数字电子技术基础第1章第五版课件

主要内容l1 数字逻辑概论l2 逻辑代数与硬件描述语言基础l3 逻辑门电路l4 组合逻辑电路l5 锁存器和触发器l6 时序逻辑电路l7 存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列l8 脉冲波形的变换与产生l9 数模与模数转换器2024/7/201主要内容1 数字逻辑概论2023/8/1511 数字逻辑概论l1.1 数字电路与数字信号l1.2 数制l1.3 二进制的算术运算l1.4 二进制代码(码制)l1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算l1.6 逻辑函数及其表示方法2024/7/2021 数字逻辑概论1.1 数字电路与数字信号2023/8/151.1 数字电路与数字信号2024/7/2031.1 数字电路与数字信号2023/8/1531.1.1 数字技术的发展及其应用l发展迅速，应用广泛电子计算机数码相机DVD(其他内容请同学们自己阅读)2024/7/2041.1.1 数字技术的发展及其应用发展迅速，应用广泛2021.1.2 数字集成电路的分类及特点lSSI（Small Scale Integrated circuit）lMSI（Medium Scale Integrated circuit）lLSI（Large Scale Integrated circuit）lVLSI（Very Large Scale Integrated circuit）lULSI（Ultra Large Scale Integrated circuit）ASIC（Application Specific Integrated cricuit）PLD（Programmable Logic Device）2024/7/2051.1.2 数字集成电路的分类及特点SSI（Small S数字电路的分析方法l分析工具：逻辑代数l分析对象：输入与输出之间的逻辑关系l表达方式：（1）真值表（2）功能表（3）逻辑表达式（4）波形图（5）卡诺图2024/7/206数字电路的分析方法分析工具：逻辑代数2023/8/156数字电路的设计方法 从给定的逻辑功能出发，确定输入、输出变量之间的逻辑关系，选择适当的逻辑器件并设计符合要求的逻辑电路。目前主要的设计方式是利用EDA（电路仿真软件）进行设计。2024/7/207数字电路的设计方法 从给定的逻辑功能出发，1.1.3 模拟信号和数字信号模拟信号：时间、幅度均连续数字信号：时间、幅度均离散2024/7/2081.1.3 模拟信号和数字信号模拟信号：时间、幅度均连续201.1.4 数字信号的描述方法l二值数字逻辑（二进制）0和1即可表示数量也可表示两种不同的逻辑状态。l逻辑电平 不是物理量，而是物理量的相对表示。在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态电压电压(V)(V)二值逻辑二值逻辑电电 平平+51H(高电平高电平)00L(低电平低电平)逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）2024/7/2091.1.4 数字信号的描述方法二值数字逻辑（二进制）电压(V(a)(a)用逻辑电平描述的数字波形用逻辑电平描述的数字波形(b)16(b)16位数据的图形表示位数据的图形表示数字波形数字波形-是信号逻辑电平对时间的图形表示是信号逻辑电平对时间的图形表示.1.1.4 数字信号的描述方法2024/7/2010(a)用逻辑电平描述的数字波形(b)16位数据的图形表示1.1.4 数字信号的描述方法l数字波形（1）归零型、非归零型（2）周期性非周期性（3）数据传输速率：比特率（4）占空比：2024/7/20111.1.4 数字信号的描述方法数字波形2023/8/1511（5）实际数字信号波形2024/7/2012（5）实际数字信号波形2023/8/15121.2 数 制2024/7/20131.2 数 制2023/8/1513数码记数规律基数权加权和的形式书写十进制09逢十进一1010i4589.29=4103 5102 8101 9100 210-1 910-2(N)D二进制0、1逢二进一22i1101.101=123 122 021 120 12-1 02-2 12-3(N)B八进制07逢八进一88i(N)O十六进制0F逢十六进一1616iAD.1C=10161 13160 116-1 1216-2(N)H常用的四种数制基数基数：数码的个数2024/7/2014数码记数规律基数权加权和的形式书写十进制09逢十进一101数制之间的转换1.二进制-十进制例例1.1.将二进制数将二进制数10011.10110011.101转换成十进制数。转换成十进制数。解：解：将每一位二进制数乘以位权，然后相加，将每一位二进制数乘以位权，然后相加，可得可得(10011.101)(10011.101)B B12124 402023 302022 212121 112120 0 12121 102022 212123 3 （19.625)19.625)D D2024/7/2015数制之间的转换1.二进制-十进制2023/8/1512.八进制-十进制例例2.2.将八进制数将八进制数(75.3)(75.3)O O转换成十进制数。转换成十进制数。解：解：将每一位将每一位八八进制数乘以位权，然后相加，进制数乘以位权，然后相加，可得可得(75.3)(75.3)O O78781 158580 03838-1-1 （61.375)61.375)D D2024/7/20162.八进制-十进制2023/8/15163.十六进制-十进制例例3.3.将将十六进制数（进制数（AF.1AF.1）H H转换成十进制数。转换成十进制数。解：解：将每一位将每一位十六进制数乘以位权，然后相加，进制数乘以位权，然后相加，可得可得（AF.1AF.1）H H 101610161 1151615160 0116116-1-1 （175.0625)175.0625)D D 2024/7/20173.十六进制-十进制2023/8/15174.十进制十进制-二进制二进制整数部分：除2求余例4 将十进制数23转换成二进制数。解：(23)D =(10111)B231152122222余0余1余1余1余10bbbbb01234 读取次序2024/7/20184.十进制-二进制231152122222余0小数部分：乘2取整 例例3 3 将十进制数将十进制数0.7060.706转换成二进制数。转换成二进制数。要求误差不大于要求误差不大于2 2-9-9解：解：(0.706)D =(0.101101001)B0.706*2=1.412-10.706*2=1.412-10.412*2=0.824-00.412*2=0.824-00.824*2=1.648-10.824*2=1.648-10.648*2=1.296-10.648*2=1.296-10.296*2=0.592-00.296*2=0.592-00.592*2=1.184-10.592*2=1.184-10.184*2=0.368-00.184*2=0.368-00.368*2=0.736-00.368*2=0.736-00.736*2=1.472-1 0.736*2=1.472-1 误差不大于误差不大于2 2-9-9 保留到-9位2024/7/2019小数部分：乘2取整 0.706*2=1.412-1 l5.十进制-八进制l6.十进制-十六进制l7.二进制-八进制l8.二进制-十六进制l9.八进制-十六进制l1.2.2 二进制的波形表示及二进制数据的传输自学部分2024/7/20205.十进制-八进制自学部分2023/8/15201.3 二进制的算术运算2024/7/20211.3 二进制的算术运算2023/8/15211.3.1 无符号二进制数的算术运算l1.二进制加法l2.二进制减法 1 0 1 1+0 0+1 1+11 1 1 1 0 1 0 0 1-0-1 0-1 1 1 0 1 1 0 2024/7/20221.3.1 无符号二进制数的算术运算1.二进制加法 1 l3.二进制乘法 乘法：左移被乘数与加法运算的组合乘法：左移被乘数与加法运算的组合 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0l4.二进制除法 除法：右移除数与减法运算组成除法：右移除数与减法运算组成 1.0 1 1111 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 12024/7/20233.二进制乘法 1.3.2 带符号二进制数的减法运算l补码的定义：(N)补=Rn N R-基数 n-位数l十进制数补码十进制数2，位数为一位，补码为：10-2=8十进制数2，位数为二位，补码为：100-2=98l二进制数补码二进制数0110，位数为四位，补码为：10000-0110=1010 即 16-6=101010就是0110的四位二进制补码2024/7/20241.3.2 带符号二进制数的减法运算补码的定义：(N)补=Rl二进制补码的求法 1.有符号二进制数的最高位是符号位，0表示正数，1表示负数。2.正数的反码、补码与原码相同。3.负数的补码等于将原码的数值位逐位求反(既得反码)，然 后在最低位加1l带符号二进制数减法运算 带符号二进制数的减法运算等于被减数的补码加上减数的补码并将结果中符号位的进位位丢弃。2024/7/2025二进制补码的求法2023/8/1525例：求四位二进制数减法 5-2解：5的补码=原码=0101；-2（1010）的补码=-2的反码+1=1101+1=1110；5-2=0101+1110=10011=0011=3 0 1 0 1 +1 1 1 01 0 0 1 1自动丢弃2024/7/2026例：求四位二进制数减法 5-2 0 1 0 11.4 二进制代码2024/7/20271.4 二进制代码2023/8/1527代 码 的 定 义：l数字系统中的信息：数值信息（计算）文字符号信息（文本）l 为了表示文字符号信息，可以采用一定位数的二进制数码表示，这些不同组合的数码不表示数量大小，仅仅用来区别不同的事物而已。l 这些特定的二进制数码称为代码。以一定的规则编制代码的过程称为编码，反之，将代码还原成原始信息的过程称为解码或译码。2024/7/2028代 码 的 定 义：数字系统中的信息：数值信息编码：l现实生活中，汉字的不同组合（名字）区别不同的人。l数字系统中，用具有一定位数的二进制数码组合（代码）来区别不同的状态，包括十进制数值、字母、符号等等。l编码（起名字）：任意，随便2024/7/2029编码：现实生活中，汉字的不同组合（名字）区别不同的人。202二进制编码：l若需要编码的信息项数为N，则需要的二进制码的位数n应该满足 2n Nl常见码制（编码的规则）有：1.4.1 二-十进制码（BCD码）1.4.2 格雷码1.4.3 ASCII码2024/7/2030二进制编码：若需要编码的信息项数为N，则需要的二进制码的位数1.4.1 二-十进制码(BCD码)：8421BCD最常用(258.369)D=(0010 0101 1000.0011 0110 1001)8421BCD =(0101 1000 1011.0110 1001 1100)余3码2024/7/20311.4.1 二-十进制码(BCD码)：8421BCD最常用b3 b2 b1 b0G3 G2 G1 G0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0将格雷码的前将格雷码的前3个、后个、后3个去掉，得到余三循环码个去掉，得到余三循环码1.4.2 格雷码2024/7/2032b3 b2 b1 b0G3 G2 G1 G0 01.4.3 ASCII码lASCII码是国际上最通用的一种字符码，用7位二进制码来表示128个字符，包括十进制数、英文大小写字母、控制符、运算符以及特殊符号。l计算机技术最初使用的目的纯粹是为了计算，后来ASCII码的引入使得文本成为计算机的新的处理对象。2024/7/20331.4.3 ASCII码ASCII码是国际上最通第一讲 作业l1.2.1l1.2.2（3）（4）l1.2.3（2）l1.2.5（2）l1.3.3（2）（3）l1.4.1（3）（4）l1.4.2（1）（4）2024/7/2034第一讲 作业1.2.12023/8/15341.5二值逻辑变量与基本逻辑运算2024/7/20351.5二值逻辑变量与基本逻辑运算2023/8/1535一、逻辑代数（用于逻辑分析的数学工具）l逻辑运算：两个二进制数码按照某种指定的因果关系进行的运算。（或运算：0+1=1；1+1=1）l逻辑变量：与普通变量不同，逻辑变量只有两个取值0和1，这里的0和1不表示数量，而是表示两种完全对立的逻辑状态。(0表示关闭，1表示打开)l逻辑代数：由逻辑变量（A,B,C.）和逻辑运算所组成的代数式叫做逻辑代数，又称为布尔代数。（L=A+B）2024/7/2036一、逻辑代数（用于逻辑分析的数学工具）逻辑运算：两个二进制数二、三种基本逻辑和三种基本逻辑运算l与逻辑关系：决定某一事物结果的所有条件同时具备，结果才会发生，这一因果关系称与逻辑关系，按照与逻辑关系进行的逻辑运算称为与运算。l或逻辑关系：决定某一事物结果的诸条件只要有一个条件具备，结果就会发生，这一因果关系称或逻辑关系，按照或逻辑关系进行的逻辑运算称为或运算。l非逻辑关系：决定某一事物结果的某一条件具备，结果就不发生，这一因果关系称非逻辑关系，按照非逻辑关系进行的逻辑运算称为非运算。2024/7/2037二、三种基本逻辑和三种基本逻辑运算与逻辑关系：决定某一事物结1、与运算 当开关A和和B同时闭合时，灯L亮；当开关A、开关B有任一个打开时，灯L灭。设：条件(1)：开关A闭合还是不闭合。开关A闭合-条件(1)具备。条件(2)：开关B闭合还是不闭合。开关B闭合-条件(2)具备。结果：灯L亮还是不亮。灯亮-结果成立。2024/7/20381、与运算2023/8/1538令：“1”表示条件具备、“0”表示条件不具备则：与运算表达式与运算表达式：A B L=AB 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1与运算真值表0.0=00.1=01.0=01.1=1A B L不闭合 不闭合不亮不闭合 闭合不亮 闭合 不闭合 不亮 闭合 闭合 亮2024/7/2039令：“1”表示条件具备、“0”表示条件不具备 A 与运算符号：(1)、矩形符号（国标）：(2)、特异形符号（IEEE标准）：&2024/7/2040与运算符号：&2023/8/15402、或运算 当开关A或或B闭合或者两者都闭合时，灯L亮；当开关A和B均断开时，灯L灭。设：条件(1)：开关A闭合还是不闭合。开关A闭合-条件(1)具备。条件(2)：开关B闭合还是不闭合。开关B闭合-条件(2)具备。结果：灯L亮还是不亮。灯亮-结果成立。2024/7/20412、或运算2023/8/1541令：“1”表示条件具备、“0”表示条件不具备则：或运算表达式或运算表达式：A B L不闭合 不闭合不亮不闭合 闭合 亮 闭合 不闭合 亮 闭合 闭合 亮或运算真值表0+0=00+1=11+0=11+1=1A B L=A+B0 0 00 1 11 0 11 1 12024/7/2042令：“1”表示条件具备、“0”表示条件不具备A 或运算符号：(1)、矩形符号（国标）：(2)、特异形符号（IEEE标准）：12024/7/2043或运算符号：12023/8/15433、非运算 当开关A不闭合时，灯L亮；当开关A闭合时，灯L灭。条件：开关A闭合还是不闭合。开关A闭合-条件具备。结果：灯L亮还是不亮。灯亮-结果成立。2024/7/20443、非运算2023/8/1544令：“1”表示条件具备、“0”表示条件不具备则：非运算表达式非运算表达式：A L 闭合 不亮不闭合 亮非运算真值表 A 0 1 1 02024/7/2045令：“1”表示条件具备、“0”表示条件不具备 A 非运算符号：(1)、矩形符号（国标）：(2)、特异形符号（IEEE标准）：12024/7/2046非运算符号：12023/8/1546几种常见逻辑运算1、与非与非运算：由与与运算和非非运算组合在一起的 逻辑运算。A B000011111110(a)(b)&AB2024/7/2047几种常见逻辑运算1、与非运算：由与运算和非运算组合在一起的A2、或非或非运算：由或或运算和非非运算组合在一起的 逻辑运算。01A B1011001(a)000L=A+B(b)AB 1L=A+BL=A+BL=A+B2024/7/20482、或非运算：由或运算和非运算组合在一起的01A 3、异或异或运算：两个输入信号相同为0，不同为1。(b)11000A B10101(a)01BA=1L=L=2024/7/20493、异或运算：两个输入信号相同为0，不同为1。(b)11004、同或同或运算：两个输入信号相同为1，不同为010010A B00101(a)11ABBA=L=AB(b)L=ABL=AB+AB=AB2024/7/20504、同或运算：两个输入信号相同为1，不同为010010A 1.6 逻辑函数及其表示方法2024/7/20511.6 逻辑函数及其表示方法2023/8/1551概念：描述输入逻辑变量和输出逻辑变量之间的因果关系的函数称为逻辑函数。逻辑函数的表示方法：l1、真值表l2、逻辑表达式l3、逻辑符号图l4、波形图l5、卡诺图6、立方体表示法立方体表示法7、二叉判决图二叉判决图2024/7/2052概念：6、立方体表示法2023/8/1552举例1：三个人表决一件事情，结果按三个人表决一件事情，结果按“少数服从多数少数服从多数”的原则决定，试建立该逻辑函数。的原则决定，试建立该逻辑函数。解：解：第一步第一步 设三个人的意见分别为条件设三个人的意见分别为条件A，B，C，同意用，同意用1表示，不同意用表示，不同意用0表示；结果为表示；结果为L，通过用，通过用1表示，表示，不通过用不通过用0表示。表示。2024/7/2053举例1：三个人表决一件事情，结果按“少数服从多第二步：列出真值表第二步：列出真值表2024/7/2054第二步：列出真值表2023/8/1554第三步：从真值表写出逻辑表达式（标准与或式）第三步：从真值表写出逻辑表达式（标准与或式）（最小项表达式）（最小项表达式）取取L为为1时的时的A、B、C与运算组合，与运算组合，然后进行或运算。然后进行或运算。A为为1时取时取A，A为为0时取时取 A，B、C类同。类同。2024/7/2055第三步：从真值表写出逻辑表达式（标准与或式）2023/8/1第四步：画出逻辑符号图第四步：画出逻辑符号图第五步：画出波形图第五步：画出波形图2024/7/2056第四步：画出逻辑符号图第五步：画出波形图2023/8/155例2：已知信号的输入波形如图，画出书出信号的波形。BA=1L&AB2024/7/2057例2：已知信号的输入波形如图，画出书出信号的波形。BA=1第二讲 作业l1.6.12024/7/2058第二讲 作业1.6.12023/8/1558