1.数字逻辑基础

阎石主编 数字电子技术基础 第五版高等教育出版社 课程主要教材及参考书 康华光主编 电子技术基础数字部分 第五版 高等教育出版社 答疑每周四下午东六栋516室 5 掌握基本逻辑运算及逻辑函数的表示方法 教学基本要求 1 了解数字信号与数字电路的基本概念 2 了解数字信号的特点及表示方法 3 掌握常用二 十 二 一十六进制数的转换 4 了解常用二进制码 熟悉8421BCD码 1 数字逻辑基础 1 数字逻辑基础 1 1数字电路与数字信号 1 2数制 1 3二进制数的算术运算 1 4二进制代码 1 5二值逻辑变量与基本逻辑运算 1 6逻辑函数及其表示方法 1 1 1数字技术的发展及其应用 1906年美国李 德福雷斯特发明了真空三极管 1958年美国基尔比制成第一块集成电路6个月后诺伊斯制成第一块硅集成电路 1948年晶体管之父威廉 肖克利发明了第一只晶体管诞生 1 1数字电路与数字信号 80年代后 ULSI 10亿个晶体管 片 90年代后 97年一片集成电路上有40亿个晶体管 60 70代 IC技术迅速发展 SSI MSI LSI VLSI 10万个晶体管 片 将来 高分子材料或生物材料制成密度更高 三维结构的电路 1 1 1数字技术的发展及其应用 数字技术的发展 电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代 a 传统的设计方法 b 现代的设计方法 1 1 1数字技术的发展及其应用 根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同 数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路 从集成度不同 数字集成电路可分为小规模 中规模 大规模 超大规模和甚大规模五类 从电路的形式不同 数字电路可分为集成电路和分立电路 从器件不同 数字电路可分为CMOS和TTL电路 1 数字集成电路的分类 1 1 2数字集成电路的分类及特点 集成度 每一芯片所包含的门个数 1 1 2数字集成电路的分类及特点 2 数字集成电路的特点 1 电路简单 便于大规模集成 批量生产 2 可靠性 稳定性和精度高 抗干扰能力强 3 体积小 通用性好 成本低 4 具可编程性 可实现硬件设计软件化 5 高速度低功耗 6 加密性好 1 1 2数字集成电路的分类及特点 3 数字电路的分析 设计与测试 1 数字电路的分析方法 1 1 2数字集成电路的分类及特点 数字电路的分析 根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系 2 数字电路的设计方法 数字电路的设计 从给定的逻辑功能要求出发 选择适当的逻辑器件 设计出符合要求的逻辑电路 设计方式 分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式 分析工具 逻辑代数 电路逻辑功能主要用真值表 功能表 逻辑表达式和波形图 1 模拟信号与数字信号 1 1 3模拟信号和数字信号 电子电路中的信号 模拟信号 数字信号 时间 数值上连续的信号 例 正弦波信号 锯齿波信号等 例 产品数量的统计 数字表盘的读数等 时间 数值上离散的信号 1 1 3数字电路与数字信号 模拟信号 时间上连续 任意时刻有一个相对的值数值上连续 可以是在一定范围内的任意值例如 电压 电流 温度 声音等缺点 很难度量容易受噪声的干扰难以保存优点 用精确的值表示事物 对模拟信号进行传输 处理的电子线路称为模拟电路 真实的世界是模拟的 典型的模拟信号包括 工频信号 射频信号 视频信号等 工频信号 50Hz 调幅波的射频信号 530Hz 1600kHz 调频波的射频信号 88MHz 108MHz 甚高频 vhf 和超高频 UHF 视频信号 6GHz 数字信号 时间上离散 只在某些时刻有定义数值上离散 变量只能是有限集合的一个值常用0 1二元数值表示例如 开关位置 数字逻辑 对数字信号进行传输 处理的电子线路称为数字电路 模拟电路主要研究 输入 输出信号间的大小 相位关系 失真与否 模拟电路包括交直流放大器 滤波器 信号发生器等 在模拟电路中 晶体管一般工作在放大状态 在数字电路中 三极管工作在开关状态 即工作在饱和和截止状态 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等表示 模拟电路与数字电路比较 1 电路的特点 2 研究的内容 2 模拟信号的数字表示 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 1 1 3数字电路与数字信号 1 1 4数字信号的描述方法 1 二值数字逻辑和逻辑电平 0 1数码 表示数量时称二进制数 表示事物状态时称二值逻辑 数字逻辑 二值数字逻辑 在数字电路中 数字信号在时间和数值上均是离散的 常用数字 0 和 1 来表示 这里的 0 和 1 不是十进制数中的数字 而是逻辑0和逻辑1 故称之为二值数字逻辑或简称为数字逻辑 逻辑 0 和逻辑 1 表示彼此相关又互相对立的两种状态 例如 是 与 非 真 与 假 开 与 关 低 与 高 等等 因而常称为数字逻辑 在电路中用低 高电平表示0 1两种逻辑状态 a 用逻辑电平描述的数字波形 b 16位数据的图形表示 2 数字波形 数字波形 是信号逻辑电平对时间的图形表示 1 1 4数字信号的描述方法 高电平 低电平 有脉冲 非归零型 归零型 比特率 每秒钟转输数据的位数 无脉冲 1 数字波形的两种类型 2 数字波形 1 1 4数字信号的描述方法 2 周期性和非周期性 非周期性数字波形 周期性数字波形 周期性数字波形 1 1 4数字信号的描述方法 Q 占空比 非理想脉冲波形 3 实际脉冲波形及主要参数 理想脉冲波形 1 1 4数字信号的描述方法 上升时间 脉冲宽度 下降时间 脉冲幅度 脉冲周期 占空比q tW T 占空比Q 表示脉冲宽度占整个周期的百分比 几个主要参数 上升时间tr和下降时间tf 从脉冲幅值的10 到90 上升下降所经历的时间 典型值ns 脉冲宽度 tw 脉冲幅值的50 的两个时间所跨越的时间 周期 T 表示两个相邻脉冲之间的时间间隔 1 1 4数字信号的描述方法 例 设周期性数字波形的高电平持续6ms 低电平持续10ms 求占空比q 解 tw 6msT 6 10 16ms则q tw Tq 6 16 100 37 5 4 时序图 表明各个数字信号时序关系的多重波形图 由于各信号的路径不同 这些信号之间不可能严格保持同步关系 为了保证可靠工作 各信号之间通常允许一定的时差 但这