《数字逻辑基础》课件.ppt
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1、数字电子技术Digital Electronical Techonalogy 计算机与信息学院 毕春跃 1.课程目标课程目标 获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、基本知识和获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力,为以后深入学习数基本技能。培养分析和解决实际问题的能力,为以后深入学习数字电子技术及其相关学科和专业打好以下两方面的基础字电子技术及其相关学科和专业打好以下两方面的基础:1、正确分析、设计数字电路,特别是集成电路的基础;正确分析、设计数字电路,特别是集成电路的基础;2、为进一步学习设计专用集成电路为进一步学习设计专用集成
2、电路(ASIC)的基础。的基础。数字信号传输、变换、产生等。内容涉及相关器件、功能电路数字信号传输、变换、产生等。内容涉及相关器件、功能电路及系统。及系统。硬件硬件 处理数字信号的电子电路及其逻辑功能处理数字信号的电子电路及其逻辑功能 数字电路的分析方法数字电路的分析方法 数字电路的设计方法数字电路的设计方法 各种典型器件在电子系统中的应用各种典型器件在电子系统中的应用软件软件 系统分析、设计、仿真的软件工具系统分析、设计、仿真的软件工具EWB、Multisim、Protel、ABEL、VHDL、VerlogHDL、EDA工具软件工具软件Max Plus II、Quartus II等等2.2.
3、课程研究内容课程研究内容a a、发展快、发展快b b、应用广、应用广 (2)(2)学习方法学习方法打好基础、打好基础、关注发展、关注发展、主动更新、主动更新、注重实践注重实践(1)(1)课程特点课程特点课程特点课程特点摩尔定律摩尔定律:集成度按集成度按10倍倍/6年的速度年的速度发展。发展。c c、工程实践性强、工程实践性强a a、掌握、掌握基本概念、基本电路和基本分析、设计方法基本概念、基本电路和基本分析、设计方法b、能独立的应用所学的知识去分析和解决数字电路的实际能独立的应用所学的知识去分析和解决数字电路的实际问题问题的能力。能力。第第第第4 4 4 4章章章章 数字逻辑基础数字逻辑基础数
4、字逻辑基础数字逻辑基础学习要点学习要点了解数字电路的特点以及数制和编码的概念了解数字电路的特点以及数制和编码的概念掌握与门、或门、与非门、异或门的逻辑符号、逻掌握与门、或门、与非门、异或门的逻辑符号、逻辑功能和表示方法辑功能和表示方法掌握逻辑代数的基本运算法则、基本公式、基本定掌握逻辑代数的基本运算法则、基本公式、基本定理和化简方法理和化简方法能够熟练地运用真值表、逻辑表达式、波形图和逻能够熟练地运用真值表、逻辑表达式、波形图和逻辑图表示逻辑函数辑图表示逻辑函数第第第第4 4 4 4章章章章 数字逻辑基础数字逻辑基础数字逻辑基础数字逻辑基础4.1 4.1 数制和码制数制和码制4.2 4.2 逻
5、辑代数中的基本运算逻辑代数中的基本运算4.3 4.3 基本定律和常用公式基本定律和常用公式4.4 4.4 逻辑函数及其表示方法逻辑函数及其表示方法4.5 4.5 逻辑函数的化简逻辑函数的化简引言引言 数字电路概述数字电路概述 数字信号与数字电路数字信号与数字电路模拟信号:在时间上和数值上连续的信号。数字信号:在时间上和数值上不连续的(即离散的)信号。uu模拟信号波形数字信号波形tt对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。(1)工作信号是二进制的数字信号,在时间上和)工作信号是二进制的数字信号,在时间上和数值上是离散的(不连续),反映在电路
6、上就是数值上是离散的(不连续),反映在电路上就是低电平和高电平两种状态(即低电平和高电平两种状态(即0 0和和1 1两个逻辑值)。两个逻辑值)。(2)在数字电路中,研究的主要问题是电路的逻)在数字电路中,研究的主要问题是电路的逻辑功能,即输入信号的状态和输出信号的状态之辑功能,即输入信号的状态和输出信号的状态之间的逻辑关系。间的逻辑关系。(3)对组成数字电路的元器件的精度要求不高,)对组成数字电路的元器件的精度要求不高,只要在工作时能够可靠地区分只要在工作时能够可靠地区分0和和1两种状态即可。两种状态即可。数字电路的特点数字电路的特点(1 1)进位制:表示数时,仅用一位数码往往不够用,必)进位
7、制:表示数时,仅用一位数码往往不够用,必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制,简构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制,简称进位制。称进位制。数制及其转换数制及其转换(2 2)基)基 数:进位制的基数,就是在该进位制中可能用数:进位制的基数,就是在该进位制中可能用到的数码个数。到的数码个数。(3 3)位位 权(位的权数):在某一进位制的数中,每一权(位的权数):在某一进位制的数中,每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数,这个位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数,这个固
8、定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。一、数制一、数制数码为:数码为:0 09 9;基数是;基数是1010。运算规律:逢十进一,即:运算规律:逢十进一,即:9 91 11010。十进制数的权展开式:十进制数的权展开式:1、十进制、十进制103、102、101、100称为十进制的权。各数位的权是10的幂。同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和,称权展开式。即:(5555)105103 510251015100又如:(209.04)10 2102 0101910001014 1022、二进制
9、、二进制数码为:0、1;基数是2。运算规律:逢二进一,即:1110。二进制数的权展开式:如:(101.01)2 122 0211200211 22(5.25)10加法规则:0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10乘法规则:0.0=0,0.1=0,1.0=0,1.1=1运算运算规则规则各数位的权是的幂各数位的权是的幂二进制数只有0和1两个数码,它的每一位都可以用电子元件来实现,且运算规则简单,相应的运算电路也容易实现。3、十六进制、十六进制数码为:09、AF;基数是16。运算规律:逢十六进一逢十六进一逢十六进一逢十六进一,即:F110。十六进制数的权展开式:如:(D8.A)2 13161
10、 816010 161(216.625)10各数位的权是各数位的权是16的幂的幂二、数制转换二、数制转换1、二进制数与十六进制数的相互转换、二进制数与十六进制数的相互转换1 1 1 0 1 0 1 0 0.0 1 10 0 00 (1D4.6)16=1010 1111 0100.0111 0110(AF4.76)16 二进制数与十六进制数的相互转换,按照每每每每4 4位二进制数位二进制数位二进制数位二进制数对应于一位十六进制数对应于一位十六进制数对应于一位十六进制数对应于一位十六进制数进行转换。十进制整数转换为二进制采用除基取余法除基取余法除基取余法除基取余法,先得到的余数为低位,后得到的余数
11、为高位。所以:(44)10(101100)22、十进制数转换为二进制数、十进制数转换为二进制数整数:除整数:除2取余,取余,倒序排列倒序排列小数:乘小数:乘2取整,取整,顺序排列顺序排列原码、反码与补码在计算机中,机器数有三种表示方法:原码、反码、补码1.原码:在符号位中用0表示正数,用1表示负数,数值位保持原来的数。正数的原码与原来的数相同。+6=+00000110B+6原=00000110负数的原码为符号位置1,而数值不变。-6=-00000110-6原=100001100的原码有两种:正0和负0+0原=00000000-0原=100000002.反码:正数的反码与正数的原码相同。+6=+
12、00000110B+6反=00000110B负数的反码为数值位按位取反后,符号位取1.-6=-00000110-6反=11111001B0的反码有两种:正0和负0+0反=00000000B-0反=11111111B3.补码正数的补码与正数的原码相同。+6=+00000110B+6补=00000110B负数的补码由它的绝对值求反加1得到。-6=-00000110B-6补=11111010B0的补码只有一种+0补=-0补=00000000B 用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码编码编码编码。用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码代码代码代码。数字
13、系统只能识别0和1,怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢?用编码可以解决此问题。二-十进制代码:用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称BCD码。2421码的权值依次为2、4、2、1;余3码由8421码加0011得到;格雷码是一种循环码,其特点是任何相邻的两个码字,仅有一位代码不同,其它位相同。用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码,因各位的权值依次为8、4、2、1,故称8421码。编码编码 逻辑代数中的基本运算逻辑代数中的基本运算逻辑代数与基本逻辑关系逻辑代数与基本逻辑关系在数字电路中,我们要研究的是电路在数字电路中,我们要研究的是电路的输入输出之间
14、的逻辑关系,所以数字电的输入输出之间的逻辑关系,所以数字电路又称路又称逻辑电路逻辑电路,相应的研究工具是,相应的研究工具是逻辑逻辑代数(布尔代数)代数(布尔代数)。在逻辑代数中,逻辑函数的变量只能在逻辑代数中,逻辑函数的变量只能取两个值(取两个值(二值变量二值变量),即),即0 0和和1 1,中间值,中间值没有意义,这里的没有意义,这里的0 0和和1 1只表示两个对立的只表示两个对立的逻辑状态,如电位的低高(逻辑状态,如电位的低高(0 0表示低电位,表示低电位,1 1表示高电位)、开关的开合等。表示高电位)、开关的开合等。4.2.1 逻辑与逻辑与当决定某事件的全部条件同时具备时,结果才会发生,
15、这种因果关系叫做与逻辑与逻辑。实现与逻辑关系的电路称为与门与门。F=AB与门的逻辑功能可概括为:输入有与门的逻辑功能可概括为:输入有与门的逻辑功能可概括为:输入有与门的逻辑功能可概括为:输入有0 0 0 0,输出为,输出为,输出为,输出为0 0 0 0;输入全输入全输入全输入全1 1 1 1,输出为,输出为,输出为,输出为1 1 1 1。(1)“与与”逻辑逻辑F=AB逻辑与(逻辑乘)的运算规则运算规则运算规则运算规则为:与门的输入端可以有多个。下图为一个三输入与门电路的输入信号A、B、C和输出信号F的波形图。在决定某事件的条件中,只要任一条件具备,事件就会发生,这种因果关系叫做或逻辑或逻辑。实
16、现或逻辑关系的电路称为或门或门。4.2.2 逻辑或逻辑或F=A+B或门的逻辑功能可概括为:输入有或门的逻辑功能可概括为:输入有或门的逻辑功能可概括为:输入有或门的逻辑功能可概括为:输入有1 1 1 1,输出为,输出为,输出为,输出为1 1 1 1;输入全输入全输入全输入全0 0 0 0,输出为,输出为,输出为,输出为0 0 0 0。(2)“或或”逻辑逻辑F=A+B逻辑或(逻辑加)的运算规则运算规则运算规则运算规则为:或门的输入端也可以有多个。下图为一个三输入或门电路的输入信号A、B、C和输出信号F的波形图。决定某事件的条件只有一个,当条件出现时事件不发生,而条件不出现时,事件发生,这种因果关系
17、叫做非逻辑非逻辑非逻辑非逻辑。实现非逻辑关系的电路称为非门非门非门非门,也称反相器反相器反相器反相器。逻辑非(逻辑反)的运算规则运算规则运算规则运算规则为:4.2.3 逻辑非逻辑非AEFR将与门、或门、非门组合起来,可以构成多种复合门电路。由与门和非门构成与非门。(1 1)与非门与非门与非门的逻辑功能可概括为:输入有与非门的逻辑功能可概括为:输入有与非门的逻辑功能可概括为:输入有与非门的逻辑功能可概括为:输入有0 0 0 0,输出为,输出为,输出为,输出为1 1 1 1;输入全;输入全;输入全;输入全1 1 1 1,输出为,输出为,输出为,输出为0 0 0 0。4.2.4 复合逻辑复合逻辑由或
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