数字电子技术基础第1章康华光第五版课件.ppt

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1、2023/3/13,1,主要内容,1 数字逻辑概论2 逻辑代数与硬件描述语言基础3 逻辑门电路4 组合逻辑电路5 锁存器和触发器6 时序逻辑电路7 存储器、复杂可编程器件和现场可编程门阵列8 脉冲波形的变换与产生9 数模与模数转换器,2023/3/13,2,1 数字逻辑概论,1.1 数字电路与数字信号1.2 数制1.3 二进制的算术运算1.4 二进制代码(码制)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,2023/3/13,3,1.1 数字电路与数字信号,2023/3/13,4,1.1.1 数字技术的发展及其应用,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

2、自己阅读),2023/3/13,5,1.1.2 数字集成电路的分类及特点,SSI（Small Scale Integrated circuit）MSI（Medium Scale Integrated circuit）LSI（Large Scale Integrated circuit）VLSI（Very Large Scale Integrated circuit）ULSI（Ultra Large Scale Integrated circuit）ASIC（Application Specific Integrated cricuit）PLD（Programmable Logic Device

3、）,2023/3/13,6,数字电路的分析方法,分析工具：逻辑代数分析对象：输入与输出之间的逻辑关系表达方式：（1）真值表（2）功能表（3）逻辑表达式（4）波形图（5）卡诺图,2023/3/13,7,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。,2023/3/13,8,1.1.3 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,2023/3/13,9,1.1.4 数字信号的描述方法,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

4、的逻辑状态。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,2023/3/13,10,(a)用逻辑电平描述的数字波形,(b)16位数据的图形表示,数字波形-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,2023/3/13,11,1.1.4 数字信号的描述方法,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：,2023/3/13,12,（5）实际数字信号波形,2023/3/13,13,1.2 数 制,2023/3/13,14,常用的四种数制,基数：数码的个数,2023/3/13,15,数制之间的

5、转换,1.二进制-十进制例1.将二进制数10011.101转换成十进制数。解：将每一位二进制数乘以位权，然后相加，可得(10011.101)B124023022121120 121022123（19.625)D,2023/3/13,16,2.八进制-十进制例2.将八进制数(75.3)O转换成十进制数。解：将每一位八进制数乘以位权，然后相加，可得(75.3)O78158038-1（61.375)D,2023/3/13,17,3.十六进制-十进制例3.将十六进制数（AF.1）H转换成十进制数。解：将每一位十六进制数乘以位权，然后相加，可得（AF.1）H 1016115160116-1（175.06

6、25)D,2023/3/13,18,4.十进制-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)B,2023/3/13,19,小数部分：乘2取整 例3 将十进制数0.706转换成二进制数。要求误差不大于2-9解：(0.706)D=(0.101101001)B,0.706*2=1.412-10.412*2=0.824-00.824*2=1.648-10.648*2=1.296-10.296*2=0.592-00.592*2=1.184-10.184*2=0.368-00.368*2=0.736-00.736*2=1.472-1,误差不大于2-9 保留到-

7、9位,2023/3/13,20,5.十进制-八进制6.十进制-十六进制7.二进制-八进制8.二进制-十六进制9.八进制-十六进制1.2.2 二进制的波形表示及二进制数据的传输,自学部分,2023/3/13,21,1.3 二进制的算术运算,2023/3/13,22,1.3.1 无符号二进制数的算术运算,1.二进制加法2.二进制减法,1 0 0 1-0-1 0-1 1 1 0 1 1 0,2023/3/13,23,3.二进制乘法 乘法：左移被乘数与加法运算的组合,4.二进制除法 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

8、0 1 1 1 1 1,2023/3/13,24,1.3.2 带符号二进制数的减法运算,补码的定义：(N)补=Rn N R-基数 n-位数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=98二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,2023/3/13,25,二进制补码的求法 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1带符号二进制

9、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。,2023/3/13,26,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,2023/3/13,27,1.4 二进制代码,2023/3/13,28,代 码 的 定 义：,数字系统中的信息：数值信息（计算）文字符号信息（文本）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，

10、仅仅用来区别不同的事物而已。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。,2023/3/13,29,编码：,现实生活中，汉字的不同组合（名字）区别不同的人。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。编码（起名字）：任意，随便,2023/3/13,30,二进制编码：,若需要编码的信息项数为N，则需要的二进制码的位数n应该满足 2n N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,2023/3/13,31,1.4

11、.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,2023/3/13,32,将格雷码的前3个、后3个去掉，得到余三循环码,1.4.2 格雷码,2023/3/13,33,1.4.3 ASCII码,ASCII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。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。,2

12、023/3/13,34,第一讲 作业,1.2.11.2.2（3）（4）1.2.3（2）1.2.5（2）1.3.3（2）（3）1.4.1（3）（4）1.4.2（1）（4）,2023/3/13,35,1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算,2023/3/13,36,一、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）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)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

13、称为布尔代数。（L=A+B）,2023/3/13,37,二、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。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。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。,2023/3/13,38,1、与运算 当开关A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

14、(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。,2023/3/13,39,令：“1”表示条件具备、“0”表示条件不具备则：与运算表达式：,与运算真值表,2023/3/13,40,与运算符号：(1)、矩形符号（国标）：(2)、特异形符号（IEEE标准）：,2023/3/13,41,2、或运算 当开关A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

15、备。结果：灯L亮还是不亮。灯亮-结果成立。,2023/3/13,42,令：“1”表示条件具备、“0”表示条件不具备则：或运算表达式：,或运算真值表,0+0=00+1=11+0=11+1=1,2023/3/13,43,或运算符号：(1)、矩形符号（国标）：(2)、特异形符号（IEEE标准）：,2023/3/13,44,3、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。,2023/3/13,45,令：“1”表示条件具备、“0”表示条件不具备则：非运算表达式：,非运算真值表,2023/3/13,46,

16、非运算符号：(1)、矩形符号（国标）：(2)、特异形符号（IEEE标准）：,2023/3/13,47,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 逻辑运算。,(b),2023/3/13,48,2、或非运算：由或运算和非运算组合在一起的 逻辑运算。,L=A+B,2023/3/13,49,3、异或运算：两个输入信号相同为0，不同为1。,(b),2023/3/13,50,4、同或运算：两个输入信号相同为1，不同为0,2023/3/13,51,1.6 逻辑函数及其表示方法,2023/3/13,52,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

17、法：1、真值表2、逻辑表达式3、逻辑符号图4、波形图5、卡诺图,6、立方体表示法7、二叉判决图,2023/3/13,53,举例1：,三个人表决一件事情，结果按“少数服从多数”的原则决定，试建立该逻辑函数。解：第一步 设三个人的意见分别为条件A，B，C，同意用1表示，不同意用0表示；结果为L，通过用1表示，不通过用0表示。,2023/3/13,54,第二步：列出真值表,2023/3/13,55,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）取L为1时的A、B、C与运算组合，然后进行或运算。A为1时取A，A为0时取 A，B、C类同。,2023/3/13,56,第四步：画出逻辑符号图,第五步：画出波形图,2023/3/13,57,例2：已知信号的输入波形如图，画出书出信号的波形。,2023/3/13,58,精品课件！,2023/3/13,59,精品课件！,2023/3/13,60,第二讲 作业,1.6.1,