数电数字逻辑概论康华光幻灯片.ppt

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1、数电数字逻辑概论康华光1第1页，共46页，编辑于2022年，星期六绪论绪论一一.概述概述1.电子技术的发展历程电子技术的发展历程1906发明：电子管发明：电子管1948出现：晶体管出现：晶体管1958起：集成电路、起：集成电路、大规模集成、超大规模集成电路大规模集成、超大规模集成电路2.电子技术的特点电子技术的特点小型化、集成化、元件种类繁多、能处理模拟信号小型化、集成化、元件种类繁多、能处理模拟信号和数字信号和数字信号二二.课程安排课程安排第三学期第三学期:54学时学时数字电子技术数字电子技术第四学期第四学期:54学时学时模拟电子技术模拟电子技术 实验：实验：36学时学时12个实验，独立设课

2、个实验，独立设课2第2页，共46页，编辑于2022年，星期六三三.基本要求基本要求1.掌握所学内容掌握所学内容2.做好习题做好习题:每次课后必有题，每星期交一次作业每次课后必有题，每星期交一次作业;注意：上课前交。注意：上课前交。注意：上课前交。注意：上课前交。每迟交一小节扣作业成绩每迟交一小节扣作业成绩13分分作业要求作业要求：(1)抄题目抄图，字迹工整，清晰，字不要太小；抄题目抄图，字迹工整，清晰，字不要太小；(2)图表要求用铅笔和尺子画线条；图表要求用铅笔和尺子画线条；(3)对于计算题：未知数对于计算题：未知数公式公式代入数值代入数值得数得数3第3页，共46页，编辑于2022年，星期六四

3、四.期评成绩期评成绩(1)期评成绩期评成绩=期末考试成绩期末考试成绩(60%)+平时成绩平时成绩(40%)(2)期末考试题目从题库抽卷，闭卷考试，期末考试题目从题库抽卷，闭卷考试，2个小时，全年个小时，全年级统考，教考分离。级统考，教考分离。(3)平时成绩的平时成绩的40%中中:考勤考勤10%，测验，测验15%(三次三次)，作业，作业10%，仿真大作业，仿真大作业5%。平时成绩未达到及格要求的，不能参加期末考试。平时成绩未达到及格要求的，不能参加期末考试。(4)考勤情况：考勤情况：旷课一小节扣考勤成绩旷课一小节扣考勤成绩10分；迟到分；迟到15分钟以上算旷课。分钟以上算旷课。请假和迟到请假和迟

4、到15分钟以下扣考勤成绩分钟以下扣考勤成绩5分。分。4第4页，共46页，编辑于2022年，星期六第一章第一章数字逻辑概论数字逻辑概论重点：重点：1.了解数字电路的基本概念、数制；了解数字电路的基本概念、数制；2.掌握基本逻辑门的逻辑符号、真值表和逻掌握基本逻辑门的逻辑符号、真值表和逻辑表达式；辑表达式；3.掌握逻辑函数的各种表示方法及其相互转换掌握逻辑函数的各种表示方法及其相互转换方法。方法。第5页，共46页，编辑于2022年，星期六1.1 数字电路的基本概念数字电路的基本概念一、模拟信号与数字信号一、模拟信号与数字信号1、模拟信号、模拟信号随时间连续变化的信号随时间连续变化的信号tu正弦波信

5、号正弦波信号方波信号方波信号tu2、数字信号、数字信号时间和幅度都是离散的时间和幅度都是离散的6第6页，共46页，编辑于2022年，星期六二、正逻辑与负逻辑二、正逻辑与负逻辑 数字电路能识别两种电压信号数字电路能识别两种电压信号高电平、低电平高电平、低电平 大多数情况下：大多数情况下：高电平高电平:2V的电压信号的电压信号;低电平低电平:1V的电压信号。的电压信号。为为方方便便分分析析数数字字电电路路，分分别别用用数数字字0或或1来来代代表表高高低低电电平平。这样这样便有两种情况：便有两种情况：正逻辑体制：高电平正逻辑体制：高电平“1”，低电平，低电平“0”负逻辑体制：低电平负逻辑体制：低电平

6、“1”，高电平，高电平“0”三、数字电路的常见信号三、数字电路的常见信号 脉冲信号脉冲信号负脉冲信号负脉冲信号03V0-3V3V00-3V正脉冲信号正脉冲信号7第7页，共46页，编辑于2022年，星期六四、理想脉冲信号的主要参数四、理想脉冲信号的主要参数1、A信号幅度信号幅度utATtw2、T信号的重复周期信号的重复周期3、tW脉冲宽度脉冲宽度4、q占空比。占空比。其定义为：其定义为：8第8页，共46页，编辑于2022年，星期六五、实际脉冲信号的主要参数五、实际脉冲信号的主要参数脉冲幅度脉冲幅度 AA0.9A0.5A0.1AtwtrtfT脉冲上升沿脉冲上升沿 tr脉冲下降沿脉冲下降沿 tf脉冲

7、宽度脉冲宽度 tw脉冲周期脉冲周期 T 9第9页，共46页，编辑于2022年，星期六1.2 数制数制一、数制一、数制1、十进制、十进制逢十进一，有逢十进一，有09十个数，基数为十个数，基数为“10”,如：如：(479)102、二进制、二进制逢二进一，有逢二进一，有0、1两个数，两个数，基数为基数为“2”,如：如：(1001111)23、八进制、八进制逢八进一，有逢八进一，有07八个数，基数为八个数，基数为“8”，如：如：(147)84、十六进制、十六进制逢十六进一，有逢十六进一，有09、A、B、C、D、E、F共共16个数，基数为个数，基数为“16”,如如:(A4F)1610第10页，共46页，

8、编辑于2022年，星期六二、十进制数、二进制数、八进制数、十六进制数二、十进制数、二进制数、八进制数、十六进制数的关系的关系十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000000081000108100011191001119200102210101012A300113311101113B401004412110014C501015513110115D601106614111016E701117715111117F11第11页，共46页，编辑于2022年，星期六三、数制间的转换三、数制间的转换1、N 进制数转换为进制数转换为十十进制数进制数通式：通式：(an an-1 a0)N(an

9、N nan-1N n-1a0N 0)10(1)二进制二进制十进制十进制(1101.01)2=123+122+021+120+021+12 2 =(13.25)10(2)八进制八进制十进制十进制(635.1)8=682+381+580+18 1 =(413.125)10(3)十六进制十六进制十进制十进制(9BF.8)16=9162+11161+15160+816 1 =(2495.5)1012第12页，共46页，编辑于2022年，星期六2、十十进制数转换成进制数转换成N 进制数进制数通式：通式：整数部分采用整数部分采用“除除N取余法取余法”，倒读。小数部分采用，倒读。小数部分采用“乘乘N取整法取

10、整法”，顺读。，顺读。(1)十进制十进制二进制二进制：(13.25)10=(?)213261301222110列写顺序列写顺序0.25 2=0.5 取取00.5 2=1 取取1 列写顺序列写顺序(13.25)10=(1101.01)213第13页，共46页，编辑于2022年，星期六(2)十进制十进制八进制：八进制：(413.1875)10=(?)84138515636880列写顺序列写顺序0.1875 8=1.5 取取10.58=4 取取4列写顺序列写顺序(413.1875)10=(635.14)814第14页，共46页，编辑于2022年，星期六(3)十进制十进制十六进制：十六进制：(2495

11、.5)10=(?)1624951615515911916160列写顺序列写顺序0.5 16=8 取取8列写顺序列写顺序(2495.5)10=(9BF.8)1615第15页，共46页，编辑于2022年，星期六四、二进制数的传输方式及其波形表示方法四、二进制数的传输方式及其波形表示方法1、二进制数的传输方式、二进制数的传输方式(1)串行方式串行方式(P14图图1.2.2)n 位数据只需一根连接线进行传输。传输速度慢。位数据只需一根连接线进行传输。传输速度慢。工作时，数据信号在工作时，数据信号在n个时钟脉冲的控制下，依次由最高个时钟脉冲的控制下，依次由最高位位MSB最低位最低位LSB传输数据波形。传

12、输数据波形。(2)并行方式并行方式(P15图图1.2.3)n 位数据需位数据需n根连接线进行传输。传输速度快，传输时间为根连接线进行传输。传输速度快，传输时间为串行方式的串行方式的1/n。工作时，。工作时，n 位数据信号在一个时钟脉冲的控位数据信号在一个时钟脉冲的控制下同时传输。制下同时传输。2、二进制数的波形表示方法、二进制数的波形表示方法低电平表示数据低电平表示数据“0”高电平表示数据高电平表示数据“1”01017第17页，共46页，编辑于2022年，星期六一组波形如何用二进制数表示出来？一组波形如何用二进制数表示出来？串行方式时：串行方式时：并行方式时：并行方式时：1 2 3 4 5 6

13、 7 8CP例例10 0 1 1 0 1 1 0解：二进制数据为：解：二进制数据为：例例21 2 3 4 5 6 7 8CP求第求第4个脉冲个脉冲二进制数据。二进制数据。求图示二进制求图示二进制数据。数据。解：第解：第4个脉冲二进个脉冲二进制数据为：制数据为：011LSBMSBLSBMSB18第18页，共46页，编辑于2022年，星期六1.3 二进制数的的算术运算二进制数的的算术运算一、一、无符号二进制数的四则运算无符号二进制数的四则运算1、加法运算、加法运算加法运算规则如下：加法运算规则如下：000101011 1110逢逢2进进1 1 1 0 1+1 0 0 1011010011 1 1

14、1 0-1 0 0 10 1 0 12、减法运算、减法运算减法运算规则如下：减法运算规则如下：0-001-011-10 0-111进位借位例例:1101+1001=？例例:11101001=？19第19页，共46页，编辑于2022年，星期六3、乘法运算、乘法运算 乘法运算规则也有乘法运算规则也有4条：条：000100 010111举例：计算举例：计算 1100 0101 1100 0101=1100+1100 00=111100 1100000011000000+0111100 11111 11010=11111 0+11111 000+11111 0000=1100100110可见，乘法变成

15、了加法。可见，乘法变成了加法。20第20页，共46页，编辑于2022年，星期六4、除法运算、除法运算举例：计算举例：计算 1100 10 1100 10=110除法变加法的过程太复杂，因此省略。除法变加法的过程太复杂，因此省略。110101100021第21页，共46页，编辑于2022年，星期六1.4 二进制代码二进制代码一、二一、二十进制码十进制码(BCD码码)BCD码码用来表示十进制数用来表示十进制数09的二进制代码。的二进制代码。常用常用BCD码有：码有：十进制数有权码无权码8421码2421码5421码余3 码余3 循环码00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 1 10 0

16、 1 010 0 0 10 0 0 10 0 0 10 1 0 00 1 1 020 0 1 00 0 1 00 0 1 00 1 0 10 1 1 130 0 1 10 0 1 10 0 1 10 1 1 00 1 0 140 1 0 00 1 0 00 1 0 00 1 1 10 1 0 050 1 0 11 0 1 11 0 0 01 0 0 01 1 0 060 1 1 01 1 0 01 0 0 11 0 0 11 1 0 170 1 1 11 1 0 11 0 1 01 0 1 01 1 1 181 0 0 01 1 1 01 0 1 11 0 1 11 1 1 091 0 0 1

17、1 1 1 11 1 0 0 1 1 0 01 0 1 025第25页，共46页，编辑于2022年，星期六二、格雷码二、格雷码相邻两组二进制数之间只变化一位二进制数相邻两组二进制数之间只变化一位二进制数 十进制数8421码格雷码十进制数8421码格雷码00 0 0 00 0 0 081 0 0 01 1 0 010 0 0 10 0 0 191 0 0 11 1 0 120 0 1 00 0 1 1101 0 1 01 1 1 130 0 1 10 0 1 0111 0 1 11 1 1 040 1 0 00 1 1 0121 1 0 01 0 1 050 1 0 10 1 1 1131 1

18、0 11 0 1 160 1 1 00 1 0 1141 1 1 01 0 0 170 1 1 10 1 0 0151 1 1 11 0 0 0余余3 循环码循环码=格雷码的格雷码的31226第26页，共46页，编辑于2022年，星期六1.5 基本逻辑运算基本逻辑运算一、与运算一、与运算 1、与运算实例、与运算实例设设:开关闭合开关闭合=1,开关不闭合开关不闭合=0 灯亮时灯亮时L=1,灯不亮时灯不亮时L=0则得表格：则得表格：2、真值表、真值表(状态表、功能表状态表、功能表)4、数学表达式、数学表达式L=ABABL0000101001113、与门图形符号、与门图形符号实现与逻辑运算功能的实现

19、与逻辑运算功能的电路称为电路称为“与门与门”。有有0出出0，全，全1出出1 L29第29页，共46页，编辑于2022年，星期六二、或运算二、或运算 1、或运算实例、或运算实例设设:开关闭合开关闭合=1,开关不闭合开关不闭合=0 灯亮时灯亮时L=1,灯不亮时灯不亮时L=0则得表格：则得表格：2、真值表、真值表(状态表、功能表状态表、功能表)4、数学表达式、数学表达式L=A+BABL0000111011113、或门图形符号、或门图形符号实现或逻辑运算功能实现或逻辑运算功能的电路称为的电路称为“或门或门”。有有1出出1，全，全0出出0L 30第30页，共46页，编辑于2022年，星期六三、非运算三、

20、非运算 1、非运算实例、非运算实例设设:开关闭合开关闭合=1,开关不闭合开关不闭合=0 灯亮时灯亮时L=1,灯不亮时灯不亮时L=0则得表格：则得表格：2、真值表、真值表(状态表、功能表状态表、功能表)4、数学表达式、数学表达式AL01103、非门图形符号、非门图形符号实现非逻辑运算功能的实现非逻辑运算功能的电路称为电路称为“非门非门”。有有0出出1，有，有1出出0L31第31页，共46页，编辑于2022年，星期六2.图形符号图形符号3.真值表真值表四四.与非门与非门1.电路电路4.逻辑代数式逻辑代数式有有0出出1，全，全1出出0ABFF0 0 0 10 1 0 11 0 0 11 1 1 0B

21、AFF1BAF32第32页，共46页，编辑于2022年，星期六2.图形符号图形符号3.真值表真值表五五.或非门或非门1.电路电路4.逻辑代数式逻辑代数式有有1出出0，全，全0出出1ABFF0 0 0 10 1 1 01 0 1 01 1 1 0BAFF11BAF133第33页，共46页，编辑于2022年，星期六六六.异或门异或门1.图形符号图形符号1BAF2.真值表真值表3.逻辑代数式：逻辑代数式：相同出相同出0，不同出，不同出1ABF00001110111034第34页，共46页，编辑于2022年，星期六七七.同或门同或门1.图形符号图形符号=A B相同出相同出1，不同出，不同出0ABF00

22、10101001112.真值表真值表3.逻辑代数式逻辑代数式BAFBAF135第35页，共46页，编辑于2022年，星期六ABCDF1八八.与或非门与或非门1.图形符号图形符号2.逻辑代数式逻辑代数式36第36页，共46页，编辑于2022年，星期六1.6 逻辑函数及其表示方法逻辑函数及其表示方法一、逻辑函数的定义一、逻辑函数的定义 输出逻辑变量与输入逻辑变量之间的关系。输出逻辑变量与输入逻辑变量之间的关系。若输入逻辑变量用若输入逻辑变量用A、B、C表示表示,输出逻辑变量用输出逻辑变量用L表表示示,就称就称L是是A、B、C的逻辑函数，写作：的逻辑函数，写作：L=f(A，B，C)二、逻辑函数的特点

23、二、逻辑函数的特点 逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特点：点：(1)逻辑变量和逻辑函数只能取两个值逻辑变量和逻辑函数只能取两个值0和和1。(2)函数和变量之间的关系是由函数和变量之间的关系是由“与与”、“或或”、“非非”三种基本运算决定的。三种基本运算决定的。37第37页，共46页，编辑于2022年，星期六最小项1、逻辑函数式逻辑函数式 把逻辑函数的输入、输出关系写成数学表达式，称为把逻辑函数的输入、输出关系写成数学表达式，称为逻辑逻辑代数式代数式或或逻辑函数式逻辑函数式。逻辑函数的常用形式为：逻辑函数的常用形式为：“与或与或”式。

24、式。比如：某三变量的逻辑函数比如：某三变量的逻辑函数L(A,B,C)逻辑函数的逻辑函数的逻辑函数的逻辑函数的表示方法表示方法表示方法表示方法逻辑式逻辑式逻辑式逻辑式逻辑状态表逻辑状态表逻辑状态表逻辑状态表逻辑图逻辑图逻辑图逻辑图波形图波形图波形图波形图卡诺图卡诺图卡诺图卡诺图若变量本身用若变量本身用“1”、变量的非用、变量的非用“0”表示的话，则：表示的话，则：L(A,B,C)m4 m2 m1 m0 m7 m(0,1,2,4,7)三、三、逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法38第38页，共46页，编辑于2022年，星期六2、状态表、状态表(真值表真值表)把输入把输入输出之间的逻辑关系用表格形式

25、表示出来。输出之间的逻辑关系用表格形式表示出来。如：如：L=AB+C注意：注意：n个变量有个变量有2n种输入状态种输入状态ABCL0000001101000111100010111101111139第39页，共46页，编辑于2022年，星期六3.逻辑图逻辑图把输入把输入输出之间的输出之间的逻辑关系用线路图表示出逻辑关系用线路图表示出来。来。如：如：F=AB+CDABCDF1&4、波形图波形图把输入把输入输出之间的逻辑关输出之间的逻辑关系用波形图表示出来。系用波形图表示出来。如：如：F=A B 若已知若已知A、B 波形，则波形，则 F 的的波形为：波形为：ABF40第40页，共46页，编辑于20

26、22年，星期六四、逻辑函数几种形式之间的转换四、逻辑函数几种形式之间的转换1.逻辑函数式逻辑函数式 逻辑图逻辑图 状态表状态表 波形图波形图如已知逻辑式：如已知逻辑式：F=A BABF000011101110逻辑图逻辑图状态表状态表BAF=1波形图波形图ABF41第41页，共46页，编辑于2022年，星期六2.逻辑图逻辑图逻辑函数式逻辑函数式 状态表状态表 波形图波形图&AB&C1YABCY00000011010001111000101111001110如已知逻辑图：如已知逻辑图：逻辑式逻辑式状态表状态表波形图波形图ACBY42第42页，共46页，编辑于2022年，星期六3.状态表状态表逻辑函

27、数式逻辑函数式(或波形图或波形图)逻辑图逻辑图L=最小项之最小项之“或或”。最小项最小项L=1对应的项。对应的项。最小项中各变量关系为最小项中各变量关系为:“与与”。其中其中 输入变量为输入变量为1时取变量本身，时取变量本身，为为0时取变量的非。时取变量的非。ABCL00000010010001101000101111011111&ABCA&1L如已知状态表：如已知状态表：先列逻辑式先列逻辑式再画逻辑图再画逻辑图波形图波形图做法与前述一致做法与前述一致=AB+AC43第43页，共46页，编辑于2022年，星期六4.波形图波形图状态表状态表逻辑函数式逻辑函数式逻辑图逻辑图ABCY00000101

28、0011100101110111如已知波形图：如已知波形图：再列逻辑式再列逻辑式先列状态表先列状态表最后画逻辑图最后画逻辑图01010100ACBY&AB&C1Y44第44页，共46页，编辑于2022年，星期六本章小结本章小结1数字信号在时间上和数值上均是离散的。数字信号在时间上和数值上均是离散的。2数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑1和逻辑和逻辑0，它，它和二进制数中的和二进制数中的0和和1正好对应。因此，数字系统中常用二进制正好对应。因此，数字系统中常用二进制数来表示数据。数来表示数据。3常常用用BCD码码有有8421码码、242l码码、542

29、l码码、余余3码码等等，其其中中842l码使用最广泛。码使用最广泛。4逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。5描描述述逻逻辑辑关关系系的的函函数数称称为为逻逻辑辑函函数数。逻逻辑辑函函数数中中的的变变量量和函数值都只能取和函数值都只能取0或或1两个值。两个值。6常常用用的的逻逻辑辑函函数数表表示示方方法法有有真真值值表表、函函数数表表达达式式、逻逻辑辑图图等等，它们之间可以任意地相互转换。它们之间可以任意地相互转换。45第45页，共46页，编辑于2022年，星期六第一章第一章数字逻辑概论数字逻辑概论结结 束束46第46页，共46页，编辑于2022年，星期六