第1章绪论 数字电路逻辑设计 XX理工大学教学课件

09 28 数字电路逻辑设计 太原理工大学信息工程学院张文爱 09 28 课程介绍 课程介绍课程教学安排 09 28 1课程介绍 1 课程的性质 3 课程研究内容 5 教材和参考书 4 课程特点与学习方法 2 教学目标 09 28 1 1课程的性质 本课程是电子类专业专业基础课 它是研究应用于数字系统的各种半导体器件和集成器件的性能 电路及其应用的学科 它具有自身的体系 是实践性很强的课程 09 28 1 2教学目标 获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论 基本知识和基本技能 培养分析和解决实际问题的能力 为以后深入学习数字电子技术及其相关学科和专业打好以下两方面的基础 正确分析 设计数字电路 特别是集成电路的基础 为进一步学习设计专用集成电路 ASIC 的基础 09 28 1 3课程研究内容 数字逻辑电路的分析和设计方法 常用集成电路应用 数字系统的设计 09 28 1 4课程特点与学习方法 a 发展快 b 应用广 2 学习方法 打好基础 关注发展 主动更新 注重实践 1 课程特点 摩尔定律 集成度按10倍 6年的速度发展 c 工程实践性强 a 掌握基本概念 基本电路和基本分析 设计方法 b 能独立的应用所学的知识去分析和解决数字电路的实际问题的能力 09 28 1 5教材和参考书 教材 数字电路逻辑设计 王毓银主编高等教育出版社 数字电路硬件设计实践 贾秀美主编高等教育出版社参考资料 数字电子技术基础 阎石主编高等教育出版社 电子技术基础 数字部分 第五版 康华光 高等教育出版社 09 28 2课程教学安排 1 课程介绍 3 学习方法 2 教学章节 09 28 2 1课程介绍 本课程为必修课 4学分 共讲授52学时 实验12学时 考试形式为统一闭卷考试 课程成绩以期末考试为主 同时参考平时成绩 包括到课情况 作业 实验等 本课程有课程设计 1 5学分 09 28 2 2教学章节 绪论 数制和码制 第一章 掌握逻辑函数及其简化 第二章 熟练掌握集成逻辑门 第三章 掌握 应用组合逻辑电路 第四章 熟练掌握 应用集成触发器 第五章 熟练掌握 应用时序逻辑电路 第六章 熟练掌握 应用半导体存储器 第七章 掌握可编程逻辑器件 第八章 了解脉冲单元电路 第九章 掌握 应用 09 28 2 3学习方法 熟练掌握数字逻辑基础知识 重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能 外部特性及典型应用 掌握基本的分析和设计方法 本课程实践性很强 应重视习题 实验等实践性环节 注意培养和提高查阅有关技术资料和数字集成电路产品手册的能力 养成良好的学习习惯 09 28 第1章绪论 数字信号数制及其转换BCD码 本章内容 09 28 1 1数字信号 1 1 1数字信号和模拟信号 模拟量 模拟信号 表示模拟量的信号叫做模拟信号 模拟电路 工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路 数字量 数字量 时间上 数量变化上都是离散的物理量 数字信号 表示数字量的信号叫做数字信号 数字电路 工作在数字信号下的电子电路称为数字电路 模拟量 时间上 数量变化上都是连续的物理量 09 28 1 1 1模拟信号与数字信号 模拟信号 时间和数值均连续变化的电信号 如正弦波 09 28 1 1 1模拟信号与数字信号 数字信号 在时间上和数值上均是离散的信号 09 28 1 1 1模拟信号与数字信号 由于数字信号便于存储 分析和传输 通常都将模拟信号转换为数字信号 详见教材第十章 09 28 1 1 2数字信号的表示方法 在电路中用高 低电平表示1 0两种逻辑状态 0 1数码 表示数量时称二进制数 表示方式 二值数字逻辑 表示事物状态时称二值逻辑 09 28 1 1 3数字波形 a 用逻辑电平描述的数字波形 b 16位数据的图形表示 数字波形 是信号逻辑电平对时间的图形表示 09 28 1 1 3数字波形 高电平 低电平 有脉冲 非归零型 归零型 无脉冲 数字波形的两种类型 09 28 1 2数制及其转换 数制常用的数制数制的转换 本节内容 09 28 1 2 1数制 数制 多位数码中的每一位数的构成及从低位向高位进位的规则 通用表达式 位权 系数 基数 09 28 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 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 1 2 1数制 09 28 1 2 2常用的数制 1 十进制 采用0 1 2 3 4 5 6 7 8 9十个数码 进位的规则是 逢十进一 一般表达式 4587 29 4 103 5 102 8 101 7 100 2 10 1 9 10 2 32 79 10 3 101 2 100 7 10 1 9 10 2 09 28 1 2 2常用的数制 2 二进制 只有0 1两个数码 进位的规则是 逢二进一 一般表达式 1001 01 2 1 23 0 22 0 21 1 20 0 2 1 1 2 2 将按权展开式按照十进制规律相加 即得对应十进制数 1001 01 2 1 23 0 22 0 21 1 20 0 2 1 1 2 2 8 0 0 1 0 0 25 9 25 10 09 28 1 3 2常用的数制 3 八进制 采用0 1 2 3 4 5 6 7八个数码 进位的规则是 逢八进一 一般表达式 5001 01 8 5 83 0 82 0 81 1 80 0 8 1 1 8 2 将按权展开式按照十进制规律相加 即得对应十进制数 5001 01 8 5 83 0 82 0 81 1 80 0 8 1 1 8 2 2560 0 0 1 0 0 015625 2561 015625 10 09 28 1 2 2常用的数制 4 十六进制 采用0 9 A B C D E F十六个数码 进位的规则是 逢十六进一 一般表达式 3A 1 16 3 161 10 160 1 16 1 3A 1 16 3 161 10 160 1 16 1 48 10 0 0625 58 0625 10 将按权展开式按照十进制规律相加 即得对应十进制数 09 28 1 2 3数制的转换 直接转换 十进制 二进制 八 十六进制 二进制 八进制 十六进制 间接转换 八进制 十六进制 09 28 1 2 3数制的转换 1 各种数制转换成十进制 按权展开求和 2 十进制转换为二进制 整数和小数分别转换整数部分 除2取余法小数部分 乘2取整法 1 5001 整数0 7500 25 60 30 11 01 2 25 10 11001 2 2 2 1 0001 375 2 2 2 2 0 375 2 余数121 读数顺序 读数顺序 011 09 28 1 2 3数制的转换 3 二进制与八进制间的相互转换 二进制 八进制 11100101 11101011 2 345 726 8 11100101 11101011 2 8 11100101 11101011 0 0 11 100 101 111 010 11 从小数点开始 以三位一组的方式向两侧扩展组合 最后不足三位时加0补成三位 按顺序写出各组对应的八进制数 09 28 1 2 3数制的转换 每位八进制数用三位二进制数代替 再按原顺序排列 八进制 二进制 745 361 8 111100101 011110001 2 09 28 1 2 3数制的转换 4 二进制和十六进制间的相互转换 10011111011 111011 2 4FB EC 16 10011111011 111011 2 16 10011111011 111011 0 0 二进制 十六进制 从小数点开始 以四位一组的方式向两侧扩展组合 最后不足四位时加0补成四位 按顺序写出各组对应的十六进制数 09 28 1 2 3数制的转换 3BE5 97D 16 11101111100101 100101111101 2 十六进制 二进制 每位十六进制数用四位二进制数代替 再按原顺序排列 09 28 1 2 3数制的转换 5 十进制转换为八进制 十六进制 方法一 参考十进制到二进制的转换方法 将乘数和除数换成8 八进制 或者16 十六进制 即可 方法二 先将十进制转换为二进制 再进行二进制到八进制 十六进制 的转换 方法二相对简单 实用 09 28 1 2 3数制的转换 6 八进制和十六进制间的转换 方法一 将八进制转为十进制 再转换为十六进制 方法二 将八进制转为二进制 再转换为十六进制 方法二相对简单 实用 09 28 1 3二 十进制码 有权BCD无权BCDBCD码表示十进制数 本节内容 09 28 1 3BCD码 将若干个二进制数码0和1按一定规则排列起来表示某种特定含义的代码称为二进制代码 简称二进制码 用数码的特定组合表示特定信息的过程 码制 编码 09 28 1 3二 十进制码 BCD码 BinaryCodeDecimal 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 问题 为什么不用二进制数 09 28 1 3二 十进制码 09 28 对于恒权码 将代码为1的数权值相加即可得代码所代表的十进制数 1 有权码 8421 2421和5211BCD码是恒权码 例如 1001 8421BCD 1111 2421BCD 0111 1001 8421BCD 1011 1111 2421BCD 8 1 9 10 2 4 2 1 9 10 79 10 59 10 1 3 1有权BCD 09 28 2 无权码 余3码 余3循环码 移存码和单位间距码是无权码 1 3 2无权BCD 09 28 余3码的编码规律 在依次罗列的四位二进制的十六种态中去掉前三种和后三种 所以叫 余3码 余3循环码的主要特点 相邻两个代码之间仅有一位的状态不同 因此将余3循环码计数器的输出状态译码时 不会产生竞争 冒险现象 编码特点 自然权 自补性 相邻性 移位等 1 3 2无权BCD 09 28 1 3 3BCD表示十进制数 3 用BCD代码表示十进制数 09 28 1 二进制数的算术运算 基本同十进制数 只是