数字逻辑与数字系统 数字电路基础

数字逻辑与数字系统1教材：白中英 主编 数字逻辑与数字系统（第三版） 科学出版社 .2001.8主要参考书：1、清华大学电子学教研组编 数字电子技术简明教材 高等教育出版社 .19852、金玉良等编 数字电路与逻辑技术广播电视出版社 .19913、王永军等编数字逻辑与数字系统电子工业出版社 .19972要求：1、认真看书、并完成作业；小作业自己完成，大作业按时交。2、做 5-6个实验，并写出实验报告；期末考核，单独记成绩。3、成绩计算：期中考占 15% ，平时成绩占 15% ，期末考试占 70% 。3第一章 数字电路基础数字逻辑与数字系统4第一章 数字电路基础1.1 数字电路的基础知识1.2 基本逻辑关系1.3 逻辑代数及运算规则 1.4 逻辑函数的表示法1.5 逻辑函数的化简1.6 集成门电路的外特性51.1 数字电路的基础知识1.1.1 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、数字电路信号等。6模拟信号tV(t)tV(t)数字信号高电平低电平 上跳沿下跳沿7模拟电路主要研究： 输入、输出信号间的大小、相位、失真等方面的关系。主要采用电路分析方法，动态性能用微变等效电路分析。在模拟电路中，晶体管一般工作在线性放大区；在数字电路中，三极管工作在开关状态，即工作在饱和区和截止区。 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8模拟电路研究的问题基本电路元件 :基本模拟电路 :晶体三极管场效应管集成运算放大器 信号放大及运算 (信号放大、功率放大） 信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波） 信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、 ）9数字电路研究的问题基本电路元件基本数字电路 逻辑门电路 触发器 组合逻辑电路 时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整形电路） A/D转换器、 D/A转换器101.1.2 数制一、十进制： 以十为基数的记数体制。1、每一位数码可为： 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 02|、进位规律： “逢十进一，借一当十 ”157 =3、一个十进制数数 N 可以表示成：若在数字电路中采用十进制，必须要有十个电路状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困难，而且很不经济。其中 ki为相应位的数码（系数）； n、 m分别为小数点前、后的位数； 10i为相应位的位权 。11二、二进制： 以二为基数的记数体制 。1、表示数的两个数码： 0、 12、进位规律 “逢二进一 ，借一当二 ”（ 1001） B = = (9)D二进制的优点： 用电路的两个状态 -开关来表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。二进制的缺点： 位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数。3、按权展开式：12三、十六进制和八进制十六进制记数码：0、 1、 2、 3、 4、 5、6、 7、 8、 9、 A(10)、B(11)、 C(12)、 D(13)、 E(14)、 F(15)(4E6)H= 4162+14 161+6 160= (1254)D(F)H (1111)B说明： 十六进制的一位对应二进制的四位。1. 十六进制与二进制之间的转换。Hexadecimal： 十六进制的Decimal： 十进制的Binary： 二进制的13(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(10011100101101001000)B=从末位开始四位一组（右到左）(1001 1100 1011 0100 1000)B( )H84BC9= (9CB48)H从小数点开始，分别向左右两边分组142. 八进制与二进制之间的转换。(10011100101101001000)O=从末位开始三位一组(10 011 100 101 101 001 000)B ( )O01554=(2345510)O32八进制记数码： 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7(7)O (111)B说明： 八进制的一位对应二进制的三位。15四、十进制与二进制（ N进制）之间的转换 1、 二进制（ N进制） 十进制按各位加权系数之和即为对应的十进制数。2、 十进制 二进制（ N进制） 1）十进制整数 二进制（ N进制）整数“除 2（ N） 取余法，先余为低 ”2） 十进制小数 二进制（ N进制）小数“乘 2（ N） 取整法，先整为高 ”（有误差，按精度转换）162 25 余 1 K0122 余 0 K162 余 0 K232 余 1 K312 余 1 K40例： 十进制数 25转换成二进制数的转换过程：(25)D=(11001)B17例 十进制小数 0.5625转换成二进制数的转换过程0.56252=1.1250 整数 1（ k-1） 最高位0.1250 2=0.2500 整数 0（ k-2）0.2500 2=0.5000 整数 0（ k-3）0.5000 2=1.0000 整数 1（ k-4） 最低位（ 0.5625） 10=（ 0.1001） 2（ 25.5625） 10=（ ） 2181.1.3 二进制码数字系统的信息数值文字符号 二进制代码编码为了表示字符为了分别表示 N个字符，所需的二进制数的最小位数 n满足：一、最常用的 BCD码编码可以有多种，数字电路中所用的主要是二 十进制码（ BCD -Binary-Coded-Decimal码）。 19BCD码用四位二进制数表示 09十个数码。四位二进制数最多可以表示 16个字符，因此，从 16种表示中选十个来表示 09十个字符，可以有多种情况。不同的表示法便形成了一种编码。这里主要介绍：8421码5421码 余 3码2421码首先以十进制数为例，介绍 权重 的概念。(3256)D=3103+ 2102+ 5101+ 6100个位 (D0)的权重为 100 ，十位 (D1)的权重为 101 ，百位 (D2)的权重为 102 ，千位 (D3)的权重为 10320十进制数 (N)D 二进制编码 (K3K2K1K0)B(N)D= W 3K3 +W 2K2+W 1K1+W 0K0W 3W 0为二进制各位的权重8421码，就是指 W 3=8、 W 3= 4、 W 3= 2、 W 3= 1。用四位二进制数表示 09十个数码，该四位二进制数的每一位也有权重。2421码，就是指 W 3=2、 W 3= 4、 W 3= 2、 W 3= 1。5421码，就是指 W 3=5、 W 3= 4、 W 3= 2、 W 3= 1。21000000010010001101100111100010011010101111011110111101011100010001236789101113141551240123578964012356789403456782910123678549二进制数 自然码 8421码 2421码 5421码 余三码22二、循环码：又称反射码、单位距离码，它是变权代码。见教本 p4 表 1.1特点：1）、任何两个相邻码组（包括首尾两个码组）之间仅有一位二进制数不同。2）、具有反射性。即它的最高位的 0和 1只改变一次。23基本逻辑关系 ： 与 ( and )、 或 (or ) 非 ( not )。1.2 基本逻辑关系一、 “与 ”逻辑与逻辑： 决定事件发生的各条件中，所有条件都具备，事件才会发生（成立）。规定 :开关合为逻辑 “1”开关断为逻辑 “0”灯亮为逻辑 “1”灯灭为逻辑 “0” E FA B C24&ABCF逻辑符号：A FB C000 0100 0010 0110 0001 0101 0011 0111 1逻辑式： F=ABC逻辑乘法逻辑与真值表E FA B C真值表特点 :有 0 则 0, 全 1则 1与逻辑运算规则：0 0=0 0 1=01 0=0 1 1=125二、 “或 ”逻辑AE FBC或逻辑： 决定事件发生的各条件中，有一个或一个以上的条件具备，事件就会发生（成立）。规定 :开关合为逻辑 “1”开关断为逻辑 “0”灯亮为逻辑 “1”灯灭为逻辑 “0” 26A FB C000 0100 1010 1110 1001 1101 1011 1111 1真值表1ABCF逻辑符号：逻辑式： F=A+B+C逻辑加法逻辑或AE FBC真值表特点：有 1 则 1, 全 0则 0。或逻辑运算规则 :0+0=0 0+1=11+0=1 1+1=127三、 “非 ”逻辑“非 ”逻辑： 决定事件发生的条件只有一个，条件不具备时事件发生（成立），条件具备时事件不发生。规定 :开关合为逻辑 “1”开关断为逻辑 “