010011101101111111第二十七頁(yè)，共47頁(yè)。ABCFF<=AorBorC第二十八頁(yè)，共47頁(yè)。3.非運(yùn)算F＝AEFEAF

F<=notA

（VHDL)AF第二十九頁(yè)，共47頁(yè)。A1A0A2A3X?A=0011時(shí)x＝1，則？＝譯碼第三十頁(yè)，共47頁(yè)。4.復(fù)合邏輯運(yùn)算1)與非、或非邏輯與非：運(yùn)算規(guī)則：先與/后非F＝ABABFF<=AnandB（VHDL)ABF第三十一頁(yè)，共47頁(yè)。運(yùn)算規(guī)則：先或/后非F＝A＋B或非：2)與或非運(yùn)算AF邏輯符號(hào)B＋CD

運(yùn)算規(guī)則：先與/后或/再非F＝AB+CDABFF<=AnorB（VHDL)第三十二頁(yè)，共47頁(yè)。A1A0A2A3X?A=0011時(shí)x＝0，則？＝第三十三頁(yè)，共47頁(yè)。330

W+5.0V飛機(jī)著陸功能檢測(cè)系統(tǒng)起落架傳感器展開＝低電平0收回＝高電平1第三十四頁(yè)，共47頁(yè)。3)異或邏輯AF邏輯符號(hào)BABFF<=AxorB（VHDL)

兩變量異或：A、B相異，輸出為1?！鞍次患印盇BY=1第三十五頁(yè)，共47頁(yè)。輸入變量有奇數(shù)個(gè)1，則輸出為1；否則，輸出為0。

“異或”電路的特殊功能

奇偶檢測(cè)電路ABCDY

多變量的“異或”第三十六頁(yè)，共47頁(yè)。A，A控制電路：ACF控制端第三十七頁(yè)，共47頁(yè)。B3B0B2B1G0G3G1G2G3G0G2G1B0B3B1B2BinarytoGrayGraytoBinary1101101110111101第三十八頁(yè)，共47頁(yè)。4)同或（異或非）：

A、B相同，輸出為1。ABF偶數(shù)個(gè)變量：同或、異或互為非；奇數(shù)個(gè)變量：同或、異或相等。ABY=第三十九頁(yè)，共47頁(yè)。A0B0A1B1A2B2A3B3OutputA=B(?)比較器第四十頁(yè)，共47頁(yè)。異或門(a)常用符號(hào)(b)美、日常用符號(hào)(c)國(guó)標(biāo)符號(hào)ABYABYABY&與非門ABYABYABY1或非門異或非門ABYABYABY=1ABYABYABY=第四十一頁(yè)，共47頁(yè)。一.三態(tài)門（TSL

門）TSL門（ThreeStateLogic）：輸出有0、1兩種狀態(tài)外，還有高阻狀態(tài)（禁止態(tài)）。E（Enable）使能端。1.基本概念：E＝1時(shí)，輸出F＝AB；E＝0時(shí)，與非門禁止，輸出呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。ABEF日美常用符號(hào)E

AB

F0XX高阻100110111011110§補(bǔ)1兩類特殊門電路（1)使能端高電平有效：第四十二頁(yè)，共47頁(yè)。（2)使能端低電平有