《数字逻辑概论》PPT课件.ppt
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1、数字逻辑概论数字逻辑概论数字集成电路的分类数字集成电路的分类集成度:是指每一芯片所包含的门的个数。集成度:是指每一芯片所包含的门的个数。依据集成度,数字集成电路的分类依据集成度,数字集成电路的分类分分 类类门门 的的 个个 数数典型集成电路典型集成电路小规模(小规模(SSI)SSI)中规模(中规模(MSIMSI)大规模(大规模(LSILSI)超大规模超大规模(VLSIVLSI)甚大规模甚大规模(ULSIULSI)最多最多1212个个121219191001009 9999 99910 00010 00099 99999 99910106 6以上以上逻辑门、触发器逻辑门、触发器计数器、加法器计数
2、器、加法器小型存储器、门阵列小型存储器、门阵列大型存储器、微处理器大型存储器、微处理器可编程逻辑器件、多功能专用集成电路可编程逻辑器件、多功能专用集成电路1、数字电路:组合逻辑电路、时序逻辑电路、数字电路:组合逻辑电路、时序逻辑电路2、数字集成电路(按集成度来分):小规模,中规模,大、数字集成电路(按集成度来分):小规模,中规模,大 规模,超大规模和甚大规模等五类规模,超大规模和甚大规模等五类。数字电路的分析方法与测试技术数字电路的分析方法与测试技术1、分析方法:、分析方法:1)研究对象:电路的输出与输入之间的逻辑关系。)研究对象:电路的输出与输入之间的逻辑关系。2)分析工具:逻辑代数。采用的
3、手段是:功能表、真值表、逻)分析工具:逻辑代数。采用的手段是:功能表、真值表、逻辑表达式及波形图。辑表达式及波形图。2、测试技术:正确设计和安装后,必须进行严格测试。、测试技术:正确设计和安装后,必须进行严格测试。(1 1)稳定性高,结果的再现性好稳定性高,结果的再现性好(2 2)易于设计)易于设计(3 3)大批量生产,成本低廉)大批量生产,成本低廉(4 4)可编程性)可编程性(5 5)高速度,低功耗)高速度,低功耗与模拟电路与模拟电路相比,数字相比,数字电路主要有电路主要有以下优点以下优点模拟信号模拟信号1、模拟信号:时间连续、数值也连续的物理量。、模拟信号:时间连续、数值也连续的物理量。(
4、具有无穷多个数值)例如:速度、压力、温度等。(具有无穷多个数值)例如:速度、压力、温度等。模拟信号波形举例:模拟信号波形举例:vvv正弦波正弦波ttt三角波三角波指数衰减波指数衰减波数字信号数字信号1、数字信号的特点、数字信号的特点: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。数字电压通常用逻辑电平数字电压通常用逻辑电平(H-H-高电平;高电平;L-L-低电平)低电平)来表示。来表示。应当注意:逻辑电平不是物理量,而是物理量的相对表应当注意:逻辑电平不是物理量,而是物理量的相对表示。示。数字电路中逻辑电平常用数字电路中逻辑电平常用“0”和和“1”来表示,即逻辑来表示
5、,即逻辑0和逻辑和逻辑1,因而称之为二值数字逻辑或简称数字逻辑。,因而称之为二值数字逻辑或简称数字逻辑。正逻辑:正逻辑:“1”表示高电平,表示高电平,“0”表示低电平表示低电平 负逻辑:负逻辑:“0”表示高电平,表示高电平,“1”表示低电平表示低电平2、数字波形、数字波形(1)数字传输波形的两种类型:数字传输波形的两种类型:非归零型信号非归零型信号和和归零型信号归零型信号T00011111非归零型信号非归零型信号归零型信号归零型信号非归零信号在一个时间拍(非归零信号在一个时间拍(T)内不归零,而归零信号在一内不归零,而归零信号在一个时间拍内会归零。个时间拍内会归零。归零信号常作为脉冲信号归零信
6、号常作为脉冲信号非归零信号的每位数据占用一个位时间。每秒钟所传输数非归零信号的每位数据占用一个位时间。每秒钟所传输数据的位数称为数据率或比特率据的位数称为数据率或比特率(2)周期性和非周期性)周期性和非周期性非周期性波形非周期性波形T周期性波形周期性波形周期性波形周期性波形:例:设周期性数字波形的高电平例:设周期性数字波形的高电平持续持续6 6msms,低电平持续低电平持续1010msms,求求占空比占空比q q。解:解:tw=6ms T=6+10=16ms 则则q=tw/T q=6/16 100%=37.5%周期周期T T或频率或频率f f占空比占空比它表示脉冲宽度它表示脉冲宽度t tw w
7、占整个占整个周期周期T T的百分数。的百分数。当占空比为当占空比为50%50%时,称此时,称此矩形波为矩形波为方波方波脉冲宽度:脉冲幅值的脉冲宽度:脉冲幅值的50%50%的两个时间点所跨越的时间。的两个时间点所跨越的时间。5.0V幅值幅值=5.0V4.5V4.5V2.5V0.50.52.5V0.0V脉冲宽度脉冲宽度tw tr上升上升时间时间 tf下降下降时间时间图图1.1.5 非理想脉冲波形非理想脉冲波形(4)时序图:表明各信号之间时序关系的波形图。)时序图:表明各信号之间时序关系的波形图。(3 3 3 3)非理想脉冲波形)非理想脉冲波形)非理想脉冲波形)非理想脉冲波形 脉冲波形上升时间:从脉
8、冲幅值的脉冲波形上升时间:从脉冲幅值的脉冲波形上升时间:从脉冲幅值的脉冲波形上升时间:从脉冲幅值的10%10%10%10%到到到到90%90%90%90%所经历所经历所经历所经历 的时间。下降时间则相反。的时间。下降时间则相反。的时间。下降时间则相反。的时间。下降时间则相反。数制数制十进制十进制 十进制:就是以十进制:就是以10为为基数基数的计数体制的计数体制 数码:数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 计数规律:计数规律:“逢十进一逢十进一”位权(权)位权(权)10i例如例如:(385.64)D=3102+8101+5100+610-1+410-2一般地说,任意十进制数可表示为一般地
9、说,任意十进制数可表示为式中式中ki为基数为基数“10”的第的第i次幂的系数,它可以是次幂的系数,它可以是09中任何一中任何一个数字个数字二进制二进制二进制:就是以二进制:就是以2为为基数基数的计数体制的计数体制 数码:数码:0、1 计数规律:计数规律:“逢二进一逢二进一”位权(权)位权(权)2i例如例如:(1011.101)B=123+022+121+120+12-1+02-2+12-3任意二进制数可表示为任意二进制数可表示为式中式中ki为基数为基数“2”的第的第i次幂的系数,它可以是次幂的系数,它可以是0或者或者1 20 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 21
10、 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 122 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 123 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1二进制数的波形表示二进制数的波形表示二进制数的波形表示二进制数的波形表示八进制八进制 八进制:就是以八进制:就是以8为为基数基数的计数体制的计数体制 数码:数码:0、1、2、3、4、5、6、7 计数规律:计数规律:“逢八进一逢八进一”位权(权)位权(权)8i例如例如:(573.46)O=582+781+380+48-1+68-2任意八进制数可表示为任意八进制数可表示为式中式中ki为基数为基数“8”
11、的第的第i次幂的系数,它可以是次幂的系数,它可以是07中任何一个数字中任何一个数字十六进制十六进制 十六进制:就是以十六进制:就是以16为为基数基数的计数体制的计数体制 数码:数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F 计数规律:计数规律:“逢十六进一逢十六进一”位权(权)位权(权)16i例如例如:(5EC.D4)H=5162+14161+12160+1316-1+416-2任意十六进制数可表示为任意十六进制数可表示为式中式中ki为基数为基数“16”的第的第i次幂的系数,它可以是次幂的系数,它可以是0F中任何一个数字中任何一个数字不同数字间的转换不同数字间的转换一、二
12、进制、八进制、十六进制数转换为十进制数一、二进制、八进制、十六进制数转换为十进制数方法方法:按权展开按权展开例如:例如:1、(101110.011)2=125+123+122+121+12-2+12-3=(46.375)10 2、(637.34)8=682+381+780+38-1+48-2 =(415.4375)10 3、(8ED.C7)16=8162+14161+13160+1216-1 +716-2=(2285.7773)10二、十进制数转换为二进制、八进制和十六进制数二、十进制数转换为二进制、八进制和十六进制数方法:整数部分方法:整数部分-“除基取余法除基取余法”;小数部分小数部分-“
13、乘基取整法乘基取整法”111000 2 4 3 2 1 0 2 8 7 2 5 2 2 1 2 22 1 7 4 2 1011MSBLSB0.4370.4372=0.874 2=0.874 整数部分整数部分 0 00.8740.8742=1.748 2=1.748 整数部分整数部分 1 10.7480.7482=1.496 2=1.496 整数部分整数部分 1 10.4960.4962=0.992 2=0.992 整数部分整数部分 0 00.9920.9922=1.984 2=1.984 整数部分整数部分 1 1MSBLSB 结果:结果:(174.437)(174.437)1010=(1010
14、1110.01101)=(10101110.01101)2 2例例1:将十进制数:将十进制数(174.437)10转换成二进制数转换成二进制数解:解:整数部分转换整数部分转换 小数部分转换小数部分转换例例2 2:将十进制数:将十进制数(174.437)(174.437)1010转换成八进制数转换成八进制数解:解:整数部分转换整数部分转换 8 1 7 4 8 2 1 8 2 0652 小数部分转换小数部分转换8=3.496 8=3.496 整数部分整数部分 3 38=3.968 8=3.968 整数部分整数部分 3 38=7.744 8=7.744 整数部分整数部分 7 78=5.952 8=5
15、.952 整数部分整数部分 5 58=7.616 8=7.616 整数部分整数部分 7 7 结果:结果:(174.437)(174.437)1010=(256.33757)=(256.33757)8 8例例3 3:将十进制数:将十进制数(174.437)(174.437)1010转换成十六进制数转换成十六进制数解:解:整数部分转换整数部分转换161 7 417 16 1 018 0EA 小数部分转换小数部分转换16=6.992 16=6.992 整数部分整数部分 6 616=15.872 16=15.872 整数部分整数部分 F F16=13.952 16=13.952 整数部分整数部分 D
16、D16=15.232 16=15.232 整数部分整数部分 F F16=3.712 16=3.712 整数部分整数部分 3 3 结果:结果:(174.437)(174.437)1010=(=(AE.6FDF3)AE.6FDF3)1616三、二进制与八进制、十六进制间相互转换三、二进制与八进制、十六进制间相互转换 二进制数转换成八二进制数转换成八(十六)(十六)进制数方法进制数方法:整数部分从低整数部分从低位开始位开始,每每3 3(4)(4)位二进制数为一组位二进制数为一组,最后一组不足最后一组不足3 3(4)(4)位时位时,则在高位加则在高位加0 0补足补足3 3(4)(4)位为止位为止;小数
17、点后的二进制数则从高小数点后的二进制数则从高位开始位开始,每每3 3(4)(4)位二进制数为一组位二进制数为一组,最后一组不足最后一组不足3 3(4)(4)位时位时,则在低位加则在低位加0 0补足补足3 3(4)(4)位位,然后用对应的八然后用对应的八(十六十六)进制数来进制数来代替代替,再按原顺序排列写出对应的八再按原顺序排列写出对应的八(十六十六)进制数。进制数。例例1:(10 111 101.011 101 11)1:(10 111 101.011 101 11)2 2=(275.356)=(275.356)8 8例例2:(647.453)2:(647.453)8 8=(110 100
18、111.100 101 011)=(110 100 111.100 101 011)2 2例例3 3:(101 1011 1110.1001 11)(101 1011 1110.1001 11)2 2=(5=(5BE.9C)BE.9C)1616例例4:(34:(3BE5.97D)BE5.97D)1616=(11 1011 1110 0101.1001 0111 1101)=(11 1011 1110 0101.1001 0111 1101)2 2表表表表1.2.1 1.2.1 1.2.1 1.2.1 几种数制之间的关系对应几种数制之间的关系对应几种数制之间的关系对应几种数制之间的关系对应表表表
19、表十进制数十进制数二进制数二进制数八进制数八进制数十六进制数十六进制数0123456789101112131415161718000000000100010000110010000101001100011101000010010101001011011000110101110011111000010001100100123456710111213141516172021220123456789ABCDEF101112二进制数的算术运算二进制数的算术运算无符号二进制数的算术运算无符号二进制数的算术运算1、二进制加法、二进制加法二进制数的加法规则:二进制数的加法规则:0+0=0,0+1=1,1+1
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