数字电子技术基础全套课件-2.pptx
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1、2.1 数字电路的基础知识2.2 逻辑代数及其运算规则2.3 逻辑函数表示方法2.4 逻辑函数的化简第1页/共103页 在数字电路中,主要研究的是电路的输入输出之间的逻辑关系,因此数字电路又称逻辑电路,其研究工具是逻辑代数(布尔代数或开关代数)。逻辑变量:用字母表示,取值只有0和1。此时,0和1不再表示数量的大小,只代表两种不同的状态。2.1 概述第2页/共103页一、与逻辑(与运算)与逻辑:与逻辑:仅当决定事件(仅当决定事件(Y Y)发生的所有条件()发生的所有条件(A A,B B,C C,)均满足时,事件()均满足时,事件(Y Y)才能发生。表达)才能发生。表达式为:式为:例:开关A,B串
2、联控制灯泡YA、B都断开,灯不亮。A断开、B接通,灯不亮。A接通、B断开,灯不亮。2.2 逻辑代数中的三种基本运算A、B都接通,灯亮。第3页/共103页功能表功能表 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:真真值值表表两个开关均接通时,灯才会亮。逻辑表达式为:第4页/共103页实现与逻辑的电路称为与门。与门的逻辑符号:第5页/共103页二、或逻辑(或运算)二、或逻辑(或运算)或逻辑: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:两个开关只要有一个接通,灯就会亮。逻辑表达式为:功能表功能表真值
3、表真值表+第6页/共103页实现或逻辑的电路称为或门。或门的逻辑符号:Y=A+B第7页/共103页三、非逻辑(非运算)三、非逻辑(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:YA功能表功能表真值表真值表第8页/共103页实现非逻辑的电路称为非门。非门的逻辑符号:YA第9页/共103页常用的逻辑运算常用的逻辑运算1、与非运算:逻辑表达式为:第10页/共103页2、或非运算:逻辑表达式为:第11页/共103页3、异或运算:逻辑表达式为:第12页/共103页异或逻辑的运算规则:00=001=110=1011=A0=A1=A
4、A=AA=AA10第13页/共103页4、同或运算:逻辑表达式为:AB异或和同或互为反运算异或和同或互为反运算第14页/共103页同或逻辑的运算规则:0 0=10 1=01 0=011 1=A 0=A 1=A A=A A=AA10第15页/共103页5 5、与或非运算:逻辑表达式为:与或非运算:逻辑表达式为:第16页/共103页2.3 逻辑代数的基本公式和常用公式一、基本公式请特别注意与普通代数不同之处1.常量之间的关系常量之间的关系第17页/共103页 2.基本公式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。亦称 非非律第18页
5、/共103页 3.基本定理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:第19页/共103页求证求证:(1717式)式)A+BC=(A+B)(A+C)证明证明:右边=(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC=A+A(B+C)+BC=A(1+B+C)+BC=A 1+BC=A+BC=左边课本上用真值表证明第20页/共103页二、常用公式1.A+AB=2.A+AB=A+AB=A(A+B)=A(A+B)=注:红色变量被吸收掉!统称 吸收律注:红色变量被吸收掉!统称 吸收律AA+BA+BABAB第21页/共103页证明:A+AB=(A+A
6、)(A+B);分配律分配律 =1(A+B)=A+BA+BC=(A+B)(A+C)第22页/共103页3.AB+AB=4.A(A+B)=证明证明:A(A+B)=AA+AB =A+AB =A(1+B)=A(A+B)(A+B)=注:红色变量被吸收掉!也称 吸收律AAA第23页/共103页5.AB+AC+BC=证明:AB+AC+BC =AB+AC+(A+A)BC =AB+AC+ABC+ABC =AB(1+C)+AC(1+B)=AB+ACAB+AC+BCD=AB+ACAB+AC冗余定律或多余项定理或包含律第24页/共103页(A+B)(A+C)(B+C)=(A+B)(A+C)(A+B)(A+C)(B+C
7、+D)=(A+B)(A+C)冗余定律冗余定律或或多余项定理多余项定理的其他形式的其他形式同理:此多余项可以扩展成其他形式第25页/共103页6.A(AB)=A(AB)=证明证明:A(AB)=A(A+B)=AA+AB =ABA(AB)=A(A+B)=AA+AB =A(1+B)=AABA第26页/共103页一、代入定理一、代入定理 任任何何一一个个含含有有变变量量A的的等等式式,如如果果将将所所有有出出现现A的的位位置置都都用用同同一一个个逻逻辑辑函函数数代代替替,则则等等式式仍仍然成立。这个规则称为代入定理。然成立。这个规则称为代入定理。例如,已知等式例如,已知等式 ,用函数,用函数Y=BC代代
8、替等式中的替等式中的B,根据代入定理,等式仍然成立,即有:,根据代入定理,等式仍然成立,即有:2.4 逻辑代数的基本定理第27页/共103页二、二、反演定理反演定理对于任何一个逻辑表达式对于任何一个逻辑表达式Y,如果将表达式中,如果将表达式中的所有的所有“”换成换成“”,“”换成换成“”,“0”换成换成“1”,“1”换成换成“0”,原变量换成反变量,原变量换成反变量,反变量换成原变量反变量换成原变量,那么所得到的表达式就是函,那么所得到的表达式就是函数数Y的反函数的反函数Y(或称补函数)。这个规则称为反(或称补函数)。这个规则称为反演定理。演定理。第28页/共103页第29页/共103页应用反
9、演定理应注意两点:应用反演定理应注意两点:1、保持原来的运算优先顺序,即如果在原函数表、保持原来的运算优先顺序,即如果在原函数表 达式中,达式中,AB之间先运算,再和其它变量进行之间先运算,再和其它变量进行 运算,运算,那么非函数的表达式中,仍然是那么非函数的表达式中,仍然是AB之之 间先运算。间先运算。2、不属于单个变量上的反号应保留不变。、不属于单个变量上的反号应保留不变。第30页/共103页三、三、对偶定理对偶定理 对对于于任任何何一一个个逻逻辑辑表表达达式式Y,如如果果将将表表达达式式中中的的所所有有“”换换成成“”,“”换换成成“”,“0”换换成成“1”,“1”换换成成“0”,而而变
10、变量量保保持持不不变变,则则可可得得到到的的一一个个新新的的函函数数表表达达式式 YD,YD称称为为Y的对偶式。的对偶式。对对偶偶定定理理:如如果果两两个个逻逻辑辑式式相相等等,则则它它们们的的对对偶偶式式也相等。也相等。利用对偶规则,可以使要证明及要记忆的公式数目减少一半。第31页/共103页第32页/共103页(2)式)式(12)式第33页/共103页2.5 逻辑函数及其表示方法一、逻辑函数 如果以逻辑变量作为输入,以运算结果作为输出,当输入变量的取值确定之后,输出的取值便随之而定。输出与输入之间的函数关系称为逻辑函数。Y=F(A,B,C,)第34页/共103页二、逻辑函数表示方法 常用逻
11、辑函数的表示方法有:逻辑真值表(真值表)、逻辑函数式(逻辑式或函数式)、逻辑图、波形图、卡诺图及硬件描述语言。它们之间可以相互转换。例:一举重裁判电路第35页/共103页设A、B、C为1表示开关闭合,0表示开关断开;Y为1表示灯亮,为0表示灯暗。得到函数表示形式:真值表函数式逻辑图第36页/共103页波形图ABCYtttt第37页/共103页真值表:真值表:将输入、输出的所有可能状态一将输入、输出的所有可能状态一一对应地列出。一对应地列出。0 10 11 01 0A Y一输入变一输入变量,二种量,二种组合组合 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0二输入变二输入变量,四种量
12、,四种组合组合A B C Y0 0 0 0 0 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 1三输入变三输入变量,八种量,八种组合组合第38页/共103页A B C D Y0 0 0 0 1 0 0 0 1 00 0 1 0 10 0 1 1 10 1 0 0 00 1 0 1 10 1 1 0 00 1 1 1 1A B C D Y1 0 0 0 1 1 0 0 1 11 0 1 0 11 0 1 1 11 1 0 0 11 1 0 1 11 1 1 0 11 1 1 1 1四输入变四输入变量,量,16种种组合组合第39页/共103页 n个变量
13、可以有个变量可以有2n个组合,个组合,一般按二进制的顺序,输出与输一般按二进制的顺序,输出与输入状态一一对应,列出所有可能入状态一一对应,列出所有可能的状态。的状态。第40页/共103页逻辑函数式逻辑函数式 把逻辑函数的输入、输出关系写成把逻辑函数的输入、输出关系写成与与、或或、非非等逻辑运算的组合式,即等逻辑运算的组合式,即逻辑代数式逻辑代数式,又称,又称为为逻辑函数式逻辑函数式,通常采用,通常采用“与或与或”的形式。的形式。比如:比如:第41页/共103页逻辑图:逻辑图:把相应的逻辑关系用逻辑符号和连线把相应的逻辑关系用逻辑符号和连线表示出来。表示出来。第42页/共103页各种表示方法之间
14、的相互转换1 1、真值表、真值表逻辑函数式逻辑函数式方法方法:将真值表中为将真值表中为1 1的项相加的项相加,写成写成 “与或式与或式”。A B C Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 例例2.5.1第43页/共103页2 2、逻辑式、逻辑式真值表真值表方法方法:将输入变量取值的所有将输入变量取值的所有组合状态逐一带入逻辑式求函组合状态逐一带入逻辑式求函数值数值,列成表即得真值表。列成表即得真值表。例2.5.2A B C Y 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1
15、 1 0 1 1 1 01111110第44页/共103页3 3、逻辑式、逻辑式逻辑图逻辑图方法方法:用图形符号代替逻辑式中的运算符号用图形符号代替逻辑式中的运算符号,就可以画出逻辑图就可以画出逻辑图.例2.5.3第45页/共103页4 4、逻辑图、逻辑图逻辑式逻辑式方法方法:从输入端到输出端逐级写出每个图形符从输入端到输出端逐级写出每个图形符号对应的逻辑式,即得到对应的逻辑函数式号对应的逻辑式,即得到对应的逻辑函数式.第46页/共103页5 5、波形图、波形图真值表真值表ABCYtttt00000011010101101000101111001111A B C Y 0 0 0 0 0 1 0
16、 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 01100101第47页/共103页最小项:在在n变量逻辑函数中,若变量逻辑函数中,若m为包含为包含n个因子的乘个因子的乘积项,而且这积项,而且这n个变量都以原变量或反变量的形式在个变量都以原变量或反变量的形式在m 中中出现出现,且仅出现且仅出现一次一次,则这个乘积项,则这个乘积项m称为该称为该函数的一个标准积项,通常称为最小项。函数的一个标准积项,通常称为最小项。3个变量个变量A、B、C可组成可组成 8(23)个最小项:个最小项:4个变量可组成个变量可组成 16(24)个最小项个最小项,记作记作m0m15。三、逻辑函数的两
17、种标准形式第48页/共103页若两个最小项仅有一个因子不同,则称这两个最小项具有相邻性。例:和 ,这两个最小项相加时能合并,并可消去1个因子。第49页/共103页最小项的性质最小项的性质:任意一个最小项,只有一组变量取值使其值为任意一个最小项,只有一组变量取值使其值为1。任意两个不同的最小项的乘积必为任意两个不同的最小项的乘积必为0。全部最小项的和必为全部最小项的和必为1。第50页/共103页具有相邻性的两个最小项可以合并,并消去一对因子。只有一个因子不同的两个最小项是具有相邻性的最小项。只有一个因子不同的两个最小项是具有相邻性的最小项。例如:将它们合并,可消去因子:=BCABC 和 ABC
18、具有逻辑相邻性。ABC+ABC=(A+A)BC第51页/共103页 任何一个逻辑函数都可以表示成唯一的一任何一个逻辑函数都可以表示成唯一的一组最小项之和,称为组最小项之和,称为标准与或表达式标准与或表达式,也称为,也称为最小项表达式最小项表达式。逻辑函数的最小项表达式 对于不是最小项表达式的与或表达式,对于不是最小项表达式的与或表达式,可利用公式可利用公式AA1 和和A(B+C)ABAC来配项展开成最小项表达式。来配项展开成最小项表达式。第52页/共103页例第53页/共103页如果列出了函数的真值表,则只要将函数值为如果列出了函数的真值表,则只要将函数值为1的的那些最小项相加,便是函数的最小
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