數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第3章數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件第1次

第3章數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)本章主要介紹數(shù)字電子技術(shù)的概述和基本概念，包括數(shù)字電路的基本組成、邏輯代數(shù)、邏輯門電路和組合邏輯電路等。ffbyfsadswefadsgsa3.1數(shù)字信號與模擬信號模擬信號模擬信號是連續(xù)變化的信號，其幅度和頻率可以取任意值。例如，聲音信號，光信號，溫度信號等。數(shù)字信號數(shù)字信號是離散的信號，其幅度和頻率只能取有限個值。例如，計算機中的數(shù)據(jù)信號，電報信號，數(shù)字圖像信號等。特點比較數(shù)字信號相對于模擬信號具有抗干擾能力強，易于存儲和傳輸，易于處理和控制，易于實現(xiàn)復雜的邏輯運算等優(yōu)點。3.1.1數(shù)字信號的特點數(shù)字信號是由一系列離散的數(shù)值表示的，這些數(shù)值代表了信號在特定時間點的幅度。這意味著數(shù)字信號可以被量化，并且每個數(shù)值都有一個特定的含義。1離散性時間和幅度都是離散的2量化幅度被限制在有限數(shù)量的值3編碼使用二進制代碼表示信號數(shù)字信號的這些特點使其具有許多優(yōu)點，例如抗干擾能力強，易于處理和傳輸，以及易于存儲和恢復。3.1.2模擬信號與數(shù)字信號的比較1模擬信號模擬信號是連續(xù)變化的，可以表示無限多個值。它可以用來表示聲音、溫度、光線等。2數(shù)字信號數(shù)字信號是離散變化的，只能表示有限個值。它通常使用二進制編碼，用0和1表示信息。3比較數(shù)字信號更易于處理和傳輸，抗干擾能力更強，但精度有限。模擬信號精度高，但處理和傳輸困難，易受干擾。3.2數(shù)制與編碼1數(shù)制概述介紹不同進制的定義和特點。2二進制數(shù)制深入探討二進制數(shù)的表示方法和轉(zhuǎn)換。3二進制編碼講解常見二進制編碼方式，例如BCD碼和格雷碼。4進制轉(zhuǎn)換學習不同進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換方法和技巧。數(shù)制是表示數(shù)字的方法，常見的數(shù)制包括十進制、二進制、八進制和十六進制等。在數(shù)字電子技術(shù)中，二進制數(shù)制最為重要，因為它可以用0和1兩種狀態(tài)來表示數(shù)據(jù)，方便計算機處理。二進制編碼是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進制表示的形式，常用的編碼方式包括BCD碼、格雷碼和ASCII碼等。了解數(shù)制和編碼是學習數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)。3.2.1數(shù)制概述1數(shù)制定義數(shù)制是表示數(shù)字的一種方法。它定義了數(shù)字的基數(shù)、符號集和進位規(guī)則。2常用數(shù)制常見的數(shù)制包括二進制、十進制、八進制和十六進制。不同的數(shù)制在不同的領(lǐng)域有不同的應(yīng)用。3數(shù)制轉(zhuǎn)換不同數(shù)制之間可以相互轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換方法包括進制轉(zhuǎn)換公式和算法。3.2.2二進制數(shù)制定義二進制數(shù)制是計算機內(nèi)部使用的最基本、最常用的數(shù)制。它只有兩種數(shù)字0和1，分別代表“開”和“關(guān)”狀態(tài)，對應(yīng)電平的高低。位權(quán)二進制數(shù)中，每個數(shù)字位的權(quán)值是2的冪次，權(quán)值從右往左遞增。進制轉(zhuǎn)換將其他進制的數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，可以使用除二取余法，將商和余數(shù)寫成二進制數(shù)，最后將余數(shù)倒序排列即可。3.2.3二進制編碼1二進制編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進制形式2編碼方式根據(jù)數(shù)據(jù)類型和應(yīng)用場景選擇3編碼特點高效、可靠、易于實現(xiàn)4編碼示例ASCII碼、BCD碼、格雷碼二進制編碼是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進制形式的過程，它在數(shù)字電子技術(shù)中扮演著至關(guān)重要的角色。通過二進制編碼，我們可以將各種數(shù)據(jù)，例如數(shù)字、字符、指令等，轉(zhuǎn)換為由0和1組成的二進制代碼，以便在計算機系統(tǒng)中進行存儲、處理和傳輸。選擇合適的編碼方式，能夠滿足不同的應(yīng)用場景，并確保數(shù)據(jù)的高效、可靠和易于實現(xiàn)。3.2.4十進制數(shù)與二進制數(shù)的轉(zhuǎn)換十進制數(shù)與二進制數(shù)的轉(zhuǎn)換是數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)中重要的知識點。掌握十進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換方法，可以幫助我們更好地理解數(shù)字電路的工作原理和設(shè)計數(shù)字電路。十進制數(shù)與二進制數(shù)的轉(zhuǎn)換方法主要有兩種：一是整數(shù)的轉(zhuǎn)換，二是小數(shù)的轉(zhuǎn)換。整數(shù)的轉(zhuǎn)換方法是利用“除二取余，逆序排列”的方法，而小數(shù)的轉(zhuǎn)換方法是利用“乘二取整，順序排列”的方法。3.3布爾代數(shù)與邏輯運算1布爾代數(shù)的基本概念布爾代數(shù)是一種以英國數(shù)學家喬治·布爾命名的代數(shù)系統(tǒng)。它用于處理邏輯值，通常表示為真（1）或假（0）。2布爾代數(shù)的基本運算布爾代數(shù)定義了三種基本運算：與運算（AND）、或運算（OR）和非運算（NOT）。這些運算用于組合邏輯值并創(chuàng)建復雜的邏輯表達式。3布爾代數(shù)的基本定理和公式布爾代數(shù)還包含一些基本定理和公式，這些定理和公式可以用來簡化邏輯表達式并分析邏輯電路的行為。3.3.1布爾代數(shù)的基本概念布爾代數(shù)是英國數(shù)學家喬治·布爾在19世紀中期提出的。它是一種以0和1為元素的代數(shù)系統(tǒng)，用來描述和分析邏輯關(guān)系。布爾代數(shù)在數(shù)字電路設(shè)計中非常重要，因為它可以用來描述和設(shè)計數(shù)字電路。1布爾代數(shù)的基本概念2布爾運算包括“與”、“或”、“非”三種基本運算3布爾表達式使用布爾變量和布爾運算符來表示邏輯關(guān)系4布爾函數(shù)一個布爾表達式表示的邏輯關(guān)系3.3.2布爾代數(shù)的基本運算與運算與運算符號用“·”表示，表示兩個操作數(shù)都為1時，結(jié)果才為1。否則結(jié)果為0?；蜻\算或運算符號用“+”表示，表示兩個操作數(shù)中只要有一個為1，結(jié)果就為1。只有當兩個操作數(shù)都為0時，結(jié)果才為0。非運算非運算符號用“-”或“′”表示，表示對一個操作數(shù)取反。如果操作數(shù)為1，則結(jié)果為0；如果操作數(shù)為0，則結(jié)果為1。異或運算異或運算符號用“⊕”表示，表示當兩個操作數(shù)相同時，結(jié)果為0；當兩個操作數(shù)不同時，結(jié)果為1。3.3.3布爾代數(shù)的基本定理和公式1交換律A+B=B+A,A·B=B·A2結(jié)合律(A+B)+C=A+(B+C),(A·B)·C=A·(B·C)3分配律A·(B+C)=A·B+A·C,A+(B·C)=(A+B)·(A+C)4吸收律A+A·B=A,A·(A+B)=A布爾代數(shù)的基本定理和公式是布爾代數(shù)的重要組成部分，它們是推導布爾表達式和化簡布爾表達式的重要工具。布爾代數(shù)的基本定理和公式可以用來推導出很多其他重要的公式和定理，這些公式和定理在數(shù)字電路的設(shè)計和分析中具有重要的應(yīng)用價值。3.4邏輯門電路邏輯門電路是數(shù)字電路的基本單元，是實現(xiàn)數(shù)字邏輯運算的基本元件。邏輯門電路根據(jù)輸入信號的不同組合產(chǎn)生不同的輸出信號，從而實現(xiàn)邏輯運算。1基本邏輯門與門、或門、非門、異或門、同或門等。2復合邏輯門由多個基本邏輯門組合而成，實現(xiàn)更復雜的邏輯功能。3邏輯門電路的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于計算機、通信、控制等領(lǐng)域。3.4.1邏輯門電路的基本概念1定義邏輯門電路是數(shù)字電路中最基本的單元。它們接受一個或多個邏輯輸入信號，根據(jù)特定的邏輯運算規(guī)則輸出一個邏輯信號。2基本功能邏輯門電路執(zhí)行基本的邏輯運算，如與、或、非等。這些運算在數(shù)字電路中用于實現(xiàn)各種復雜的功能。3符號表示邏輯門電路通常使用符號來表示，每個符號對應(yīng)于特定的邏輯運算。這些符號有助于理解電路的功能并簡化電路分析。3.4.2基本邏輯門電路基本邏輯門電路是數(shù)字電路中最基本的組成單元。1非門輸出與輸入取反2與門所有輸入為真時輸出為真3或門至少一個輸入為真時輸出為真基本邏輯門電路根據(jù)其功能可以分為非門、與門和或門。邏輯門電路之間可以相互組合形成更復雜的邏輯電路。3.4.3復合邏輯門電路概念復合邏輯門電路是指由兩個或多個基本邏輯門電路組合而成的邏輯電路。它們可以實現(xiàn)更復雜的功能，并提供更廣泛的邏輯運算。類型常見的復合邏輯門電路包括與非門、或非門、異或非門、同或非門等。這些門電路可以實現(xiàn)基本的邏輯運算，并可以組合成更復雜的邏輯電路。應(yīng)用復合邏輯門電路廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路設(shè)計中，例如數(shù)據(jù)處理、控制系統(tǒng)、通信設(shè)備等。3.5組合邏輯電路組合邏輯電路是指電路的輸出僅取決于當前的輸入，而與電路的歷史狀態(tài)無關(guān)。電路的輸出狀態(tài)僅僅依賴于當前輸入信號的組合，也就是說，只要輸入信號不變，電路的輸出狀態(tài)就不會發(fā)生變化。1組合邏輯電路的概念輸出僅取決于當前輸入。2組合邏輯電路的分析根據(jù)真值表設(shè)計邏輯電路。3組合邏輯電路的設(shè)計利用邏輯門電路實現(xiàn)邏輯函數(shù)。組合邏輯電路可以實現(xiàn)各種邏輯功能，例如加法器、減法器、比較器、譯碼器等。組合邏輯電路在數(shù)字系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。3.5.1組合邏輯電路的概念定義組合邏輯電路是指其輸出信號僅取決于當前輸入信號的邏輯電路。沒有記憶功能。特點組合邏輯電路輸出信號不依賴于電路過去的狀態(tài)，即電路沒有記憶功能。電路輸出僅由當前輸入信號決定。應(yīng)用組合邏輯電路廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理、控制、編碼、譯碼、加減運算等領(lǐng)域。3.5.2組合邏輯電路的分析1邏輯表達式首先，需要根據(jù)電路圖寫出邏輯表達式。表達式反映了電路的邏輯功能，可以幫助我們更好地理解電路。2真值表通過邏輯表達式，可以列出真值表。真值表顯示了輸入和輸出之間的對應(yīng)關(guān)系，可以全面地描述電路的邏輯功能。3邏輯圖最后，可以根據(jù)真值表繪制邏輯圖。邏輯圖是電路的圖形表示，便于理解電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能。3.5.3組合邏輯電路的設(shè)計組合邏輯電路的設(shè)計是指根據(jù)給定的邏輯功能，確定電路的邏輯結(jié)構(gòu)，并選用合適的邏輯門電路來實現(xiàn)。1功能分析確定電路的功能，如加法器、譯碼器等。2邏輯表達式根據(jù)功能分析結(jié)果，寫出邏輯表達式。3邏輯圖根據(jù)邏輯表達式，畫出邏輯圖。4電路實現(xiàn)根據(jù)邏輯圖，選用合適的邏輯門電路來實現(xiàn)。組合邏輯電路的設(shè)計需要綜合考慮功能、成本、性能等因素。在設(shè)計過程中，需要不斷優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，以提高電路的可靠性、效率和經(jīng)濟性。3.6時序邏輯電路1時序邏輯電路狀態(tài)記憶2觸發(fā)器基本單元3計數(shù)器狀態(tài)變化4移位寄存器數(shù)據(jù)移動時序邏輯電路是一種狀態(tài)記憶的電路，它不僅依賴于當前輸入信號，還取決于電路本身過去的狀態(tài)，即電路具有記憶功能。觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元，它是具有記憶功能的邏輯電路，能夠存儲一位二進制信息。基于觸發(fā)器，可以構(gòu)建計數(shù)器、移位寄存器等更復雜的時序邏輯電路。3.6.1時序邏輯電路的概念1時序邏輯電路概述時序邏輯電路，簡稱時序電路，其輸出不僅與當前輸入有關(guān)，還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)。它們包含存儲單元，可以記憶過去輸入的信號狀態(tài)。2時序電路的特點時序電路具有記憶功能，可以保持輸出狀態(tài)，甚至在輸入信號消失后也能維持一段時間。它們通常包含觸發(fā)器，充當存儲單元。3時序邏輯電路的分類時序電路主要分為同步時序電路和異步時序電路，它們根據(jù)觸發(fā)器的時鐘信號是否同步而進行劃分。3.6.2觸發(fā)器觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元，具有記憶功能，可以存儲一個二進制數(shù)據(jù)。1基本概念觸發(fā)器是指能夠存儲一個二進制位的存儲器。2觸發(fā)器的類型常見的觸發(fā)器類型包括SR觸發(fā)器，D觸發(fā)器，JK觸發(fā)器等。3觸發(fā)器的功能觸發(fā)器可以實現(xiàn)狀態(tài)的存儲，翻轉(zhuǎn)，以及控制信號的傳輸。觸發(fā)器在數(shù)字電子技術(shù)中具有重要的作用，廣