[信息与通信]第一章 数字逻辑概论.ppt

电子技术基础数字部分,主讲人：李莉办公室：综合楼429email:,课程内容,共64学时，其中讲授50学时，上机实验14学时。教材内容：第1章第9章 数字逻辑基础逻辑门电路组合逻辑电路的分析与设计触发器与锁存器的原理时序逻辑电路的分析与设计脉冲波形的产生与变换半导体存储器模数和数模转换,学习方法,兴趣使你很快超过老师与物理成绩没有太大关系死板+灵活重视实验与课程设计 理论联系实际，巩固和加深对课程内容的理解。利用Internet来扩大自己的知识面和跟踪本门学科的最新发展动态；考核方式：平时成绩(作业+实验)20，期末考试成绩80%,第一章 数字逻辑概论,1.1 数字电路与数字信号1.2 数制1.4 二进制代码1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算1.6 逻辑函数及其表示方法,1.1.1数字技术的发展及其应用,1.1 数字电路与数字信号,电子管,ENIAC-The first electronic computer(1946),The Transistor Revolution,First transistor Bell Labs,1948,The First Integrated Circuits,Bipolar logic1960s,ECL 3-input GateMotorola 1966,Intel 4004 Micro-Processor,19711000 transistors1 MHz operation,Intel Pentium(IV)microprocessor,Moores Law,In 1965,Gordon Moore noted that the number of transistors on a chip doubled every 18 to 24 months.He made a prediction that semiconductor technology will double its effectiveness every 18 months,Evolution in Complexity,Transistor Counts,1,000,000,100,000,10,000,1,000,10,100,1,1975,1980,1985,1990,1995,2000,2005,2010,8086,80286,i386,i486,Pentium,Pentium Pro,K,1 Billion Transistors,Source:Intel,Projected,Pentium II,Pentium III,Courtesy,Intel,Frequency,P6,Pentium proc,486,386,286,8086,8085,8080,8008,4004,0.1,1,10,100,1000,10000,1970,1980,1990,2000,2010,Year,Frequency(MHz),Lead Microprocessors frequency doubles every 2 years,Doubles every2 years,Courtesy,Intel,数码相机,计算机,数字技术的应用,1.1.2 数字集成电路的分类和特点,1.按结构特点及逻辑关系,Combinatorial logic circuit,Sequential logic circuit,2.按功能特点,3.按集成度,4.数字电路的分析方法,基本分析方法：功能表、真值表、逻辑表达式、波形图,5.数字电路的测试技术,数字电压表、电子示波器、逻辑分析仪,仿真软件：EWB(Electronics Workbench),PLD设计软件：MAX+PLUSII,Quartus,1.1.3 数字信号和模拟信号,电子电路中的信号,模拟信号,数字信号,时间连续的信号,时间和幅度都是离散的,例：正弦波信号、锯齿波信号等。,例：产品数量的统计、数字表盘的读数等。,模拟电路主要研究：输入、输出信号间的大小、相位关系、失真与否。模拟电路包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。,在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态；在数字电路中，三极管工作在开关状态，即工作在饱和和截止状态。,数字电路主要研究：电路输出、输入间的逻辑关系。主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式及波形图表示。,模拟电路与数字电路比较,1.电路的特点,2.研究的内容,模拟量可以用数字0、1的编码来表示，这里的编码所指的是数字0、1的字符串，这种编码就是二进制码,数字0、1的字符串是由模数转换器得来。,模拟量的数字表示,1.1.4 数字信号的描述方法,1.二值数字逻辑和逻辑电平,二值逻辑（数字逻辑）:用彼此相关又对立的两种状态来代表逻辑变量1和0，在数字电路中 常用开关的闭合与断开、指示灯的亮灭、特别是电平的高低（正逻辑、负逻辑）,高电平：3.5-5V,低电平：0-1.5V,2.数字波形,Amplitude幅值、Logic level 逻辑电平 bit比特、bit time比特时间、bit rate比特率,周期性：Frequency、Period周期、Pulse Width脉宽、Duty Ratio占空比,非周期性：,例：周期性数字脉冲波高电平持续时间为6ms，低电平持续时间为10ms,则，占空比,2.占空比 q-表示脉冲宽度占整个周期的百分比:,q,数字信号中的几个概念:,1.脉冲宽度 tw-表示脉冲作用的时间。,q=6ms/(6+10)ms=37.5%,正逻辑,Bit time=50ms,Bit rate=20bps,Frequency=?Period=?Amplitude=?Pulse width(tw)=?Duty ratio(q)=?,实际数字信号,tw 脉冲宽度,tr 上升时间,tf 下降时间,12 数制(Number system),一、N进制数,N进制：以N为基数的记数体制,1.有N个数码(Digit)：0（N1）,2.逢N进1,3.,基数(Base),二进制：,Binary 如(1001.001)B,八进制：,Octonary or Octal如(75.2)O,Hexadecimal如(9E.0A)H,十六进制：,十进制：,Decimal or Denary 如(19.2)D,1.BD：,例：(11010.011)2=,124,+123+022+121+020+,021+122+123,=(26.375)10,二、十、二进制数之间的转换,2.DB,整数除二，取出余数再除二，直到商为零,小数乘二，取出整数部分再乘二，直到满足误差要求,二进制数按位（权）展开相加,整数和小数部分分别转换，最后相加,例：(25)D=,(11001)B,b0,b1,b2,b3,b4,整数除二，取出余数再除二，直到商为零,除二取余,0.706 X 2=1.412 1 b-1,0.412 X 2=0.824 0 b-2,0.824 X 2=1.648 1 b-3,(0.706)D=(0.1011)B,例：(0.375)D=(?)B,0.648 X 2=1.296 1 b-4,0.375 X 2=0.750 0 b-1,0.750 X 2=1.500 1 b-2,0.500 X 2=1.000 1 b-3,=(0.011)B,小数乘二，取出整数部分再乘二，直到满足误差要求,例：(0.706)D 转换为二进制数，要求其误差不大于2-4。,乘二取整,要求精度为1%?,误差2-70.7%,2.BH：,(4E6)H=,4162+14 161+6 160,=(1254)D,三、各种制数之间的转换,1.H（或O）D：,按位（权）展开,以小数点为基准，分别向左、右每四位分为一组，转换为相应的十六进制数,BH,(0101 1001)B=,027+1 26+0 25+1 24+1 23+0 22+0 21+1 20D,=,(023+1 22+0 21+1 20)161+(1 23+0 22+0 21+1 20)160D,=(59)H,每四位2进制数对应一位16进制数,(11101.011000111)B=,(0001 1101.0110 0011 1000)B=,=(1D.638)H,.,BH：以小数点为基准，分别向左、右每四位分为一组，转换为相应的十六进制数,(10101011110.100000111)B=,(010 101 011 110.100 000 111)B=,=(2536.407)O,.,3.BO：,以小数点为基准，向左、右每三位分为一组，转换为相应的八进制数,4.HB：,5.OB：,(567)O=(？)B,(567)H=(？)B,将每一位16进制数转换为4位二进制数,将每一位8进制数转换为3位二进制数,6.DO：,7.DH：,8.HO：,(BE.29D)H=(？)O,=(10111110.001010011101)B,=(276.1235)O,9.OH：,整数除8取余，小数乘8取整；D-B-O,整数除16取余，小数乘16取整；D-B-H,H-B-O,O-B-H,数字系统的信息,二进制代码如ASCII,14 二进制代码,自然二进制码,BCD码,格雷码,编码基本规则：2n=N（N为需编码信息的项数，n为编码bit数）,一、BCD码是Binary-Coded-Decimal的缩写，即二进制编码的十进制数。用来表示十进制数。,在BCD码中，用四位二进制数表示0-9十个数码。四位二进制数最多可以表示16个字符，因此0-9十个字符与这16中组合之间可以有多种情况，不同的对应便形成了一种编码。,无权码,有权码,二、格雷码（循环码）,4.采用格雷码，位数变化小，当各个位的数字变化不同步时，可大大减少错码的可能性,请观察如下格雷码的特点？,1.每两个相邻代码中的数码仅有一位不同，其余各位均相同,2.首尾(0和15)两个代码也仅有一位不同，构成“循环”,3.无权码,15 二值逻辑变量与基本逻辑运算,逻辑代数（布尔代数），由19世纪中叶英国数学家布尔首先提出，可用于研究数字电路中的输入、输出之间逻辑关系。在逻辑代数中，逻辑变量只能取两个值（二值变量），即0和1，中间值没有意义逻辑代数基本表达方式：逻辑表达式，真值表，逻辑符号（逻辑电路）基本逻辑运算：与、或、非,1.“与”逻辑,逻辑符号,逻辑式,F=ABC,条件都具备时，事件F才发生。,真值表,一、基本逻辑运算,2.“或”逻辑,逻辑符号,当有一个具备时，事件F就会发生。,逻辑式,F=A+B+C,真值表,3.“非”逻辑,A具备时，事件F不发生；A不具备时，事件F发生。,逻辑符号,逻辑式,真值表,标准符号,惯用符号,国外符号,A,二、复合逻辑运算,与非：全1则0，任0则1。,或非：任1则0，全0则1。,同或：相同则1不同则0,=,A,B,F,异或：不同则1相同则0,=1,A,B,F,1.6 逻辑函数及其表示方法,实际问题,逻辑定义,真值表,逻辑表达式,1.真值表2.逻辑函数表达式3.逻辑图4.波形图,逻辑图,波形图,楼道灯开关示意图,1.逻辑定义，列出真值表,2、由真值表获得逻辑函数表达式。,3、逻辑函数表达式获得逻辑电路图,把相应的逻辑关系用逻辑符号和连线表示出来，就构成了逻辑图。,4、波形图表示方法,用输入端在不同逻辑信号作用下所对应的输出信号的波形图，表示电路的逻辑关系。,练习与作业,1.写出逻辑表达式YA（ACBC）的真值表。,2.A，B，C三个输入信号，当其中出现奇数个1时，输出Z1，其余情况下，输出Z0。写出真值表和逻辑表达式。,作业：1.2.1 1.2.2(4)1.2.4(4)1.3.1(3)1.4.1(3)1.6.1,实训1 信号灯的逻辑控制,1 实训目的(1）了解逻辑控制的概念。(2)掌握表示逻辑控制的基本方法。2 实训设备和器件 实训设备和器件:直流电源、发光二极管、限流电阻、继电器两个、导线若干。3 实训电路图,图1.1为实训电路图。这是一个楼房照明灯的控制电路。设A、B分别代表上、下楼层的两个开关，发光二极管代表照明灯。在楼上闭合开关A，可以将照明灯打开，在楼下闭合开关B，又可以将灯关掉；反过来，也可以在楼下开灯，楼上关灯。,图 1.1 照明灯的逻辑控制电路,4 实训步骤与要求 1）连接电路 按图1.1连接好电路，注意不要将两个继电器接错。2）试验开关和发光二极管的逻辑关系 接通电源，分别将开关A、B按表1.1的要求闭合或者断开，观察发光二极管F的亮、灭情况，并填入表1.1中。,5 实训总结与分析 通过上述实训，可做如下总结：(1)实训图中，JA和JB分别代表继电器的两个线圈，JAK1、JBK1代表继电器的常开触点，电器的常闭触点。在实训图所示的状态下开关A、B均断开），由于没有通路给发光二极管供电，所以发光二极管灭。开关A闭合，继电器线圈JA通电，其JAk1闭合，常闭触点JAK2断开，JBK1、JBK2则维持原来状态，此时图1.1最上面的一条电路连通，通过电源给发光二极管供电，发光二极管亮。同样道理，如果只闭合开关B，也将给发光二极管提供供电通路使之点亮。当开关A、B均闭合时，由于没有通路，所以发光二极管灭，读者可自行分析。,返回目录,