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数字电子技术基础数字电子技术基础全套课件全套课件第第1章章数制与编码数制与编码1.1模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号1.1.1 模拟信号与数字信号的概念模拟信号与数字信号的概念模拟（模拟（analog）信号）信号信号的幅度量值随着时间的延续信号的幅度量值随着时间的延续（变化）而发生连续变化。（变化）而发生连续变化。用以传递、加工和处理模拟信号的电子电路被称为用以传递、加工和处理模拟信号的电子电路被称为模拟电路模拟电路。数字（数字（digital）信号）信号信号的幅度量值随着时间的延续（变化）信号的幅度量值随着时间的延续（变化）而发生不连续的，具有离散特性变化而发生不连续的，具有离散特性变化 用于处理数字信号的电路，如传送、存储、变换、算术运算用于处理数字信号的电路，如传送、存储、变换、算术运算和逻辑运算等的电路称为和逻辑运算等的电路称为数字电路数字电路。1.1.2数字电路与模拟电路的区别数字电路与模拟电路的区别 电路类型电路类型 数字电路数字电路模拟电路模拟电路 研究内容研究内容 输入信号与输出信号间的逻辑关系输入信号与输出信号间的逻辑关系如何不失真地进行信号的处理如何不失真地进行信号的处理 信号的信号的 特征特征 时间上离散，但在数值上是单位量的整数倍时间上离散，但在数值上是单位量的整数倍 在时间上和数值上是连续变化的电信号在时间上和数值上是连续变化的电信号 分析方法分析方法 逻辑代数逻辑代数图解法，等效电路，分析计算图解法，等效电路，分析计算数值时间100数值0时间表表1-1数字电路与模拟电路的主要区别数字电路与模拟电路的主要区别1.1.3 数字电路的特点数字电路的特点(1)稳定性好，抗干扰能力强。稳定性好，抗干扰能力强。(2)容易设计，并便于构成大规模集成电路。容易设计，并便于构成大规模集成电路。(3)信息的处理能力强。信息的处理能力强。(4)精度高。精度高。(5)精度容易保持。精度容易保持。(6)便于存储。便于存储。(7)数字电路设计的可编程性。数字电路设计的可编程性。(8)功耗小。功耗小。1.2数字系统中的数制数字系统中的数制1.2.1 十进制数表述方法十进制数表述方法特点特点1.在每个位置只能出现（十进制数）十个数码中的一个。在每个位置只能出现（十进制数）十个数码中的一个。2.低位到相邻高位的进位规则是低位到相邻高位的进位规则是“逢十进一逢十进一”，故称为十进制。，故称为十进制。3.同一数码在不同的位置同一数码在不同的位置(数位数位)表示的数值是不同的。表示的数值是不同的。（1-1）1.2.2 二进制二进制数表述方法数表述方法（1-2）如将如将 (11010.101)2 写成权展开式为：写成权展开式为：1.2.2 二进制二进制数表述方法数表述方法二进制的加法规则是：二进制的加法规则是：0+0=0，1+0=10+1=1，1+1=10二进制的减法规则是：二进制的减法规则是：00=0，01=1（有借位）（有借位）10=1，11=0二进制的乘法规则是：二进制的乘法规则是：00=0，10=001=0，11=1二进制数除法：二进制数除法：11110101=110同样可以用算式完成：同样可以用算式完成：1.2.3十六进制十六进制数表述方法数表述方法十六进制数采用十六进制数采用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和和A、B、C、D、E、F十六个数码。十六个数码。101112131415（1-3）(7F9)16 7162+F161+91601.2.4八进制八进制数表述方法数表述方法八进制数的基数是八进制数的基数是8，它有，它有0、1、2、3、4、5、6、7共共八个有效数码。八个有效数码。（1-4）1.3不同数制间的转换不同数制间的转换1.3.1十六进制、二进制数与十进制数间的转换十六进制、二进制数与十进制数间的转换从小数点开始向左按四位分节，最高位和从小数点开始向左按四位分节，最高位和低位不足四位时，添低位不足四位时，添0补足四位分节，然后补足四位分节，然后用一个等值的十六进制数代换。用一个等值的十六进制数代换。转换转换二进制数二进制数十六进制数十六进制数转换转换二进制数二进制数十六进制数十六进制数将每个十六进制数用将每个十六进制数用4位二进制来书写，位二进制来书写，其最左侧或最右侧的可以省去。其最左侧或最右侧的可以省去。转换转换二进制数二进制数十进制数十进制数通常采用基数乘除法。通常采用基数乘除法。转换转换二进制数二进制数十进制数十进制数将对应的二、十六进制数按各位权展开，将对应的二、十六进制数按各位权展开，并把各位值相加。并把各位值相加。1.3.1十六进制、二进制数与十进制数间的转换十六进制、二进制数与十进制数间的转换【例例1-1】将二进制数将二进制数(110101101)2转换为十进制数。转换为十进制数。解：解：(110101101)2 125+l24+023+122+021+l20+12-1+02-2+12-3 32+16+0+4+0+1+0.5+0+0.125 (53625)D【例例1-2】将十六进制数将十六进制数(4E5.8)H转换为十进制数。转换为十进制数。解：解：(4E5.8)H 4(16)2+E(16)1+5(16)0+8(16)-1 4256+1416+51+8(1/16)(1253.5)D1.3.2 十进制数转换为二进制、十六进制数十进制数转换为二进制、十六进制数【例例1-3】将将(59.625)D转换为二进制数。转换为二进制数。解解：整数部分整数部分2|59余数余数2|291低位低位2|1412|70（反序）（反序）2|312|1001高位高位小数部分小数部分0.625整数整数21.2501高位高位0.25020.5000（顺序）（顺序）21.0001低位低位即即(59.625)D=（101011.101)B1.3.2 十进制数转换为二进制、十六进制数十进制数转换为二进制、十六进制数【例例1-4】将十进制数（将十进制数（427.34357)D转换成十六进制数。转换成十六进制数。解：解：整数部分整数部分16|427余数余数16|2611低位低位16|110（反序）（反序）01高位高位小数部分小数部分0.34357整数整数165.500005高位高位0.50000（顺序）（顺序）168.000008低位低位即即（427.34357)D=（1AB.58)161.3.3二进制数与十六进制数之间的相互转换二进制数与十六进制数之间的相互转换【例例1-5】将二进制数（将二进制数（10110101011.100101)B转换成转换成十六进制数。十六进制数。解：解：因为因为10110101011.100101=010110101011.100101005AB94所以（所以（10110101011.100101)B=（5AB.94)H1.3.3二进制数与十六进制数之间的相互转换二进制数与十六进制数之间的相互转换【例例1-6】将十六进制数（将十六进制数（75E.C6)H转换成二进制数。转换成二进制数。解：解：将每位十六进制数写成对应的四位二进制数将每位十六进制数写成对应的四位二进制数（75E.C6)H=（011101011110.11000110)B=（11101011110.1100011)B 1.3.3二进制数与十六进制数之间的相互转换二进制数与十六进制数之间的相互转换【例例1-7】将八进制数（将八进制数（5163)O转换成二进制数。转换成二进制数。解解：将每位八进制数码分别用三位二进制数表示，转换过程：将每位八进制数码分别用三位二进制数表示，转换过程如下如下(5163)O=(101001110011)2=(101001110011)2 八进制转二进制规则是，将每位八进制数码分别用三位二进制八进制转二进制规则是，将每位八进制数码分别用三位二进制数表示，并在这个数表示，并在这个0和和1构成的序列去掉无用的前导构成的序列去掉无用的前导0即得。即得。1.4数字系统中数的表示方法与格式数字系统中数的表示方法与格式1.4.1十进制编码十进制编码 1.8421BCD码码 在这种编码方式中，每一位二进制代码都代表一个固定的数值，在这种编码方式中，每一位二进制代码都代表一个固定的数值，把每一位中的把每一位中的1所代表的十进制数加起来，得到的结果就是它所代表的所代表的十进制数加起来，得到的结果就是它所代表的十进制数码。由于代码中从左到右每一位中的十进制数码。由于代码中从左到右每一位中的1分别表示分别表示8、4、2、1（权值），即从左到右，它的各位权值分别是（权值），即从左到右，它的各位权值分别是8、4、2、1。所以把。所以把这种代码叫做这种代码叫做8421码。码。8421BCD码是只取四位自然二进制代码的码是只取四位自然二进制代码的前前10种组合。种组合。1.4.1十进制编码十进制编码 2.2421码码 从左到右，它的各位权值分别是从左到右，它的各位权值分别是2、4、2、1。与每个代码等值。与每个代码等值的十进制数就是它表示的十进制数。在的十进制数就是它表示的十进制数。在2421码中，码中，0与与9的代码、的代码、1与与8的代码、的代码、2与与7的代码、的代码、3与与6的代码、的代码、4与与5的代码均互为反码。的代码均互为反码。3.余余3码码余余3码是一种特殊的码是一种特殊的BCD码，它是由码，它是由8421BCD码加码加3后形成后形成的，所以叫做余的，所以叫做余3码。码。表表1-2 三种常用的十进制编码三种常用的十进制编码十进制数十进制数8421码（码（BCD码）码）2421码码余余3码码0000000000011100000001010020010001001013001100110110401000100011150101101110006011011001001701111101101081000111010119100111111100111110101111111010011110110110001101001001111100000101101011000001011010不用的代码不用的代码（伪码）（伪码）1.4.1十进制编码十进制编码 4.格雷码格雷码二进制码到格雷码的转换二进制码到格雷码的转换（1）格雷码的最高位（最左边）与二进制码的最高位相同。）格雷码的最高位（最左边）与二进制码的最高位相同。（2）从左到右，逐一将二进制码的两个相邻位相加，作为格雷码的下）从左到右，逐一将二进制码的两个相邻位相加，作为格雷码的下一位（舍去进位）。一位（舍去进位）。（3）格雷码和二进制码的位数始终相同。）格雷码和二进制码的位数始终相同。格雷码到二进制码的转换格雷码到二进制码的转换（1）二进制码的最高位（最左边）与格雷码的最高位相同。）二进制码的最高位（最左边）与格雷码的最高位相同。（2）将产生的每个二进制码位加上下一相邻位置的格雷码位，作为二）将产生的每个二进制码位加上下一相邻位置的格雷码位，作为二进制码的下一位（舍去进位）。进制码的下一位（舍去进位）。1.4.1十进制编码十进制编码 表表1-3 四四位格雷码位格雷码十进制数十进制数二进制码二进制码格雷码格雷码十进制数十进制数二进制码二进制码格雷码格雷码0000000008100011001000100019100111012001000111010101111300110010111011111040100011012110010105010101111311011011601100101141110100170111010015111110001.4.1十进制编码十进制编码【例例1-8】把二进制数把二进制数1001转换成格雷码。转换成格雷码。解：解：二进制数到格雷码的转换二进制数到格雷码的转换1.4.1十进制编码十进制编码【例例1-9】把格雷码把格雷码0111转换成二进制数。转换成二进制数。解：解：格雷码到二进制数的转换格雷码到二进制数的转换1.4.2十进制数的十进制数的BCD码表示方法码表示方法【例例1-10】求出十进制数求出十进制数972.6510的的8421 BCD码。码。解解：将十进制数的每一位转换为其相应的将十进制数的每一位转换为其相应的4位位BCD码。码。那么十进制数那么十进制数972.65就等于：就等于：8421 BCD码：码：1001 0111 0010.0110 01018421BCD，即，即 972.6510=100101110010.011001018421BCD 十进制 9 7 2 .6 5十进制十进制 9 7 2 .6 5 BCD 1001 0111 0010 .0110 01011.4.2十进制数的十进制数的BCD码表示方法码表示方法【例例1-11】用余用余3码对十进制数码对十进制数N=567810进行编码。进行编码。解解：首先对十进制数进行：首先对十进制数进行8421BCD编码，然后再将各的位编码，然后再将各的位编码加编码加3即可得到余即可得到余3码。码。十进制 9 7 2 .6 5567801010110011110001000100110101011所以有：所以有：N=567810=1000100110101011余余31.4.3字母数字码字母数字码【例例1-12】一组信息的一组信息的ASCII码如下，请问这些信息是什码如下，请问这些信息是什么？么？1001000100010110011001010000解：解：把每组把每组7位码转换为等值的十六进制数，则有：位码转换为等值的十六进制数，则有：48454C50以此十六进制数为依据，查表以此十六进制数为依据，查表1-4可确定其所表示的符可确定其所表示的符号为：号为：HELP 1.4数字系统中数的表示方法与格式数字系统中数的表示方法与格式1.4.3字母数字码字母数字码十进制 9 7 2 .6 5位765位4321 表表1-4 美国信息交换标准码（美国信息交换标准码（ASCII码）表码）表位位765位位43210000010100111001011101110000NULDLESP0Pp0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?O_oDEL1.4.4码制码制 十进制 9 7 2 .6 51.原码表示法原码表示法十进制的十进制的+37和和-37的原码可分别写成：的原码可分别写成：十进制数十进制数 +37 -37二进制原码二进制原码 0 100101 1 100101 符号位符号位 符号位符号位小数小数+53.625和和-53.625的原码可分别写成：的原码可分别写成：十进制数十进制数 +53.625 -53.625二进制原码二进制原码 0 110101.101 1 1101010.101 符号位符号位 符号位符号位因此，整数原码的定义为：因此，整数原码的定义为：1.4.4码制码制 2.反码表示法反码表示法【例例1-13】用四位二进制数表示十进制数用四位二进制数表示十进制数+5和和-5的反码。的反码。解：解：可以先求十进制数所对应二进制数的原码，再将原码转换成反码。可以先求十进制数所对应二进制数的原码，再将原码转换成反码。十进制数十进制数+55二进制原码二进制原码01011101二进制反码二进制反码01011010符号位符号位符号位符号位即即+5反反=0101，-5反反=1010。1.4.4码制码制 十进制 9 7 2 .6 53.补码表示法补码表示法（1）整数补码的定义：）整数补码的定义：【例例1-14】用四位二进制数表示用四位二进制数表示+5和和-5的补码。的补码。解解：解题的过程三步：先求十进制数所对应二进制数的原码，再将原码转换解题的过程三步：先求十进制数所对应二进制数的原码，再将原码转换成反码，然后将反码变为补码。成反码，然后将反码变为补码。十进制数十进制数+55二进制原码二进制原码01011101二进制反码二进制反码01011010二进制补码二进制补码01011010+1=1011符号位符号位符号位符号位即即+5补补=0101，-5补补=1011。（1）整数补码的定义：）整数补码的定义：十进制 9 7 2 .6 5（1）整数补码的定义：）整数补码的定义：3.补码表示法补码表示法表表1-5 四位有符号数的表示四位有符号数的表示b3b2b1b0原码原码反码反码补码补码b3b2b1b0原码原码反码反码补码补码0111+7+7+71000-0-7-80110+6+6+61001-1-6-70101+5+5+51010-2-5-60100+4+4+41011-3-4-50011+3+3+31100-4-3-40010+2+2+21101-5-2-30001+1+1+11110-6-1-20000+0+0+01111-7-0-1（1）整数补码的定义：）整数补码的定义：【例例1-15】求二进制数求二进制数x=+1011，y=-1011在八位存贮器中的在八位存贮器中的原码、反码和补码的表示形式。原码、反码和补码的表示形式。解：解：无论是原码、反码和补码形式，八位存贮器的最高位为符号位，其无论是原码、反码和补码形式，八位存贮器的最高位为符号位，其它位则是数值部分的编码表示。在数值部分中，对于正数，原码、反码它位则是数值部分的编码表示。在数值部分中，对于正数，原码、反码和补码各位相同，而对于负数，反码是原码的按位求反，补码则是原码和补码各位相同，而对于负数，反码是原码的按位求反，补码则是原码的按位求反加的按位求反加1。所以，二进制数。所以，二进制数x和和y的原码、反码和补码分别表示如的原码、反码和补码分别表示如下：下：x原码原码=00001011，x反码反码=00001011，x补码补码=00001011 y原码原码=10001011，y反码反码=11110100，y补码补码=11110101（1）整数补码的定义：）整数补码的定义：【例例1-16】求求X=1001010的补码。的补码。解：解：x补补=28+(-1001010)=100000000-1001010=10110110。（1）整数补码的定义：）整数补码的定义：（2）定点小数）定点小数(二进制小数二进制小数)补码的定义补码的定义 二进制小数的补码定义为二进制小数的补码定义为【例例1-17】求求X1=+0.1011011和和X2=0.1011011的补码。的补码。解：解：X1补补=0.1011011X2补补=2+(-0.1011011)=10-0.1011011=1.01001011.4.5用补码进行二进制数计算用补码进行二进制数计算 1.原码运算原码运算原码中的符号位不参加运算。原码中的符号位不参加运算。同符号数相加作加法；不同符号数相加作减法。同符号数相加作加法；不同符号数相加作减法。2.补码运算补码运算 运算时符号位和数值一起参加运算，不单独处理。运算时符号位和数值一起参加运算，不单独处理。XY补补X补补Y补补；XY补补X补补Y补补。3.反码运算反码运算运算时符号位与数值一起参加运算，如果符号位产生了运算时符号位与数值一起参加运算，如果符号位产生了进位，则此进位应加到和数的最低位，称为循环进位。进位，则此进位应加到和数的最低位，称为循环进位。XY反反X反反Y反反；XY反反X反反Y反反。1.4.5用补码进行二进制数计算用补码进行二进制数计算【例例1-18】设设X=+1011101,Y=+0011010,求求Z=X-Y。解：解：(1)原码运算原码运算X原原=01011101，Y原原=00011010因为因为|X|Y|,所以所以X作被减数，作被减数，Y作减数，差値为正。作减数，差値为正。01011101-0001101001000011即即Z原原=01000011,其真値为其真値为Z=+1000011。1.4.5用补码进行二进制数计算用补码进行二进制数计算【例例1-18】设设X=+1011101,Y=+0011010,求求Z=X-Y。解：解：（2）反码运算）反码运算 X反反=01011101，Y反反=11100101即即Z原原=01000011,其真値为其真値为Z=+1000011。110000101+01000010(1)10100111+101110101.4.5用补码进行二进制数计算用补码进行二进制数计算【例例1-18】设设X=+1011101,Y=+0011010,求求Z=X-Y。解：解：（3）补码运算）补码运算X补补=01011101，Y补补=11100110 即即Z补补=01000011,其真値为其真値为Z=+1000011。舍弃舍弃0 1 0 1 1 1 0 1+1 1 1 0 0 1 1 0(1)0 1 0 0 0 0 1 1本本章章小小结结0和1 02N-1 07 09，AF 二进制（八进制或十六进制）二进制（八进制或十六进制）到十进制到十进制转换转换转换转换八进制八进制二进制二进制转换转换转换转换二进制二进制八进制八进制（或十六进制）（或十六进制）转换转换转换转换转换转换转换转换十进制十进制二进制、八进制、十六进制二进制、八进制、十六进制八进制八进制十六进制十六进制转换转换转换转换编码编码 代码代码BCD码码 余余3码码 格雷码格雷码 ASCII码码BCD码码 原码原码 反码反码 补码补码 第第2章章逻辑门功能及其电路特性逻辑门功能及其电路特性2.1基本逻辑门基本逻辑门 2.1.1 逻辑代数的三种基本运算模型 图2-1 与、或、非逻辑说明示例2.1基本逻辑门基本逻辑门 亮闭合闭合灭断开闭合灭闭合断开灭断开断开灯Y开关B开关A表2-1 与逻辑功能表亮闭合闭合亮断开闭合亮闭合断开灭断开断开灯Y开关B开关A表2-2 或逻辑功能表灭闭合亮断开灯Y开关A表2-3 非逻辑功能表2.1.2 基本逻辑代数与逻辑符号 运算符号 “”“+”非运算符号 “”1+1=111=11+0=110=00+1=101=00+0=000=0非运算或运算与运算A+A=AAA=AA+1=1A1=A A+0=AA0=0非运算或运算与运算2.1.2 基本逻辑代数与逻辑符号（a）矩形轮廓图形符号 (b)特定外型的图形符号&ABABABYYYYYYABAA与或非非或与11图2-2 与、或、非的图形符号 2.1.2 基本逻辑代数与逻辑符号 图2-3 3输入和8输入与门 图2-4 3输入或门和8输入或门 2.1.2 基本逻辑代数与逻辑符号 ABABYABY图2-5 2输入与门及其输入和 输出波形(a)输入波形 (b)2输入与门 (c)输出波形2.1.2 基本逻辑代数与逻辑符号 ABABYABY图2-6 2输入或门及其输入和输出波形(a)输入波形 (b)2输入与门 (c)输出波形2.1.2 基本逻辑代数与逻辑符号 图2-7 非门及其输入和输出波形AAYAY(a)输入波形 (b)非门 (c)输出波形2.2其他逻辑门及表述其他逻辑门及表述2.2.1 与非门 (a)与门和非门组合 (b)与非门 ABY图2-8 二输入与非门的图形符号 其输出与输入之间的逻辑关系表达式为：2.2.1 与非门(a)输入波形 (b)与非门 (c)输出波形011101110100BA表2-7“与非”门真值表ABABYABY图2-9 2输入与非门的输入/输出波形2.2.2 或非门 图2-10 或非门的逻辑符号 (a)或门和非门组合 (b)或非门ABY输出与输入之间的逻辑关系可表达式为：图2-11 或非门的输入输出波形表表2-8“或非或非”门真值表门真值表AB0010101001102.2.2 或非门(a)输入波形 (b)或非门 (c)输出波形ABABYABY2.2.3 异或门 图2-12 二输入异或门的逻辑符号ABY相应的逻辑表达式为：或表示为 图2-13 异或门的输入输出波形2.2.3 异或门 011101110000BA表2-9 二输入“异或”门真值表BAY=(a)输入波形 (b)异或门 (c)输出波形ABABYABY2.2.4 同或门 图2-14 二输入同或门的逻辑符号ABY二变量同或运算的逻辑表达式为:Y=AB 图2-15 同或门的输入输出波形2.2.4 同或门 表表2-10 二变量二变量“同或同或”门真值表门真值表ABY=A B001010100111(a)输入波形 (b)同或门 (c)输出波形ABABYABY2.3其他辅助门电路其他辅助门电路 2.3.1 三态门 图2-16 三态门(a)高电平使能 (b)低电平使能YENAAYEN逻辑功能可表达为：当EN=1时（EN输入为高电平时），Y=A，即Y直接输出来自A的信号；而当EN=0时，Y呈高阻态，即等同于断开状态，可表述为：Y=Z。逻辑功能可表达为：当EN=0时（EN输入为低电平时），三态门工作，即Y=A，而当EN=1时，Y=Z。2.3.1 三态门 图2-17 三态与非门的逻辑符号(a)控制端高电平有效 (b)控制端低电平有效ABENYABENY1高阻态Zxx0YBAEN输出端数 据使能端表2-11 EN高电平有效型三态与非门的简化真值表BAY=2.3.1 三态门 图2-18 三态门用于总线传输 图2-19 用三态门实现数据双向传输A1B1EN1A2B2EN2数据总线AnBnENnABENG2G12.3.2 集电极开路逻辑门 图2-20 OC与非门的开关级描述 FAB图2-21 OC与非门的逻辑符号 2.3.2 集电极开路逻辑门 1.实现线与功能图2-22 OC与非门构成的线与逻辑电路 CD+5VFRPABF1F2逻辑表达式:1K+5VGHEFCDABY图2-23 四OC门 四个OC门线与的输出表达式：Y=ABCDEFGH2.3.2 集电极开路逻辑门 2.实现电平转换 VO A B RP +10V图2-24 实现电平转换 2.3.2 集电极开路逻辑门 3.用做驱动器 图2-25 驱动发光二极管 AB RP+5V2.4集成电路逻辑门集成电路逻辑门 2.4.1 逻辑门及其基本结构与工作原理 图2-26 NMOS晶体管的图形符号(a)NMOS晶体管 (b)NMOS晶体管的两种简化符号 2.4.1 逻辑门及其基本结构与工作原理 图2-27 PMOS晶体管的图形符号(a)PMOS晶体管 (b)PMOS晶体管的两种简化符号 2.4.1 逻辑门及其基本结构与工作原理(a)MOS反相器结构 (b)MOS反相器另一种表示法 1.CMOS反相器（CMOS非门）工作原理 图2-28 CMOS反相器的开关模型 2.4.1 逻辑门及其基本结构与工作原理 2.CMOS或非门工作原理图2-29 CMOS或非门2.CMOS或非门工作原理图2-30 CMOS或非门的等效开关模型2.4.1 逻辑门及其基本结构与工作原理 2.4.1 逻辑门及其基本结构与工作原理 3.CMOS与非门工作原理 STP1A 负载管并联（并联开关）驱动管串联（串联开关）BYSTP2 STN1 STN2VDD 图2-31 CMOS与非门 3.CMOS与非门工作原理 图2-32 CMOS与非门的开关模型(a)输入均为高电平 (b)输入中有一个高电平 (c)输入均为低电平 2.4.1 逻辑门及其基本结构与工作原理 2.4.2 TTL集成电路逻辑门及同类CMOS器件系列 TTL门电路74（民用）系列54（军用）系列子系列子系列 74：标准TTL（Standard TTL）。74L：低功耗TTL（Low-power TTL）。74S：肖特基TTL（Schottky TTL）。74AS：先进肖特基TTL（Advanced Schottky TTL）。74LS：低功耗肖特基TTL（Low-power Schottky TTL）。74ALS：先进低功耗肖特基TTL（Advanced Low-power Schottky TTL）2.4.2 TTL集成电路逻辑门及同类CMOS器件系列 74L 74ALS74LS74AS 7474S最小最大74AS 74S 74ALS 74LS7474L最快最慢TTL系列功耗TTL系列速度表2-13 TTL系列速度及功耗的比较表表2-14 54系列与系列与74系列的比较系列的比较系列系列电源电压（电源电压（V）环境温度（环境温度（）544.5 5.555 +125744.75 5.250 702.4.3 集成电路门的性能参数 1.器件的工作电源电压 TTL集成电路的标准直流电源电压为5V，最低4.5V，最高5.5V。2.逻辑器件的输入/输出逻辑电平 数字集成电路分别有四种不同的输入/输出逻辑电平。2.逻辑器件的输入/输出逻辑电平 标准TTL电路则有：定义为逻辑0的低电平输入电压范围VIL：00.8V。定义为逻辑1的高电平输入电压范围VIH：25V。定义为逻辑0的低电平输出电压范围VOL：不大于0.3V。定义为逻辑1的高电平输出电压范围VOH：不小于2.4V。5V CMOS电路：定义为逻辑0的低电平输入电压范围VIL：0 0.5V。定义为逻辑1的高电平输入电压范围VIH：2.55V。定义为逻辑0的低电平输出电压范围VOL：不大于0.1V。定义为逻辑1的高电平输出电压范围VOH：不小于4.4V。2.逻辑器件的输入/输出逻辑电平 图2-33 标准TTL门的输入/输出逻辑电平3逻辑信号传输延迟时间 图2-34 tPHL和tPLH的定义 4.集成逻辑电路的扇入和扇出系数 图2-35 两种逻辑状态中的电流和电压IOHLowLow输出高电平VOHVIHIIH驱动门负载门IOLHighHigh输出低电平VOLVILIIL驱动门负载门4.集成逻辑电路的扇入和扇出系数【例2-1】已知74ALS00的电流参数为IOL(max)=8mA，IIL（max）=0.1mA，IOH（max）=0.4mA，IIH（max）=20A。求一个74ALS00与非门输出能驱动多少个74ALS00与非门的输入。解：首先考虑低电平状态。在低电平状态下得到能被驱动的输入个数：2.4.3 集成电路门的性能参数 5.集成逻辑门器件的功耗 功耗 2.4.4 TTL与CMOS集成电路的传统接口技术 表表2-15 TTL门与门与CMOS门的连接条件门的连接条件驱动门驱动门负载门负载门VOH(min)VIH(min)VOL(max)VIL(max)IOHIIHIOLIIL2.4.4 TTL与CMOS集成电路的传统接口技术 RTTLCMOS+5V图2-36 TTL驱动门与CMOS负载门的连接2.4.5 CMOS与TTL逻辑器件的封装 图2-37 74LS00引脚配置及DIP封装外形图逻辑门 本本章章小小结结 逻辑运算 与、或、非运算 逻辑符号、逻辑表达式和真值表 高电平 复合逻辑运算 与非运算、或非运算、异或及同或运算 与非门 异或门 同或（异或非）门 “线与”功能 集成电路（IC）TTL系列 CMOS系列 扇出系数 对数字IC的理解重点在于它们的输出与输入之间的逻辑关系和外部电气特性。可编程逻辑器件 实实验验 1、集成电路TTL和CMOS器件的逻辑功能和性能参数测试。根据2.4节的原理，分别测试下列TTL器件和CMOS器件的功能和性能参数。（1）测试74LS08（二输入端四与门）的逻辑功能（2）测试74LS32（二输入端四或门）的逻辑功能（3）测试74LS04（六反相器）的逻辑功能（4）测试74LS00（二输入端四与非门）的逻辑功能（5）测试74LS86（二输入端四异或门）的逻辑功能（6）测试CD4002（四输入端二或非门）的逻辑功能（7）测试CD4011（二输入端四与非门）的逻辑功能 实实验验 图2-51 74LS00和CD4011四与非门 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 VDDVSS图2-52 74LS08四与门图2-53 CD4002二或非门实实验验 图2-54 74LS04六非门 图2-55 74LS32四或门 图2-56 74LS86四异或门实实验验 测试内容：（1）逻辑功能测试：在输入端输入高、低电平信号的不同组合，测出相应的输出逻辑电平。（2）集成电路门的性能参数；分别测试标准TTL门和CMOS门的输入/输出逻辑电平。（3）比较标准TTL器件和CMOS器件的性能特点，总结与门、或门、非门、与非、或非门、异或的逻辑规律。完成实验报告。第第3章章逻辑函数运算规则及化简逻辑函数运算规则及化简3.1概概述述逻辑函数的表示方法如下：逻辑函数的表示方法如下：设输入逻辑变量为设输入逻辑变量为A、B、C、，输出逻辑变量为，输出逻辑变量为F。当当A、B、C、的取值确定后，的取值确定后，F的值就被唯一的确定下来，则称的值就被唯一的确定下来，则称F是是A、B、C、的逻辑函数，的逻辑函数，记为：记为：F=f（A，B，C，）逻辑变量和逻辑函数的取值只能是逻辑变量和逻辑函数的取值只能是0或或1，没有其它中间值。，没有其它中间值。逻辑函数逻辑函数真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式逻辑图逻辑图波形图和卡诺图波形图和卡诺图3.2逻辑代数的运算规则逻辑代数的运算规则 3.2.1逻辑代数基本公理逻辑代数基本公理 公理公理1：设设A为逻辑变量，若为逻辑变量，若A0，则，则A1；若；若Al，则，则A0。这个公理。这个公理决定了逻辑变量的双值性。在逻辑变量和逻辑函数中的决定了逻辑变量的双值性。在逻辑变量和逻辑函数中的0和和1，不是数，不是数值的值的0和和1，而是代表两种逻辑状态。，而是代表两种逻辑状态。公理公理2：。式中点表示逻辑与，在用文字表述。式中点表示逻辑与，在用文字表述时常省略；加号表示逻辑或。时常省略；加号表示逻辑或。公理公理3：。公理公理4：。公理公理5：；。3.2.2逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律（1）0-1律：律：。（2）自等律：自等律：。（3）重叠律：重叠律：。（4）互补律：互补律：。（5）还原律：还原律：。（6）交换律：交换律：。（7）结合律：结合律：。以上各定律均可用公理来证明，方法是将逻辑变量分别用以上各定律均可用公理来证明，方法是将逻辑变量分别用0和和1代入，所得的表达式符合公理代入，所得的表达式符合公理2至公理至公理5。3.2.2逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律（8）分配律分配律：加（逻辑或）对乘（逻辑与）的分配律证明如下：加（逻辑或）对乘（逻辑与）的分配律证明如下：3.2.2逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律（9）吸收律：吸收律：证明：证明：(10)等同律：等同律：证明：证明：3.2.2逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律（11）反演律（摩根定理）反演律（摩根定理）采用真值表法证明，反演律成立。采用真值表法证明，反演律成立。000011001101001110111100BAA B3.2.2逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律（12）包含律：包含律：3.2.3摩根定理摩根定理（1）逻辑变量）逻辑变量“与与”运算后取反等于各个逻辑变量分别取反的运算后取反等于各个逻辑变量分别取反的“或或”运算。运算。用公式表示如下：用公式表示如下：（2）逻辑变量）逻辑变量“或或”运算后取反等于各个逻辑变量分别取反的运算后取反等于各个逻辑变量分别取反的“与与”运算。运算。用公式表示如下：用公式表示如下：上述两个定理也适用于多个变量的情形，如：上述两个定理也适用于多个变量的情形，如：3.2.3摩根定理摩根定理【例例3-1】应用摩根定理化简逻辑函数应用摩根定理化简逻辑函数 解：解：反复应用摩根定理可得：反复应用摩根定理可得：3.2.4逻辑代数的基本规则逻辑代数的基本规则 1代入规则代入规则例例:A（B+C）=AB+AC，等式中的，等式中的C都用都用（C+D）代替，代替，该逻辑等式仍然成立，即该逻辑等式仍然成立，即 A（B+（C+D）=AB+A（C+D）任何一个含有变量任何一个含有变量A的逻辑等式，如果将所有出现的逻辑等式，如果将所有出现A的位置都的位置都代之以同一个逻辑函数代之以同一个逻辑函数F，则等式仍然成立。，则等式仍然成立。3.2.4逻辑代数的基本规则逻辑代数的基本规则 2反演规则反演规则 对于任何一个逻辑表式