数电第01章数字逻辑概论康华光.ppt

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1、电子技术基础数字部分康华光主编任课教师:韦东梅邮箱:密码:xidashudianQQ:349073356 昵称:韦老师,（1-2）,绪论一.概述1.电子技术的发展历程1906发明：电子管1948出现：晶体管1958起：集成电路、大规模集成、超大规模集成电路2.电子技术的特点小型化、集成化、元件种类繁多、能处理模拟信号和数字信号二.课程安排第三学期:54学时数字电子技术第四学期:54学时模拟电子技术 实验：36学时12个实验，独立设课,（1-3）,三.基本要求1.掌握所学内容2.做好习题:每次课后必有题，每星期交一次作业;注意：上课前交。每迟交一小节扣作业成绩13分作业要求：(1)抄题目抄图，字

2、迹工整，清晰，字不要太小；(2)图表要求用铅笔和尺子画线条；(3)对于计算题：未知数公式代入数值得数,（1-4）,四.期评成绩(1)期评成绩=期末考试成绩(60%)+平时成绩(40%)(2)期末考试题目从题库抽卷，闭卷考试，2个小时，全年级统考，教考分离。(3)平时成绩的40%中:考勤10%，测验15%(三次)，作业10%，仿真大作业5%。平时成绩未达到及格要求的，不能参加期末考试。(4)考勤情况：旷课一小节扣考勤成绩10分；迟到15分钟以上算旷课。请假和迟到15分钟以下扣考勤成绩5分。,第一章数字逻辑概论,重点：1.了解数字电路的基本概念、数制；2.掌握基本逻辑门的逻辑符号、真值表和逻辑表达

3、式；3.掌握逻辑函数的各种表示方法及其相互转换方法。,（1-6）,1.1 数字电路的基本概念一、模拟信号与数字信号1、模拟信号,随时间连续变化的信号,正弦波信号,方波信号,2、数字信号,时间和幅度都是离散的,（1-7）,二、正逻辑与负逻辑 数字电路能识别两种电压信号高电平、低电平 大多数情况下：高电平:2V的电压信号;低电平:1V的电压信号。为方便分析数字电路，分别用数字0或1来代表高低电平。这样便有两种情况：正逻辑体制：高电平“1”，低电平“0”负逻辑体制：低电平“1”，高电平“0”三、数字电路的常见信号,脉冲信号,负脉冲信号,正脉冲信号,（1-8）,四、理想脉冲信号的主要参数,1、A信号幅

4、度,2、T信号的重复周期,3、tW脉冲宽度,4、q占空比。其定义为：,（1-9）,五、实际脉冲信号的主要参数,脉冲幅度 A,A,tw,tr,tf,T,脉冲上升沿 tr,脉冲下降沿 tf,脉冲宽度 tw,脉冲周期 T,（1-10）,1.2 数制一、数制1、十进制逢十进一，有09十个数，基数为“10”,如：(479)102、二进制逢二进一，有0、1两个数，基数为“2”,如：(1001111)23、八进制逢八进一，有07八个数，基数为“8”，如：(147)84、十六进制逢十六进一，有09、A、B、C、D、E、F共16个数，基数为“16”,如:(A4F)16,（1-11）,二、十进制数、二进制数、八进

5、制数、十六进制数的关系,（1-12）,三、数制间的转换1、N 进制数转换为十进制数通式：(an an-1 a0)N(anN nan-1N n-1a0N 0)10(1)二进制十进制(1101.01)2=123+122+021+120+021+12 2=(13.25)10(2)八进制十进制(635.1)8=682+381+580+18 1=(413.125)10(3)十六进制十进制(9BF.8)16=9162+11161+15160+816 1=(2495.5)10,（1-13）,2、十进制数转换成N 进制数通式：整数部分采用“除N取余法”，倒读。小数部分采用“乘N取整法”，顺读。(1)十进制二进

6、制：,(13.25)10=(?)2,13,2,6,1,3,0,1,2,2,2,1,1,0,列写顺序,0.25 2=0.5 取00.5 2=1 取1,列写顺序,(13.25)10=(1101.01)2,（1-14）,(2)十进制八进制：,(413.1875)10=(?)8,413,8,51,5,6,3,6,8,8,0,列写顺序,0.1875 8=1.5 取10.58=4 取4,列写顺序,(413.1875)10=(635.14)8,（1-15）,(3)十进制十六进制：,(2495.5)10=(?)16,2495,16,155,15,9,11,9,16,16,0,列写顺序,0.5 16=8 取8,

7、列写顺序,(2495.5)10=(9BF.8)16,（1-16）,3、二进制数与八进制数的转换通式：用三位二进制数表示一位八进制数(1 110 010 101.0101)2=(001,110,010,101.010,100)2=(1625.24)8(635.1)8=(110 011 101.001)24、二进制数与十六进制数的转换通式：用四位二进制数表示一位十六进制数(11 1111 1011.1100 1)2=(0011,1111,1011.1100,1000)2=(3FB.C8)16(3FB.C8)16=(0011 1111 1011.1100 1000)2 5、八进制数与十六进制数之间的

8、转换八进制(十六进制)数二进制数十六进制(八进制)数,（1-17）,四、二进制数的传输方式及其波形表示方法1、二进制数的传输方式(1)串行方式(P14图1.2.2)n 位数据只需一根连接线进行传输。传输速度慢。工作时，数据信号在n个时钟脉冲的控制下，依次由最高位MSB最低位LSB传输数据波形。(2)并行方式(P15图1.2.3)n 位数据需n根连接线进行传输。传输速度快，传输时间为串行方式的1/n。工作时，n 位数据信号在一个时钟脉冲的控制下同时传输。2、二进制数的波形表示方法低电平表示数据“0”高电平表示数据“1”,0,1,0,（1-18）,一组波形如何用二进制数表示出来？串行方式时：,并行

9、方式时：,例1,0 0 1 1 0 1 1 0,解：二进制数据为：,例2,求第4个脉冲二进制数据。,求图示二进制数据。,解：第4个脉冲二进制数据为：011,LSB,MSB,LSB,MSB,（1-19）,1.3 二进制数的的算术运算一、无符号二进制数的四则运算1、加法运算加法运算规则如下：000101011 1110逢2进1,1 1 0 1+1 0 0 1,0,1,1,0,1,0,0,1,1,1 1 1 0-1 0 0 1,0 1 0 1,2、减法运算减法运算规则如下：0-001-011-10 0-111,进位,借位,例:1101+1001=？,例:11101001=？,（1-20）,3、乘法运

10、算 乘法运算规则也有4条：000100 010111举例：计算 1100 0101,1100 0101,=1100+1100 00=111100,1100,0000,1100,0000,+,0111100,11111 11010=11111 0+11111 000+11111 0000=1100100110可见，乘法变成了加法。,（1-21）,4、除法运算举例：计算 1100 10,1100 10=110除法变加法的过程太复杂，因此省略。,1,10,10,1,10,0,0,（1-22）,二、带符号二进制数的减法运算变成加法运算1、二进制数符号的表示方法最高位的0表示正数，最高位的1表示负数(+

11、13)10=(0 1101)2(-13)10=(1 1101)22、反码 十进制数(46)反码=53 二进制数(1 1 0 1)反码=00103、补码通式：(n位数N)补码=(基数)n-N=(N)反码+1 十进制数(46)补码=(10)2-46=54(46)补码=53+1=54 二进制数(1 1 0 1)补码=(2)4-1101=0011(1 1 0 1)补码=0010+1=0011,（1-23）,4、带符号二进制数的补码最高位为符号位，正数为0，负数为1。当二进制数为正数时，取：补码、反码与原码相同当二进制数为负数时，取：补码=(原码)反码+15、带符号二进制数的减法运算 CPU无减法运算,

12、只有加法,如何通过加法求减法呢？(1)被减数 减数时计算公式：A-BA(B)补码A+(B)反码+1如：11101001=？计算方法：0 1110+1(1001)补码=0 1110+1 0110+0 0 0 1=1 0 0 1 0 1,所以：1 1 1 0 1 0 0 1=+0 1 0 1,溢出,（1-24）,(2)被减数 减数时计算公式：A-B A(B)补码补码如：1 0 0 1 1 1 1 0=？计算方法：01 0 0 1+1(1 1 1 0)补码=01 0 0 1+1 0 0 0 1+0 0 0 1=1 1 0 1 1 1(1 0 1 1)补码=1 0 1 0 0+0 0 0 1=1 0

13、1 0 1,所以：1 0 0 1 1 1 1 0=0 1 0 1,（1-25）,1.4 二进制代码一、二十进制码(BCD码)BCD码用来表示十进制数09的二进制代码。常用BCD码有：,（1-26）,二、格雷码相邻两组二进制数之间只变化一位二进制数,余3 循环码=格雷码的312,（1-27）,三、ASCII码美国标准信息码ASCII码是字母、数字、标点符号、特殊符号及控制符的统一代码。每个字符用标准规定的7位二进制数表示。如字符“A”的ASCII码为：(1000001)2或 6510。字符“0”的ASCII码为：(0110000)2 或 4810。7位二进制数可表示：0000000-111111

14、1（27）=128种不同的符号。若以8位二进制，即一个字节为单位表示信息，则ASCII码的最高位为0。如字符“A”在机内为：01000001，在机内则占一个字节（最高位为0)。字符“0”在机内为：00110000,（1-28）,ASCII码给出了：09共10个数码大小写英文字母各26个32个通用符号34个动作控制符学习要求：会比较ASCII字符的大小（按其ASCII码值）会推算同组字符ASCII码值 如A的ASCII值（十进制）为65，则B、C的ASCII值分别为66、67思考：09共10个数码、大小写英文字母中，哪一类的ASCII的码值最大，哪一类最小？空格09A Z az,（1-29）,1

15、.5 基本逻辑运算一、与运算 1、与运算实例,设:开关闭合=1,开关不闭合=0 灯亮时L=1,灯不亮时L=0则得表格：2、真值表(状态表、功能表),4、数学表达式L=AB,3、与门图形符号,实现与逻辑运算功能的电路称为“与门”。,有0出0，全1出1,L,（1-30）,二、或运算 1、或运算实例,设:开关闭合=1,开关不闭合=0 灯亮时L=1,灯不亮时L=0则得表格：2、真值表(状态表、功能表),4、数学表达式L=A+B,3、或门图形符号,实现或逻辑运算功能的电路称为“或门”。,有1出1，全0出0,L,（1-31）,三、非运算 1、非运算实例,设:开关闭合=1,开关不闭合=0 灯亮时L=1,灯不

16、亮时L=0则得表格：2、真值表(状态表、功能表),4、数学表达式,3、非门图形符号,实现非逻辑运算功能的电路称为“非门”。,有0出1，有1出0,L,（1-32）,2.图形符号,3.真值表,四.与非门1.电路,4.逻辑代数式,有0出1，全1出0,0 0 0 1,0 1 0 1,1 0 0 1,1 1 1 0,（1-33）,2.图形符号,3.真值表,五.或非门1.电路,4.逻辑代数式,有1出0，全0出1,0 0 0 1,0 1 1 0,1 0 1 0,1 1 1 0,（1-34）,六.异或门1.图形符号,2.真值表,3.逻辑代数式：,相同出0，不同出1,（1-35）,七.同或门1.图形符号,=AB

17、,相同出1，不同出0,2.真值表,3.逻辑代数式,（1-36）,八.与或非门1.图形符号,2.逻辑代数式,（1-37）,1.6 逻辑函数及其表示方法一、逻辑函数的定义 输出逻辑变量与输入逻辑变量之间的关系。若输入逻辑变量用A、B、C表示,输出逻辑变量用L表示,就称L是A、B、C的逻辑函数，写作：L=f(A，B，C)二、逻辑函数的特点 逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特点：(1)逻辑变量和逻辑函数只能取两个值0和1。(2)函数和变量之间的关系是由“与”、“或”、“非”三种基本运算决定的。,（1-38）,最小项,1、逻辑函数式 把逻辑函数的输入、输出关系写成数学表达式，称为逻辑代数式

18、或逻辑函数式。逻辑函数的常用形式为：“与或”式。比如：某三变量的逻辑函数L(A,B,C),逻辑函数的表示方法,逻辑式逻辑状态表逻辑图波形图卡诺图,若变量本身用“1”、变量的非用“0”表示的话，则：L(A,B,C)m4 m2 m1 m0 m7 m(0,1,2,4,7),三、逻辑函数的表示方法,（1-39）,2、状态表(真值表)把输入输出之间的逻辑关系用表格形式表示出来。如：L=AB+C,注意：n个变量有2n种输入状态,（1-40）,3.逻辑图把输入输出之间的逻辑关系用线路图表示出来。如：F=AB+CD,4、波形图把输入输出之间的逻辑关系用波形图表示出来。如：F=AB 若已知A、B 波形，则 F

19、的波形为：,（1-41）,四、逻辑函数几种形式之间的转换,1.逻辑函数式 逻辑图 状态表 波形图,如已知逻辑式：F=AB,逻辑图,状态表,波形图,（1-42）,2.逻辑图逻辑函数式 状态表 波形图,如已知逻辑图：,逻辑式,状态表,波形图,（1-43）,3.状态表逻辑函数式(或波形图)逻辑图,L=最小项之“或”。最小项L=1对应的项。最小项中各变量关系为:“与”。其中 输入变量为1时取变量本身，为0时取变量的非。,如已知状态表：,先列逻辑式,再画逻辑图,波形图做法与前述一致,=AB+AC,（1-44）,4.波形图状态表逻辑函数式逻辑图,如已知波形图：,再列逻辑式,先列状态表,最后画逻辑图,01010100,（1-45）,本章小结1数字信号在时间上和数值上均是离散的。2数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑1和逻辑0，它和二进制数中的0和1正好对应。因此，数字系统中常用二进制数来表示数据。3常用BCD码有8421码、242l码、542l码、余3码等，其中842l码使用最广泛。4逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。5描述逻辑关系的函数称为逻辑函数。逻辑函数中的变量和函数值都只能取0或1两个值。6常用的逻辑函数表示方法有真值表、函数表达式、逻辑图等，它们之间可以任意地相互转换。,（1-46）,第一章数字逻辑概论结 束,