第1章-数字逻辑基础-电力数电教学课件.ppt

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1、数字电子技术基础数字电子技术基础 Tel:第第1 1章章 数字逻辑基础数字逻辑基础 一、一、课程内容、课时与实验安排课程内容、课时与实验安排二、基本内容二、基本内容 1 1、什么叫数字电子技术？、什么叫数字电子技术？2 2、数制与数的转换数制与数的转换 4 4、BCD码码 5 5、逻辑代数逻辑代数 6、基本逻辑运算关系、基本逻辑运算关系 7、作业、作业 综述每次课程的基本内容综述每次课程的基本内容 习题习题 1.2.2 1.2.3 1.4.1 1.6.11 数字逻辑数字逻辑概论 (3)2 逻辑代数与硬件描述语言基础逻辑代数与硬件描述语言基础 (6)3 逻辑门电路逻辑门电路 (5+实实1 TTL

2、与非门与非门)4 组合逻辑电路组合逻辑电路 (6+实实2 译码显示译码显示+实实3 表决器的设计表决器的设计)55 锁存器和锁存器和 触发器触发器 (6+实实4 触发器触发器)66 时序逻辑电路时序逻辑电路 (6+实实5 计数器计数器)8脉冲脉冲 的变换与产生的变换与产生 (6)99模数与数模转换器模数与数模转换器 (6)107存储器、可编程复杂器件和现场可编程门阵列存储器、可编程复杂器件和现场可编程门阵列（4）11总复习总复习 （2）补充补充:课程内容、课时与实验安排（课程内容、课时与实验安排（48节）节）1.1 数字电路与数字信号数字电路与数字信号1.1.1 数字技术的发展及其应用数字技术

3、的发展及其应用5个发展阶段个发展阶段（见（见P.2.）电子管时代电子管时代晶体管时代晶体管时代小中规模集成电路时代小中规模集成电路时代（SSI、MSI、）大规模集成电路时代大规模集成电路时代（LSI、VLSI、ULSI）网络时代网络时代8个方面的应用个方面的应用:广播、电视、通信、医学、测量、广播、电视、通信、医学、测量、（见（见P.2.）控制、办公、生活、娱乐等。控制、办公、生活、娱乐等。1.1.3 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号1.模拟信号：在时模拟信号：在时间上和数值上间上和数值上连续连续的信号。的信号。2.数字信号：在时间上数字信号：在时间上和数值上不连续的和数值上不连续的（即（

4、即离散离散的）信号。的）信号。uu模拟信号波形模拟信号波形数字信号波形数字信号波形tt对模拟信号进行传对模拟信号进行传输、处理的电子线输、处理的电子线路称为模拟电路。路称为模拟电路。对数字信号进行传对数字信号进行传输、处理的电子线输、处理的电子线路称为数字电路。路称为数字电路。3.模拟量的数字表示模拟量的数字表示 利用利用模数转换电路模数转换电路，通过采样和量化，可将通过采样和量化，可将自然界各种连续变化的自然界各种连续变化的模拟信号转换成离散的模拟信号转换成离散的数字信号，（如图数字信号，（如图1.1.1所示），并用代表高低所示），并用代表高低电平的电平的1和和0来表示；然来表示；然后，按一

5、定规律进行编后，按一定规律进行编码，就将这些数字信号码，就将这些数字信号用二进制数来表示了。用二进制数来表示了。1.1.4数字信号的描述方法数字信号的描述方法1.二值数字逻辑和逻辑电平二值数字逻辑和逻辑电平 二进制数二进制数:0、1；逻辑电平逻辑电平:在正逻辑中在正逻辑中,0为低电平，为低电平，1为高电平；为高电平；在负逻辑中则相反。在负逻辑中则相反。2.数字波形数字波形:如图如图1.1.21.1.4所示；所示；注意注意3个参数个参数:脉冲宽度脉冲宽度t W、周期、周期T和占空比和占空比q。数码为：数码为：09；基数是；基数是10。运算规律：逢十进一，即：运算规律：逢十进一，即：9110。十进

6、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称称为十进制的权。各数为十进制的权。各数位的权是位的权是10的幂。的幂。同样的数码在不同的数位上代同样的数码在不同的数位上代表的数值不同，即为表的数值不同，即为权权。任意一个十进制数都任意一个十进制数都可以表示为各个数位可以表示为各个数位上的数码与其对应的上的数码与其对应的权的乘积之和，称权的乘积之和，称权权展开式。展开式。即：即：(5555)105103 510251015100又如：又如：(209.04)10 2102 010191000101 4 1022、二进制、二进制数码为：数码为：0、1；基数是；基

7、数是2。运算规律：逢二进一，即：运算规律：逢二进一，即：1110。二进制数的权展开式及其与十进制数的转换：二进制数的权展开式及其与十进制数的转换：(101.01)2 122 0211200211 22 (5.25)10 二进制数只有二进制数只有0和和1两个数码，它的每一位都可两个数码，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。运算电路也容易实现。这就是数字系统常采用二这就是数字系统常采用二进制数的主要原因。进制数的主要原因。各数位的权是的幂各数位的权是的幂整数部分采用基数连除法，整数部分采用基数连除法，先得到的余数为低

8、位，后得先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。到的余数为高位。小数部分采用基数连乘法，小数部分采用基数连乘法，先得到的整数为高位，后得先得到的整数为高位，后得到的整数为低位。到的整数为低位。所以：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。进制数。（1）二进制数转换为八进制数：）二进制数转换为八进制数：将二进制数由小数点将二进制数由小数点 开始，整数部分向左，小数部分向右，每开始，整数部分向左，小数部分向右，每3位分成位分成 一组，不够一组，不够3位补零，则每组二进制数便是一位八位补

9、零，则每组二进制数便是一位八 进制数。进制数。将将N进制数按权展开，即可以转换为十进制数。进制数按权展开，即可以转换为十进制数。6、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：）八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用将每位八进制数用 3位二进制数表示。位二进制数表示。=011 111 100.010 110(374.26)8 1.3 二进制数的算术运算二进制数的算术运算 基本四则运算（见基本四则运算（见P.21.25）常用的运算有加法和乘法：常用的运算有加法和乘法：加法规则：加法规则：0+0

10、=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法规则：乘法规则：0.0=0，0.1=0，1.0=0，1.1=1加、减、乘、除运算实例见加、减、乘、除运算实例见即例即例1.3.1及及1.3.3（手工（手工板书）板书）:用来表示十进制数码、字母、符号等信息的用来表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数码称为代码。一定位数的二进制数码称为代码。按一定的规则编制这些代码的过程称为编码。按一定的规则编制这些代码的过程称为编码。将这些代码还原成十进制数、字母、符号等的过将这些代码还原成十进制数、字母、符号等的过程称为译码或解码。程称为译码或解码。1.4 二进制代码二进制代码 数字系统只能识别数字

11、系统只能识别0 0和和1 1，怎样才能表示更，怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决这多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决这个问题。个问题。1.4.1 二二十进制代码十进制代码（BCD码码）用用4位二进制数位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称十个数码。简称BCD码。码。BCD码包括码包括有权码和无权码有权码和无权码，见表，见表1.4.1。用四位自然二进制码中的前十个码来表示十进制用四位自然二进制码中的前十个码来表示十进制数码，因各位的权值依次为数码，因各位的权值依次为8、4、2、1，故称，故称8421 BCD有权码。有权码还有有

12、权码。有权码还有2421码、码、5421码等。码等。无权码有余无权码有余3码、余码、余3循环码和格雷码，见表循环码和格雷码，见表1.4.1和表和表1.4.2。余。余3码由码由8421码加码加0011得到，余得到，余3循环码可视为格雷码首尾各去掉循环码可视为格雷码首尾各去掉3而成。格雷码的而成。格雷码的特点是任何相邻的两个码，仅有一位码不同，其它特点是任何相邻的两个码，仅有一位码不同，其它位都相同。位都相同。1.4.2 格雷码格雷码 它它是一种循环码，是一种循环码，具有相邻性，具有相邻性，特点是特点是任何相邻的两个代码，仅有一位不同，其任何相邻的两个代码，仅有一位不同，其它各位都相同。它各位都相

13、同。格雷码格雷码 常用于将模拟量转换成常用于将模拟量转换成 用连续用连续二进制数序列二进制数序列表示数字量的表示数字量的模数转换系统模数转换系统中，优点是避免错误数码的出现。中，优点是避免错误数码的出现。1.4.3 ASCII码码 它是目前国际上通用的一种字符码。它是目前国际上通用的一种字符码。详情见表详情见表1.4.3。1 1、与运算、与运算（逻辑乘法）（逻辑乘法）定义：定义：仅当决定事件（仅当决定事件（Y）发生的所有条件（）发生的所有条件（A，B，C，）均满足时，事件（）均满足时，事件（Y）才能发生。）才能发生。实现与运算的电路实现与运算的电路 （1.5.11.5.1）表表1.5.1 与逻

14、辑真值表与逻辑真值表 逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式 2 2、或运算、或运算（逻辑加法）（逻辑加法）定定义：义：在决定事件（在决定事件（Y）发生的各种条件（）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（中，只要有一个或多个条件具备，事件（Y）就发生。）就发生。实现实现或或运算的电路运算的电路 真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式（1.5.21.5.2）逻辑符号逻辑符号 3 3、非运算、非运算（反运算）（反运算）定义定义:当决定事物的条件不满足，事件反而发生。当决定事物的条件不满足，事件反而发生。实现或运算的电路实现或运算的电路 真值表真值表 逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻

15、辑表达式（1.5.31.5.3）（3）异或运算：）异或运算：逻辑表达式为：逻辑表达式为：（4）与或非运算：）与或非运算：逻辑表达式为：逻辑表达式为：1 1、真值表真值表是由变量的所有可能取值组合及是由变量的所有可能取值组合及其对应的函数值所构成的表格。其对应的函数值所构成的表格。真值表列写方法：真值表列写方法：每一个变量均每一个变量均有有0、1两种取值，两种取值，n个变量共有个变量共有2n种不同的取值，将这种不同的取值，将这2n种不同的取种不同的取值按顺序（一般按二进制递增规律）值按顺序（一般按二进制递增规律）排列起来，同时在相应位置上填入排列起来，同时在相应位置上填入函数的值，便可得到逻辑函

16、数的真函数的值，便可得到逻辑函数的真值表，如右表所示。值表，如右表所示。1.6逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法 描述输入逻辑变量和输出逻辑变量之间的因果关描述输入逻辑变量和输出逻辑变量之间的因果关系叫做逻辑函数。其系叫做逻辑函数。其表示方法通常有表示方法通常有5种。种。4 4、逻辑图逻辑图逻辑图：逻辑图：是由表是由表示逻辑运算的逻辑符示逻辑运算的逻辑符号所构成的图形。号所构成的图形。、波形、波形图图波形图：波形图：是由输入变量的是由输入变量的所有可能取值组合的高、低电所有可能取值组合的高、低电平及其对应的输出函数值的高、平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。低电平所构成的图形。1

17、.数字信号与数字电路数字信号与数字电路 数字信号的数值相对于时间的变化过程是数字信号的数值相对于时间的变化过程是跳变的、间断性的。对数字信号进行传输、跳变的、间断性的。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。模拟信号处理的电子线路称为数字电路。模拟信号通过模数转换后可变成数字信号，即可用通过模数转换后可变成数字信号，即可用数字电路进行传输、处理。计算机就是典数字电路进行传输、处理。计算机就是典型的工程应用实例。型的工程应用实例。小小 结结 一一2.2.数制与数制转换数制与数制转换 日常生活中使用十进制，但在计算机中基本日常生活中使用十进制，但在计算机中基本上使用二进制，有时也使用八进制

18、或十六进制。上使用二进制，有时也使用八进制或十六进制。利用权展开式可将任意进制数转换为十进制利用权展开式可将任意进制数转换为十进制数。将十进制数转换为其它进制数时，整数部分数。将十进制数转换为其它进制数时，整数部分采用基数除法，小数部分采用基数乘法。因为采用基数除法，小数部分采用基数乘法。因为1 1位八进制数由位八进制数由3 3位二进制数构成，位二进制数构成，1 1位十六进制数位十六进制数由由4 4位二进制数构成，故可实现二进制数与八进位二进制数构成，故可实现二进制数与八进制数、二进制数与十六进制数之间的相互转换。制数、二进制数与十六进制数之间的相互转换。3.BCD3.BCD码码 二二进进制制

19、代代码码不不仅仅可可以以表表示示数数值值，而而且且可可以以表表示示符符号号及及文文字字，使使信信息息交交换换灵灵活活方方便便。BCDBCD码码是是用用4 4位位二二进进制制代代码码代代表表1 1位位十十进进制制数数的的编编码码，有有多多种种BCDBCD码形式，最常用的是码形式，最常用的是8421 BCD8421 BCD码。码。4.逻辑代数逻辑代数 逻辑代数是分析和设计数字电路的重要工具。逻辑代数是分析和设计数字电路的重要工具。利用逻辑代数，可以把实际逻辑问题抽象为逻辑函利用逻辑代数，可以把实际逻辑问题抽象为逻辑函数来描述，并且可以用逻辑运算的方法，解决逻辑数来描述，并且可以用逻辑运算的方法，解

20、决逻辑电路的分析和设计问题。电路的分析和设计问题。5.基本逻辑运算关系基本逻辑运算关系 与、或、非是与、或、非是3种基本逻辑关系，也是种基本逻辑关系，也是3种基本种基本逻辑运算。与非、或非、与或非、异或及同或则是逻辑运算。与非、或非、与或非、异或及同或则是由与、或、非由与、或、非3种基本逻辑运算导出即复合而成的种基本逻辑运算导出即复合而成的5种常用逻辑运算。种常用逻辑运算。6.逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法 5种表示方法从种表示方法从5个不同的方面描述了逻辑电路个不同的方面描述了逻辑电路的功能，是分析和设计逻辑电路的常用工具。的功能，是分析和设计逻辑电路的常用工具。2008.3.2.23.06