数字电路基础知识课件

模块一 数字电路基础知识1.1 数字电路概述数字电路概述1.2 数制和码制数制和码制 基本逻辑运算基本逻辑运算退出退出1.3 逻辑代数与逻辑函数逻辑代数与逻辑函数1.1 数字电路概述数字电路概述1.1.1 数字数字 信号和数字电路信号和数字电路1.1.2 数字电路的分类数字电路的分类退出退出1.1.3 数字电路的优点数字电路的优点1.1.4 脉冲波型的主要参数脉冲波型的主要参数n 模拟信号 时间和幅度上均 连续变化1.1.1 数字 信号和数字电路1.1.1 数字 信号和数字电路n 数字信号时间和幅度上均是离散的n 数字信号与数字电路n 在时间和幅度上均不连续的离散信号称为数字信号n 以数字信号为研究对象的电子电路称为数字电路1.1.1 数字 信号和数字电路1.1.1 数字 信号和数字电路n 数字信号与数字电路n 正逻辑n 高电平为逻辑，低电平为逻辑n 负逻辑n 高电平为逻辑，低电平为逻辑 正 逻辑1.1.2 数字电路的分类2、按所用器件制作工艺的不同：数字电路可分为 双极型（ TTL型） 和 单极型（ MOS型） 两类。 3、按照电路的结构和工作原理的不同：数字电路可分为 组合逻辑电路和时序逻辑电路 两类。组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。1、按电路结构的不同：数字电路可分为 分立元件电路 和 集成电路 两大类型。4、按集成度分：表 1.1.1 数字集成电路分类集成 电 路分 类 集成度 电 路 规 模与范 围小 规 模集成 电 路SSI1 10门 /片，或10 100个元件 /片逻辑单 元 电 路包括 :逻辑门电 路、集成触 发 器等中 规 模集成 电 路MSI10 100门 /片，或100 1 000个元件 /片逻辑 部件包括： 计 数器、寄存器、 译码 器、 编码 器、数据 选择 器、加法器、比 较 器等大 规 模集成 电 路LSI100 1 000门 /片，或100 100 000个元件 /片数字 逻辑 系 统包括：中央控制器、存 储 器、各种接口 电 路等超大 规 模集成 电 路VLSI大于 1 000门 /片，或大于 10万个元件 /片高集成度的数字 逻辑 系 统包括：各种型号的 单 片机等SSI SILSIVLSI1.1.3 数字电路的优点与模拟电路相比，数字电路主要有以下优点与模拟电路相比，数字电路主要有以下优点 :（ 1）便于高度集成化。）便于高度集成化。（ 2）工作可靠性高、抗干扰能力）工作可靠性高、抗干扰能力（ 3）数字信息便于长期保存。）数字信息便于长期保存。（ 4）数字集成电路产品系列多、通用）数字集成电路产品系列多、通用性强、成本低。性强、成本低。（ 5）保密性好。）保密性好。1.1.4 脉冲波型的主要参数脉冲宽度 tw： 脉冲上升沿 0.5Um到下降沿 0.5Um所需的时间。脉冲周期 T： 在周期性脉冲中，相邻两个脉冲波形重复出现所需的时间，单位和 tr、 tf相同。脉冲频率 f： 每秒时间内，脉冲出现的次数。 f=1/T占空比 q： 脉冲宽度与脉冲周期 T的比值，即 q=tw/T。 它是描述脉冲波形疏密的参数。脉冲上升时间 tr和脉冲下降时间 tf越短，越接近于理想的矩形脉冲。脉冲幅度 Um： 脉冲电压波形的变化最大值，单位为伏 (V)。脉冲上升时间 tr： 脉冲波形从 0.1Um上升到 0.9Um所需的时间。脉冲下降时间 tf： 脉冲波形从 0.9Um下降到 0.1Um所需的时间。波形Ttr tfUmtw0.9Um0.5Um0.1Um图 1.1.4 脉冲波形的参数n 数字信号的主要参数幅度周期脉冲宽度本节小结数字信号的数值相对于时间的变化过程是跳变的、间断性的。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。模拟信号通过模数转换后变成数字信号，即可用数字电路进行传输、处理。1. 2 数制与编码数制与编码1.2.1 数制数制1.2.2 不同数制间的转换不同数制间的转换1.2.3 二进制代码二进制代码退出退出基础知识n 计数体制n 用数码表示数量的多少称为计数计数计数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。1.2.1 数制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 。3、 位 权 （位的权数） ：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。一、几个概念数码为： 0 9；基数是 10。1、十进制 103、 102、 101、 100称为十进制的权。各数位的权是 10的幂。同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。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。即： (5555)10 5103 5102 5101 5100又如： (209.04)10 2102 0101 9100 010 1 4 10 2运算规律：逢十进一，即：运算规律：逢十进一，即： 9 1 10。十进制数的权展开式：十进制数的权展开式：二、常用数制2、二进制数码为： 0、 1；基数是 2。运算规律：逢二进一，即： 1 1 10。二进制数的权展开式：如： (101.01)2 122 021 120 02 1 1 2 2 (5.25)10运算规则各数位的权是的幂二进制数只有 0和 1两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。加法规则： 0+0=0， 0+1=1， 1+0=1， 1+1=10乘法规则： 00=0， 01=0 ， 10=0， 11=1数码为： 0 7；基数是 8。运算规律：逢八进一，即： 7 1 10。八进制数的权展开式：如： (207.04)10 282 081 780 08 1 4 8 2 (135.0625)103、八进制4、十六进制数码为： 0 9、 A F； 基数是 16。运算规律：逢十六进一，即： F 1 10。十六进制数的权展开式：如： (D8.A)2 13161 8160 10 16 1 (216.625)10各数位的权是 8的幂各数位的权是 16的幂结论 一般地， N进制需要用到 N个数码，基数是 N； 运算规律为逢 N进一。 如果一个 N进制数 M包含位整数和位小数，即 (an-1 an-2 a 1 a0 a 1 a 2 a m)2则该数的权展开式为：(M)2 an-1Nn-1 an-2 Nn-2 a1N1 a0 N0a 1 N-1 a 2 N-2 a mN-m 由权展开式很容易将一个 N进制数转换为十进制数。1.2.2 不同数制间的转换（ 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。 (三位聚一位 )将 N进制数按权展开，即可以转换为十进制数。1、二进制数与八进制数的相互转换1 1 0 1 0 1 0 . 0 10 0 0 (152.2)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 。 (一位变三位 ) = 011 111 100 . 010 110(374.26)82、二进制数与十六进制数的相互转换01 1 1 0 1 0 1 0 0 . 0 1 10 0 0 (1E8.6)16= 1010 1111 0100 . 0111 0110(AF4.76)16二进制数转换为十六进制数，按照每 4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。 (四位聚一位 )3、十进制数转换为二进制数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。原理十六进制数转换为二进制数，按照每一位十六进制数对应于4位二进制数进行转换。 (一位变四位 )整数部分采用基数连除法：先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。小数部分采用基数连乘法：先得到的整数为高位，后得到的整数为低位 。所以： (44.375)10 (101100.011)2采用基数连除、连乘法，可将十进制数转换为任意的 N进制数。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。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。1.2.3 二进制代码数字系统只能识别 0和 1， 怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决此问题。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。2421码的权值依次为 2、 4、 2、 1；余 3码由 8421码加 0011得到；格雷码是一种循环码，其特点是任何相邻的两个码字，仅有一位代码不同，其它位相同。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。本节小结日常生活中使用十进制，但在计算机中基本上使用二进制，有时也使用八进制或十六进制。利用权展开式可将任意进制数转换为十进制数。将十进制数转换为其它进制数时，整数部分采用基数除法，小数部分采用基数乘法。利用 1位八进制数由 3位二进制数构成， 1位十六进制数由 4位二进制数构成，可以实现二进制数与八进制数以及二进制数与十六进制数之间的相互转换。二进制代码不仅可以表示数值，而且可以表示符号及文字，使信息交换灵活方便。 BCD码是用 4位二进制代码代表 1位十进制数的编码，有多种 BCD码形式，最常用的是 8421 BCD码。1. 3逻辑代数与逻 辑函数1.3.1 基本逻辑函数及其运算基本逻辑函数及其运算1.3.2 逻辑函数及其表示方法逻辑函数及其表示方法1.3.3 逻辑代数的基本公式和基本定律逻辑代数的基本公式和基本定律退出退出1.3.4 逻辑代数的公式法化简逻辑代数的公式法化简基本概念基本概念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、非与、或、非 三种基本逻辑运算，还有 与或、与非、与与或、与非、与或非、异或或非、异或 几种导出逻辑运算。逻辑代数中的变量称为逻辑变量