数字电子技术第二版第二版ppt课件(完整版).ppt
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1、数字电子技术数字电子技术数字电子技术数字电子技术(第二版)(第二版)(第二版)(第二版)第第第第1 1章章章章 逻辑代数逻辑代数逻辑代数逻辑代数学习要点学习要点l了解数字电路的特点及分类,数制与编码的概念,各种数制之间的转换。l了解不同类型逻辑表达式的相互转换以及最简与或表达式。l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。l能够熟练地运用真值表、逻辑表达式、卡诺图、波形图和逻辑图表示逻辑函数。第第第第1 1章章章章 逻辑代数逻辑代数逻辑代数逻辑代数1.1 1.1 概述概述概述概述1.2 1.2 数制与编码数制与编码数制与编码数制与编码1.3 1.3 逻辑代数的基本概念逻辑代数的
2、基本概念逻辑代数的基本概念逻辑代数的基本概念1.4 1.4 逻辑代数的公式、定理和规则逻辑代数的公式、定理和规则逻辑代数的公式、定理和规则逻辑代数的公式、定理和规则1.5 1.5 逻辑函数的化简逻辑函数的化简逻辑函数的化简逻辑函数的化简1.6 1.6 逻辑函数的表示方法及其相互转换逻辑函数的表示方法及其相互转换逻辑函数的表示方法及其相互转换逻辑函数的表示方法及其相互转换退出退出退出退出1.1 1.1 概述概述概述概述1.1.1 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
3、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。1.1.2 数字电路的的特点与分类数字电路的的特点与分类(1)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),反映在电路上就是低电平和高电平两种状态(即0和1两个逻辑值)。(2)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间的关系。(3)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0和1两种状态即可。1、数字电路的特点、数字电路的特点2、数字电路的分类、数字电路的分类(2)按所用器件制作工艺的不同:数字电路可分为双极型(TTL型)和单极型
4、(MOS型)两类。(3)按照电路的结构和工作原理的不同:数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。组合逻辑电路没有记忆功能,其输出信号只与当时的输入信号有关,而与电路以前的状态无关。时序逻辑电路具有记忆功能,其输出信号不仅和当时的输入信号有关,而且与电路以前的状态有关。(1)按集成度分类:数字电路可分为小规模(SSI,每片数十器件)、中规模(MSI,每片数百器件)、大规模(LSI,每片数千器件)和超大规模(VLSI,每片器件数目大于1万)数字集成电路。集成电路从应用的角度又可分为通用型和专用型两大类型。11.2 .2 数制与编码数制与编码数制与编码数制与编码(1)进位制:表示数时,仅用一位
5、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。1.2.1 数制数制(2)基 数:进位制的基数,就是在该进位制中可能用到的数码个数。(3)位 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,这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。数码为:09;基数是10。运算规律:逢十进一,即:9110。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
6、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、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。数
7、码为:07;基数是8。运算规律:逢八进一,即:7110。八进制数的权展开式:如:(207.04)10 282 0817800814 82 (135.0625)103、八进制、八进制4、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,即:F110。十六进制数的权展开式:如:(D8.A)16 13161 816010 161(216.625)10各数位的权是各数位的权是8的幂的幂各数位的权是各数位的权是16的幂的幂结论结论一般地,N进制需要用到N个数码,基数是N;运算规律为逢N进一。如果一个N进制数M包含位整数和位小数,即 (an-1 an-2 a1 a0 a1 a2 am
8、)2则该数的权展开式为:(M)2 an-1Nn-1 an-2 Nn-2 a1N1 a0 N0a1 N-1a2 N-2 amN-m 由权展开式很容易将一个N进制数转换为十进制数。1.2.2 数制转换数制转换(1)二进制数转换为八进制数:将二进制数由小数点开始,整数部分向左,小数部分向右,每3位分成一组,不够3位补零,则每组二进制数便是一位八进制数。将N进制数按权展开,即可以转换为十进制数。1、二进制数与八进制数的相互转换、二进制数与八进制数的相互转换1 1 0 1 0 1 0.0 10 00 (152.2)8(2)八进制数转换为二进制数:将每位八进制数用3位二进制数表示。=011 111 100
9、.010 110(374.26)82、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4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。3、十进制数转换为二进制数、十进制数转换为二进制数采用的方法 基数连除、连乘法基数连除、连乘法原理原理:将整数部分和小数部分分别进行转换。整数部分采用基数连除法,小数部分 采用基数连乘法。转换后再合并。整数部分采用基数连除法,先得到的余数为低位,后得到的余数为高位。小数
10、部分采用基数连乘法,先得到的整数为高位,后得到的整数为低位。所以:(44.375)10(101100.011)2采用基数连除、连乘法,可将十进制数转换为任意的N进制数。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。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。1.2.3 编码编码 数字系统只能识别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
11、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 BCD码。1 11 1.3 .3 .3 .3 逻辑代数逻辑代数逻辑代数逻辑代数的基本概念的基本概念的基本概念的基本概念事物往往存在两种对立的状态,在逻辑代数中可以抽象地表示为 0 和 1,称为逻辑0状态和逻辑1状态。逻辑代数是按一定的逻辑关系进行运算的代数,是分析和设计数字电路的数学工具。在逻辑代数,只有和两种逻辑值,有与、或、非与、或、非与、或、非与、或、非三种基本逻辑运算,还有与或、与或、与或、与或、与非、与或非、异或与非、与或非、异或与非、
12、与或非、异或与非、与或非、异或几种导出逻辑运算。逻辑代数中的变量称为逻辑变量,用大写字母表示。逻辑变量的取值只有两种,即逻辑0和逻辑1,0 和 1 称为逻辑常量,并不表示数量的大小,而是表示两种对立的逻辑状态。逻辑是指事物的因果关系,或者说条件和结果的关系,这些因果关系可以用逻辑运算来表示,也就是用逻辑代数来描述。1.3.1 基本逻辑运算基本逻辑运算1 1、与运算、与运算与逻辑的定义:仅当决定事件(Y)发生的所有条件(A,B,C,)均满足时,事件(Y)才能发生。表达式为:开关A,B串联控制灯泡Y两个开关必须同时接通,两个开关必须同时接通,灯才亮。逻辑表达式为:灯才亮。逻辑表达式为:A、B都断开
13、,灯不亮。都断开,灯不亮。A断开、断开、B接通,灯不亮。接通,灯不亮。A接通、接通、B断开,灯不亮。断开,灯不亮。A、B都接通,灯亮。都接通,灯亮。这种把所有可能的条件组合及其对应结果一一列出来的表格叫做真值表真值表。将开关接通记作1,断开记作0;灯亮记作1,灯灭记作0。可以作出如下表格来描述与逻辑关系:功能表功能表实现与逻辑的电路称为与门。与门的逻辑符号:真真值值表表逻辑符号逻辑符号2 2、或运算、或运算或逻辑的定义:当决定事件(Y)发生的各种条件(A,B,C,)中,只要有一个或多个条件具备,事件(Y)就发生。表达式为:开关A,B并联控制灯泡Y两个开关只要有一个接通,两个开关只要有一个接通,
14、灯就会亮。逻辑表达式为:灯就会亮。逻辑表达式为:+A、B都断开,灯不亮。都断开,灯不亮。A断开、断开、B接通,灯亮。接通,灯亮。A接通、接通、B断开,灯亮。断开,灯亮。A、B都接通,灯亮。都接通,灯亮。实现或逻辑的电路称为或门。或门的逻辑符号:Y=A+B真值表真值表功能表功能表逻辑符号逻辑符号3 3、非运算、非运算非逻辑指的是逻辑的否定。当决定事件(Y)发生的条件(A)满足时,事件不发生;条件不满足,事件反而发生。表达式为:开关A控制灯泡Y实现非逻辑的电路称为非门。非门的逻辑符号:Y=AA断开,灯亮。断开,灯亮。A接通,灯灭。接通,灯灭。真真值值表表功功能能表表逻辑符号逻辑符号(1)与非运算:
15、逻辑表达式为:(2)或非运算:逻辑表达式为:1.3.2 复合逻辑运算复合逻辑运算(3)异或运算:逻辑表达式为:(4)与或非运算:逻辑表达式为:(1)逻辑表达式:由逻辑变量和与、或、非3种运算符连接起来所构成的式子。在逻辑表达式中,等式右边的字母A、B、C、D等称为输入逻辑变量,等式左边的字母Y称为输出逻辑变量,字母上面没有非运算符的叫做原变量,有非运算符的叫做反变量。(2)逻辑函数:如果对应于输入逻辑变量A、B、C、的每一组确定值,输出逻辑变量Y就有唯一确定的值,则称Y是A、B、C、的逻辑函数。记为注意注意注意注意:与普通代数不同的是,在逻辑代数中,不管是变量还是函数,其取值都只能是0或1,并
16、且这里的0和1只表示两种不同的状态,没有数量的含义。1.3.3 逻辑函数及其相等概念逻辑函数及其相等概念(3)逻辑函数相等的概念:设有两个逻辑函数它们的变量都是A、B、C、,如果对应于变量A、B、C、的任何一组变量取值,Y1和Y2的值都相同,则称Y1和Y2是相等的,记为Y1=Y2。若两个逻辑函数相等,则它们的真值表一定相同;反之,若两个函数的真值表完全相同,则这两个函数一定相等。因此,要证明两个逻辑函数是否相等,只要分别列出它们的真值表,看看它们的真值表是否相同即可。证明等式:1.4 1.4 1.4 1.4 逻辑代数的逻辑代数的逻辑代数的逻辑代数的公式、定理和规则公式、定理和规则公式、定理和规
17、则公式、定理和规则1.4.1 逻辑代数的公式和定理逻辑代数的公式和定理(1)常量之间的关系(2)基本公式分别令分别令A=0及及A=1代入这些代入这些公式,即可证公式,即可证明它们的正确明它们的正确性。性。(3)基本定理利用真值表很容易证利用真值表很容易证明这些公式的正确性。明这些公式的正确性。如证明如证明AB=BA:(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC分配率分配率A(B+C)=AB+ACA(B+C)=AB+AC=A+AB+AC+BC等幂率等幂率AA=AAA=A=A(1+B+C)+BC分配率分配率A(B+C)=AB+ACA(B+C)=AB+AC=A+BC0-10-1率率A+1=1A+1=
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