【电子与通信】第7章 数字电路基础

第 7章 数字电路基础 7-1 数制和码制数制和码制 7-2 逻辑代数的基础逻辑代数的基础 7-1 数制和码制数制和码制 1.概念1）进位制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。2）基 数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。数制3）位 权：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。2.十进制数码为： 0 9；基数是 10。运算规律：逢十进一。各数位的权是 10的幂。任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和，称权展开式。如：(1234)10 1103 2102 3101 41002.二进制数码为： 0 1；基数是 2。运算规律：逢二进一。各数位的权是 2的幂。任意一个二进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和。如：(1234)2 123 222 321 4203.八进制数码为： 0 7；基数是 8。运算规律：逢 8进一。各数位的权是 8的幂。任意一个 8进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和。如：(1234)8 183 282 381 4803.十六进制数码为： 0 9、 A、 B、 C、 D、 E、 F； 基数是16。运算规律：逢 16进一。各数位的权是 16的幂。任意一个 16进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和。如：(37AF)16 1163 7162 10161 151601.二进制数与八进制数的相互转换（ 1）二进制数转换为八进制数： 将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每 3位分成一组，不够 3位补零，则每组二进制数便是一位八进制数。如： 001， 101， 101. 010 (155.2)8（ 2）八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用 3位二进制数表示 。如 ： (35.14)8 011， 101 . 001， 100 数制转换2.二进制数与十六进制数的相互转换二进制数与十六进制数的相互转换，按照每 4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。3.十进制数转换为二进制数 基数连除、连乘法原理：将整数部分和小数部分分别进行转换。整数部分采用基数连除法，小数部分采用基数连乘法。转换后再合并。1.编码用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。编 用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。二 -十进制代码：用 4位二进制数 b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称 BCD码。用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为 8、 4、 2、 1，故称 8421 BCD码。码制用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。编 用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。二 -十进制代码：用 4位二进制数 b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称 BCD码。用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为 8、 4、 2、 1，故称 8421 BCD码。码制7-1 逻辑代数的基础逻辑代数的基础 逻辑代数是按一定的逻辑关系进行运算的代数，是分析和设计数字电路的数学工具。在逻辑代数，只有和两种逻辑值，有与、或、非三种基本逻辑运算，还有与或、与非、与或非、异或几种导出逻辑运算。事物往往存在两种对立的状态，在逻辑代数中可以抽象地表示为 0 和 1 ，称为逻辑 0状态和逻辑 1状态。逻辑代数中的变量称为逻辑变量，用大写字母表示。逻辑变量的取值只有两种，即逻辑 0和逻辑 1， 0 和 1 称为逻辑常量，并不表示数量的大小，而是表示两种对立的逻辑状态。基本概念基本概念1. 与逻辑2. 仅当决定事件（ Y） 发生的所有条件（ A， B，C， ） 均满足时，事件（ Y） 才能发生。表达式为：Y=ABC模型：开关 A， B串联控制灯泡 Y逻辑基本运算逻辑基本运算2. 或逻辑当决定事件（ Y） 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（ Y） 就发生。表达式为：Y=A+B+C+模型：开关 A， B并联控制灯泡 Y3. 非逻辑非逻辑指的是逻辑的否定。当决定事件（ Y） 发生的条件（ A） 满足时，事件不发生；条件不满足，事件反而发生。表达式为：模型：开关 A控制灯泡 Y4.常用的逻辑运算（ 1）与非运算：逻辑表达式为：（ 2）或非运算：逻辑表达式为：（ 3）异或运算：逻辑表达式为：（ 4） 与或非运算：逻辑表达式为：1.逻辑表达式由逻辑变量和与、或、非 3种运算符连接起来所构成的式子。在逻辑表达式中，等式右边的字母 A、 B、 C、 D等称为输入逻辑变量，等式左边的字母 Y称为输出逻辑变量，字母上面没有非运算符的叫做原变量，有非运算符的叫做反变量。2.逻辑函数如果对应于输入逻辑变量 A、 B、 C、 的每一组确定值，输出逻辑变量 Y就有唯一确定的值，则称 Y是 A、 B、 C、 的逻辑函数。记为逻辑函数逻辑函数3.逻辑代数的公式、定理（ 1）常量之间的关系（ 2）基本公式（ 3）基本定理（ 4） 逻辑 运算的基本规则代入规则：任何一个含有变量 A的等式，如果将所有出现 A的位置都用同一个逻辑函数代替，则等式仍然成立。这个规则称为代入规则。反演规则：对于任何一个逻辑表达式 Y， 如果将表达式中的所有 “”换成 “ ”， “ ”换成 “”， “0”换成 “1”，“1”换成 “0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，那么所得到的表达式就是函数 Y的反函数 Y（或称补函数）。这个规则称为反演规则。对偶规则：对于任何一个逻辑表达式 Y， 如果将表达式中的所有 “”换成 “ ”， “ ”换成 “”， “0”换成 “1”，“1”换成 “0”，而变量保持不变，则可得到的一个新的函数表达式 Y ， Y 称为函 Y的对偶函数。这个规则称为对偶规则。逻辑函数的表达式逻辑函数的表达式一个逻辑函数的表达式可以有与或表达式、或与表达式、与非 -与非表达式、或非 -或非表达式、与或非表达式 5种表示形式。1 逻辑函数的最小项（ 1）最小项：如果一个函数的某个乘积项包含了函数的全部变量，其中每个变量都以原变量或反变量的形式出现，且仅出现一次，则这个乘积项称为该函数的一个标准积项，通常称为最小项。（ 2）最小项的表示方法：通常用符号 mi来表示最小项。下标 i的确定：把最小项中的原变量记为 1，反变量记为 0，当变量顺序确定后，可以按顺序排列成一个二进制数，则与这个二进制数相对应的十进制数，就是这个最小项的下标 i。3个变量 A、 B、 C的 8个最小项可以分别表示为：（ 3）最小项的性质：任意一个最小项，只有一组变量取值使其值为 1。任意两个不同的最小项的乘积必为 0。全部最小项的和必为 1。3变量全部最小项的真值表A B C m0 m1 m2 m3 m4 m5 m6 m70 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 110000000010000000010000000010000000010000000010000000010000000012. 最小项表达式任何一个逻辑函数都可以表示成唯一的一组最小项之和，称为标准与或表达式，也称为最小项表达式 对于不是最小项表达式的与或表达式，可利用公式 AA 1 和 A(B+C) AB BC来配项展开成最小项表达式。如果列出了函数的真值表，则只要将函数值为 1的那些最小项相加，便是函数的最小项表达式。将真值表中函数值为 0的那些最小项相加，便可得到反函数的最小项表达式。1 逻辑函数的最简表达式（ 1）最简与或表达式乘积项最少、并且每个乘积项中的变量也最少的与或表达式。逻辑函数的化简逻辑函数的化简（ 2）最简与非