南師大泰院chp1數(shù)字邏輯概論

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程是電氣信息類專業(yè)具入門性質(zhì)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。1.課程性質(zhì)獲得適應(yīng)信息時(shí)代的數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的能力，為以后深入學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)及其相關(guān)學(xué)科和專業(yè)打好基礎(chǔ).2.課程目標(biāo)序言數(shù)字信號(hào)傳輸、變換、產(chǎn)生等。內(nèi)容涉及相關(guān)器件、功能電路及系統(tǒng)。

處理數(shù)字信號(hào)的電子電路及其邏輯功能數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法各種典型器件在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用3.課程研究?jī)?nèi)容a、發(fā)展快b、應(yīng)用廣(2)學(xué)習(xí)方法打好基礎(chǔ)、關(guān)注發(fā)展、注重實(shí)踐(1)課程特點(diǎn)摩爾定律:集成度按10倍/6年的速度發(fā)展。c、工程實(shí)踐性強(qiáng)4.課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法a、掌握基本概念、基本電路和基本分析、設(shè)計(jì)方法b、能獨(dú)立的應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)去分析和解決數(shù)字電路的實(shí)際問題的能力。閻石主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)．》第四版高等教育出版社蔡惟錚主編《基礎(chǔ)電子技術(shù)》《集成電子技術(shù)》高等教育出版社

5.主要教材及參考書李哲英主編《電子技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ)基礎(chǔ)》高等教育出版社鄭家龍、王小海主編《集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程》高等教育出版社

1.數(shù)字邏輯概論1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)1.2數(shù)制—自學(xué)1.3二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算—自學(xué)1.4二進(jìn)制代碼1.5二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算1.6邏輯函數(shù)及其表示方法1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)80年代后-ULSI，10億個(gè)晶體管/片、ASIC制作技術(shù)成熟目前--芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米(0.13~0.09

m)量級(jí)微處理器的時(shí)鐘頻率高達(dá)3GHz（109Hz）90年代后-97年一片集成電路上有40億個(gè)晶體管。60~70代-IC技術(shù)迅速發(fā)展：SSI、MSI、LSI、VLSI。10萬個(gè)晶體管/片。將來-高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結(jié)構(gòu)的電路晶體管時(shí)代電流控制器件半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體二極管、三極管器件半導(dǎo)體集成電路數(shù)碼相機(jī)智能儀器計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)則的不同，--數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。從集成度不同--數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。從電路的形式不同，--數(shù)字電路可分為集成電路和分立電路從器件不同--數(shù)字電路可分為TTL和CMOS電路1、數(shù)字集成電路的分類1.1.2、數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)2、數(shù)字集成電路的特點(diǎn)1)電路簡(jiǎn)單,便于大規(guī)模集成,批量生產(chǎn)2)可靠性、穩(wěn)定性和精度高,抗干擾能力強(qiáng)3)體積小,通用性好,成本低.4)具可編程性,可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化5)高速度低功耗6)加密性好3、數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測(cè)試(1)數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析:根據(jù)電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。(2)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì):從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷?，設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路。分析工具：邏輯代數(shù)。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。（3）數(shù)字電路的測(cè)試技術(shù)數(shù)字電壓表：測(cè)量輸入/輸出端的電壓電子示波器；觀察各點(diǎn)波形。---時(shí)間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號(hào)，如正弦波、三角波等uOt

Otu1.模擬信號(hào)1.1.3模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)波形2、數(shù)字信號(hào)---在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的信號(hào)。數(shù)字電路和模擬電路：工作信號(hào)，研究的對(duì)象不同，分析、設(shè)計(jì)方法以及所用的數(shù)學(xué)工具也相應(yīng)不同電壓(V)二值邏輯電平+3~51H(高電平)0.3~00L(低電平)邏輯電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯）1.1.4數(shù)字信號(hào)的描述方法1、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平在電路中用低、高電平表示0、1兩種邏輯狀態(tài)

0、1數(shù)碼---表示數(shù)量時(shí)稱二進(jìn)制數(shù)表示方式二值數(shù)字邏輯---表示事物狀態(tài)時(shí)稱二值邏輯(a)用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b)16位數(shù)據(jù)的圖形表示2、數(shù)字波形數(shù)字波形------是信號(hào)邏輯電平對(duì)時(shí)間的圖形表示.高電平低電平有脈沖*非歸零型*歸零型比特率--------每秒鐘轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的位數(shù)無脈沖(1)數(shù)字波形的兩種類型:(2)周期性和非周期性

非周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形

占空比Q--表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf----從脈沖幅值的10%到90%上升

下降所經(jīng)歷的時(shí)間(典型值ns)脈沖寬度(tw)----脈沖幅值的50%的兩個(gè)時(shí)間所跨越的時(shí)間周期(T)----表示兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔

tr脈沖寬度

tw

0.5V

4.5V

2.5V

幅值=5.0V

0.0V

5.0V

tf0.5V

2.5V

4.5V

(3)實(shí)際脈沖波形及主要參數(shù)脈沖幅值----高電平與低電平之間的差值。(4)時(shí)序圖----表明各個(gè)數(shù)字信號(hào)時(shí)序關(guān)系的波形圖。橫坐標(biāo)：時(shí)間（省略）

1.2.1十進(jìn)制1.2數(shù)制---自學(xué)

1.2.2二進(jìn)制

1.2.3二-十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

1.2.4十六進(jìn)制和八進(jìn)制1.3二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算-----自學(xué)

1.4二進(jìn)制代碼1.4.1二-十進(jìn)制碼1.4.2格雷碼1.4.3ASCII碼

1.4二進(jìn)制代碼1.二—十進(jìn)制碼(數(shù)值編碼)(BCD碼-----BinaryCodeDecimal）用4位二進(jìn)制數(shù)來表示一位十進(jìn)制數(shù)中的0~9十個(gè)數(shù)碼。

從4位二進(jìn)制數(shù)16種代碼中,選擇10種來表示0~9個(gè)數(shù)碼的方案有很多種。每種方案產(chǎn)生一種BCD碼。碼制:編制代碼所要遵循的規(guī)則BCD碼十進(jìn)制數(shù)碼8421碼2421碼5421碼余3碼余3循環(huán)碼000000000000000110010100010001000101000110200100010001001010111300110011001101100101401000100010001110100501011011100010001100601101100100110011101701111101101010101111810001110101110111110910011111110011001010（1）幾種常用的BCD代碼1.4.1二-十進(jìn)制碼

（2）各種編碼的特點(diǎn)

余３碼的特點(diǎn):當(dāng)兩個(gè)十進(jìn)制的和是10時(shí)，相應(yīng)的二進(jìn)制正好是16，于是可自動(dòng)產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào),而不需修正.0和9,1和8,…..6和4的余３碼互為反碼,這對(duì)在求對(duì)于10的補(bǔ)碼很方便。

余3碼循環(huán)碼：相鄰的兩個(gè)代碼之間僅一位的狀態(tài)不同。按余3碼循環(huán)碼組成計(jì)數(shù)器時(shí)，每次轉(zhuǎn)換過程只有一個(gè)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，譯碼時(shí)不會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)現(xiàn)象。

有權(quán)碼：編碼與所表示的十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)算容易如(10010000)8421BCD=(90)Ｄ

對(duì)于一個(gè)多位的十進(jìn)制數(shù)，需要有與十進(jìn)制位數(shù)相同的幾組BCD代碼來表示。例如：不能省略！不能省略！(3)用BCD代碼表示十進(jìn)制數(shù)對(duì)于有權(quán)BCD碼，可以根據(jù)位權(quán)展開求得所代表的十進(jìn)制數(shù)。例如：[]BCD8421

0111()D

7=11214180+++=

[]()D

BCD2421

7112041211101=+++=

(4)求BCD代碼表示的十進(jìn)制數(shù)1.4.2格雷碼

格雷碼是一種無權(quán)碼。二進(jìn)制碼b3b2b1b0格雷碼G3G2G1G000000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000

編碼特點(diǎn)是：任何兩個(gè)相鄰代碼之間僅有一位不同。

該特點(diǎn)常用于模擬量的轉(zhuǎn)換。當(dāng)模擬量發(fā)生微小變化，格雷碼僅僅改變一位，這與其它碼同時(shí)改變2位或更多的情況相比，更加可靠,且容易檢錯(cuò)。

1.4.3ASCII碼(字符編碼)

ASCII碼即美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。它共有128個(gè)代碼，可以表示大、小寫英文字母、十進(jìn)制數(shù)、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、運(yùn)算符號(hào)、控制符號(hào)等，普遍用于計(jì)算機(jī)的鍵盤指令輸入和數(shù)據(jù)等。1.5二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算*邏輯運(yùn)算:有與、或、非三種基本的邏輯運(yùn)算。*邏輯代數(shù):邏輯代數(shù)中的變量只有0和1兩個(gè)可取值，它們分別用來表示完全兩個(gè)對(duì)立的邏輯狀態(tài)—--只是代碼。邏輯變量、函數(shù)：與普通代數(shù)一樣，可以用大、小寫英文字母或字母+數(shù)字表示。電路狀態(tài)表開關(guān)A開關(guān)B燈斷斷滅斷合滅合合斷滅合亮AB燈電源

１．與運(yùn)算(1)與邏輯:只有當(dāng)決定某一事件的條件全部具備時(shí)，這一事件才會(huì)發(fā)生。這種因果關(guān)系稱為與邏輯關(guān)系。與邏輯舉例

邏輯真值表ABL001010110001與邏輯舉例狀態(tài)表開關(guān)A開關(guān)B燈斷斷滅斷合滅合合斷滅合亮邏輯表達(dá)式

L=A·Ｂ=AB

邏輯符號(hào)ABL&ABL用電子電路實(shí)現(xiàn)的與運(yùn)算稱為“與門”。電路狀態(tài)表開關(guān)A開關(guān)B燈斷斷滅斷合亮合合斷亮合亮

２、或運(yùn)算只要在決定某一事件的各種條件中，有一個(gè)或幾個(gè)條件具備時(shí)，這一事件就會(huì)發(fā)生。這種因果關(guān)系稱為或邏輯關(guān)系。A燈電源B或邏輯舉例邏輯真值表A