数字电子技术基础第1章逻辑代数基础.ppt
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1、前言1.课程特点:数字电路是一门技术基础课程,它是学习微机原理、接口技术等计算机专业课程的基础。既有丰富的理论体系,又有很强的实践性。2.数字电路内容:(1)基础;(2)组合逻辑电路;(3)时序逻辑电路;(4)其它电路。3.学习重点:(1)在具体的数字电路与分析和设计方法之间,以分析和设计方法为主;(2)在具体的设计步骤与所依据的概念和原理之间,以概念和原理为主;(3)在集成电路的内部原理与外部特性之间,以外部特性为主。1参考信息 教材信息教材信息教材:阎石编的数字电子技术基础(第四版)参考书:康华光编的电子技术基础(数字部分)著。李书浩等译,数字逻辑应用与设计(第一版)教师信息教师信息 简家
2、文,副教授,博士电话:057487600582 696417(短号)2 逻辑代数基础逻辑代数基础电子技术电子技术数字电路部分数字电路部分第一章第一章3第一章第一章 数字电路的基础知识数字电路的基础知识1.1 数字电路的基础知识数字电路的基础知识1.2 逻辑代数及运算规则逻辑代数及运算规则 1.3 逻辑函数的表示法逻辑函数的表示法1.4 逻辑函数的化简逻辑函数的化简41.1.1 数字信号和模拟信号数字信号和模拟信号电电子子电电路路中中的的信信号号模拟信号模拟信号数字信号数字信号随时间连续变化的信号随时间连续变化的信号时间和幅度都是离散的时间和幅度都是离散的 1.1 数字电路的基础知识数字电路的基
3、础知识5模拟信号:模拟信号:tu正弦波信号正弦波信号t锯齿波信号锯齿波信号u6 研究模拟信号时,我们注重电路研究模拟信号时,我们注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系。输入、输出信号间的大小、相位关系。相应的电子电路就是模拟电路,包括相应的电子电路就是模拟电路,包括交直流放大器、滤波器、信号发生器交直流放大器、滤波器、信号发生器等。等。在模拟电路中,晶体管一般工作在模拟电路中,晶体管一般工作在放大状态。在放大状态。7数字信号:数字信号:数字信号数字信号产品数量的统计。产品数量的统计。数字表盘的读数。数字表盘的读数。数字电路信号:数字电路信号:tu8研究数字电路时注重电路输出、输研究数字电路时
4、注重电路输出、输入间的逻辑关系,因此不能采用模入间的逻辑关系,因此不能采用模拟电路的分析方法。主要的分析工拟电路的分析方法。主要的分析工具是逻辑代数,电路的功能用真值具是逻辑代数,电路的功能用真值表、逻辑表达式或波形图表示。表、逻辑表达式或波形图表示。在数字电路中,三极管工作在开关在数字电路中,三极管工作在开关状态下,即工作在饱和状态或截止状态下,即工作在饱和状态或截止状态。状态。9数字电路的特点1、在数字电路中,只有高、低两种电平,用0、1表示;2、抗干扰能力强、可靠性和准确性高,对元件精度要求不高;3、数字电路能够对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算,具有一定的“逻辑思维”能力,易于
5、实现各种控制和决策应用系统;4、数字信号便于存储;5、集成度高,通用性强。10(1)十进制十进制:以十为基数的记数体制以十为基数的记数体制表示数的十个数码:表示数的十个数码:1,2,3,4,5,6,7,8,9,0遵循遵循逢十进一逢十进一,借一当十借一当十的规律的规律157=1.1.2 数制数制11一个十进制数数一个十进制数数 N可以表示成:可以表示成:若在数字电路中采用十进制,必须若在数字电路中采用十进制,必须要有十个电路状态与十个记数码相对应。要有十个电路状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困难,而且很这样将在技术上带来许多困难,而且很不经济。不经济。12(2)二进制二进制:以二为
6、基数的记数体制以二为基数的记数体制表示数的两个数码:表示数的两个数码:0,1遵循遵循逢二进一,借一当二逢二进一,借一当二的规律的规律(1001)B =(9)D13用电路的两个状态用电路的两个状态-开关来表示开关来表示二进制数,数码的存储和传输简二进制数,数码的存储和传输简单、可靠。单、可靠。位数较多,使用不便;不合人们位数较多,使用不便;不合人们的习惯,输入时将十进制转换成的习惯,输入时将十进制转换成二进制,运算结果输出时再转换二进制,运算结果输出时再转换成十进制数。成十进制数。14(3)十六进制和八进制:十六进制和八进制:十六进制记数码十六进制记数码,用用H(Hexadecimal)表示:表
7、示:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A(10),B(11),C(12),D(13),E(14),F(15)(4E6)H=4 162+14 161+6 160=(1254)D15(3)十六进制和八进制:十六进制和八进制:十六进制记数码:十六进制记数码:1,2,3,4,5,6,7,8,9,A(10),B(11),C(12),D(13),E(14),F(15)(4E6)H=4 162+14 161+6 160=(1254)D16十六进制与二进制之间的转换:十六进制与二进制之间的转换:(0101 1001)B=0 27+1 26+0 25+1 24+1 23+0 22+0 21+1 20B=(
8、0 23+1 22+0 21+1 20)161+(1 23+0 22+0 21+1 20)160B=(59)H每四位每四位2进进制数对应制数对应一位一位16进进制数制数17十六进制与二进制之间的转换:十六进制与二进制之间的转换:B=从末位开始从末位开始 四位一组四位一组(1001 1100 1011 0100 1000)B=()H84BC9=(9CB48)H18八进制与二进制之间的转换:八进制与二进制之间的转换:B=从末位开从末位开始三位一始三位一组组(10 011 100 101 101 001 000)B=()O01554=(2345510)O3219十进制与二进制之十进制与二进制之间的转
9、换,可以用是:间的转换,可以用是:整整数数部部分分除除2 2取取余余,由低位至高位由低位至高位小数部分乘小数部分乘2 2取整,取整,由高位至低位由高位至低位(4 4)十进制与二进制之间的转换:十进制与二进制之间的转换:20225 余余 1 K0122 余余 0 K162 余余 0 K232 余余 1 K312 余余 1 K40(25)D=(11001)B整数部分转换过程:整数部分转换过程:21小数部分转换过程:小数部分转换过程:见书中P4例题问题1:为什么变除为乘?问题2:若小数末尾不是5如何处理?如何进行十十六、十八进制转化请如何进行十十六、十八进制转化请自己参阅相关书籍自己参阅相关书籍22
10、0 0=0 1=1 0=01 1=10+0=0 0+1=1+0=1二进制的算术运算具体例题见具体例题见P7P7在计算机中,减法通过加法运算来实现,需在计算机中,减法通过加法运算来实现,需要将减号变成负号,引入符号位及其他数码要将减号变成负号,引入符号位及其他数码的表示方法的表示方法逢二进一逢二进一23码制码制信息的编码信息的编码 用不同的符号表达不同的事物名称 例如:用数字为班级同学编号1位二进制数:0 1 2个状态2位二进制数 00 01 10 11 4个状态N位二进制数 可以表达2n个状态24常用编码BCD码:对十进制数字的编码 8421码 余3码 格雷码等 ASCII码:对常用字母和符号
11、的编码GB2312:中文简体编码BIG5:中文繁体编码25 用四位二进制数表示用四位二进制数表示09十个数码,十个数码,即为即为BCD码码。四位二进制数最多可以有。四位二进制数最多可以有16种不同组合,不同的组合便形成了一种不同组合,不同的组合便形成了一种编码。主要有:种编码。主要有:8421码、码、5421码、码、2421码、余码、余3码等。码等。数字电路中编码的方式很多,常用的主数字电路中编码的方式很多,常用的主要是二要是二 十进制码(十进制码(BCD码)。码)。BCD-Binary-Coded-DecimalBCD码码26在在BCD码中,十进制数码中,十进制数(N)D 与二进制编码与二进
12、制编码(K3K2K1K0)B 的关的关系可以表示为:系可以表示为:(N)D=K323+K222+K121+K0202320为二进制各位的权重为二进制各位的权重所谓的所谓的8421码,就是指各位的权码,就是指各位的权重是重是8,4,2,1。即:。即:(N)D=W3K3+W2K2+W1K1+W0K0W3W0为二进制各位的权重为二进制各位的权重27000000010010001101100111100010011010101111011110111101011100010001236789101113141551240123578964012356789403456782910123678549二进
13、制数二进制数自然码自然码 8421码码 2421码码 5421码码 余三码余三码28原码、反码、补码转换原码、反码、补码转换原码:若机器数长度原码:若机器数长度N N则最高位为符号位;正数用则最高位为符号位;正数用0 0,负数用,负数用1 1表示。表示。其余其余N-1N-1位为数值位,为二进制数,位数不足时高位补位为数值位,为二进制数,位数不足时高位补0 0反码:正数时,与原码相同;负数时,符号位不变,反码:正数时,与原码相同;负数时,符号位不变,数值位按位求反数值位按位求反补码:正数时,与原码相同;负数时,在反码的基础补码:正数时,与原码相同;负数时,在反码的基础上加上加1 1,或者从原码直
14、接求:符号位不变,最低数值,或者从原码直接求:符号位不变,最低数值位开始,出现第一个位开始,出现第一个1 1之前,不变!其余数值位按位之前,不变!其余数值位按位求反求反正数:原码正数:原码=反码反码=补码补码负数:符号位不变,数值位变换规则:负数:符号位不变,数值位变换规则:原码数值原码数值 反码反码 按位取反按位取反原码数值原码数值 补码数补码数值值 按位取反再加按位取反再加129见书中P8例题8就是显示如何利用补码将减法运算转换为加法运算采用加法和移位两种操作可以实现乘法运算采用减法和移位两种操作可以实现除法运算这样加减乘除都可以用加法实现301.2.1 逻辑代数与基本逻辑关系逻辑代数与基
15、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和和1,中间值,中间值没有意义,这里的没有意义,这里的0和和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表示低电位,表示低电位,1表示高电位)、开关的开合等。表示高电位)、开关的开合等。1.2
16、逻辑代数及运算规则逻辑代数及运算规则31(1)“与与”逻辑逻辑A、B、C条件都具备时,事件条件都具备时,事件F才发生。才发生。EFABC&ABCF逻辑符号逻辑符号基本逻辑关系:基本逻辑关系:32F=ABC逻辑式逻辑式逻辑乘法逻辑乘法逻辑与逻辑与AFBC00001000010011000010101001101111真值表真值表33(2)“或或”逻辑逻辑A、B、C只有一个条件具备时,事件只有一个条件具备时,事件F就就发生。发生。1ABCF逻辑符号逻辑符号AEFBC34F=A+B+C逻辑式逻辑式逻辑加法逻辑加法逻辑或逻辑或AFBC00001001010111010011101101111111真值
17、表真值表35(3)“非非”逻辑逻辑A条件具备时条件具备时,事件,事件F不发生;不发生;A不具备不具备时,事件时,事件F发生。发生。逻辑符号逻辑符号AEFRAF36逻辑式逻辑式逻辑非逻辑非逻辑反逻辑反真值表真值表AF011037(4)几种常用的逻辑关系逻辑)几种常用的逻辑关系逻辑“与与”、“或或”、“非非”是三种基本的是三种基本的逻辑关系,任何其它的逻辑关系都可以以逻辑关系,任何其它的逻辑关系都可以以它们为基础表示。它们为基础表示。与非:与非:条件条件A、B、C都具都具备,则备,则F 不发不发生。生。&ABCF38或非:或非:条件条件A、B、C任一任一具备,则具备,则F不不 发生。发生。1ABC
18、F异或:异或:条件条件A、B有一个具有一个具备,另一个不备,另一个不具备则具备则F 发生。发生。=1ABCF还有同或、与或非等逻辑关系还有同或、与或非等逻辑关系39(5)几种基本的逻辑运算)几种基本的逻辑运算 从三种基本的逻辑关系出发,我们可从三种基本的逻辑关系出发,我们可以得到以下逻辑运算结果:以得到以下逻辑运算结果:0 0=0 1=1 0=01 1=10+0=00+1=1+0=1+1=1401.2.2 逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律一、基本运算规则一、基本运算规则A+0=A A+1=1 A 0=0 A=0 A 1=A41二、基本代数规律二、基本代数规律交换律交换律结合律结合律分配律分
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- 数字 电子技术 基础 逻辑 代数
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