数电第01章数字逻辑概论康华光.ppt

电子技术基础数字部分康华光主编任课教师 韦东梅QQ 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 分两个学期学习 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 抄题抄图 字迹工整 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 得数四 成绩评定方法1 原始平时成绩原始平时成绩 课堂综合表现合计成绩2 平时作业合计成绩10 测验成绩15 课程设计成绩5 考勤8 0 4 1 4 其中 1 考勤成绩满分为100分 从第1教学周起 每旷课一大节扣18分 既每旷课一小节扣6分 迟到20分钟以内扣分折半 迟到达20分钟或以上者视为旷课 因事请假扣分折半 病假扣分1 6 即每大节3分 每小节1分 2 期中测验期中测验共实行3次 闭卷 随堂考试 3 作业总平均成绩作业总平均成绩 所有作业分数的平均值2 最终平时成绩将原始平时成绩从高到低排序 并按高分到低分及其一定的比例评定最终平时成绩 3 期评成绩期评成绩 最终平时成绩 40 期末考试成绩 60 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0 9十个数 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0 7八个数 基数为 8 如 147 84 十六进制 逢十六进一 有0 9 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 anan 1 a0 a 1a 2 N an Nn an 1 Nn 1 a0 N0 a 1 N 1 a 2 N 2 10 1 二进制 十进制 1101 01 2 1 23 1 22 0 21 1 20 0 2 1 1 2 2 13 25 10 2 八进制 十进制 635 1 8 6 82 3 81 5 80 1 8 1 413 125 10 3 十六进制 十进制 9BF 8 16 9 162 11 161 15 160 8 16 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 5 8 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 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 1110010101 0101 2 001 110 010 101 010 100 2 1625 24 8 635 1 8 110011101 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 1111111011 11001 2 0011 1111 1011 1100 1000 2 3FB C8 16 3FB C8 16 001111111011 11001000 25 八进制数与十六进制数之间的转换八进制 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 如何用波形表示二进制数 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 并行方式时 例1 00110110 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 0 0 01 0 10 1 11 1 10 逢2进1 1101 1001 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1110 1001 0101 2 减法运算减法运算规则如下 0 0 01 0 11 1 00 1 11 进位 借位 例 1101 1001 例 1110 1001 1 20 3 乘法运算乘法运算规则也有4条 0 0 01 0 00 1 01 1 1举例 计算1100 0101 1100 0101 1100 110000 111100 1100 0000 1100 0000 0111100 11111 11010 111110 11111000 111110000 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 13 10 01101 2 13 10 11101 22 反码十进制数 46 反码 53二进制数 1101 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 1101 补码 2 4 1101 0011 1101 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 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 B A B 补码 A B 反码 1如 1110 1001 计算方法 01110 1 1001 补码 01110 10110 0001 100101 所以 1110 1001 0101 溢出 1 24 2 被减数 减数时计算公式 A B A B 补码 补码如 1001 1110 计算方法 01001 1 1110 补码 01001 10001 0001 110111 1011 补码 10100 0001 10101 所以 1001 1110 0101 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0 9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循环码的0 9 格雷码的3 12 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 1111111 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 0 9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 0 9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 0 9 A Z a z 1 29 1 5基本逻辑运算 表示因果关系的运算 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 A B 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 000010100111 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 000011101111 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 0110 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 0001 0101 1001 1110 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 0001 0110 1010 1110 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 A B 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 电路 3 逻辑代数式 2 图形符号 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 或F 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 真值表 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 三 逻辑函数的表示方法 L A B C m4 m2 m1 m0 m7 m 0 1 2 4 7 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 01010111 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 时序图 把输入 输出之间的逻辑关系用波形图表示出来 如 F A B若已知A B波形 则F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 逻辑图 状态表 波形图 01010100 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 01010100 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对应的变量组合 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