数字逻辑前言.ppt

课程的性质与目的,“数字逻辑”是计算机类专业本科学生的一门主要课程。它是“计算机组成原理”、“计算机系统结构”、“微机与接口技术”等的先导课程。本课程的主要目的：掌握各种基本数字逻辑电路的结构、原理、性能掌握数字逻辑电路分析、设计的方法和开发的基本技能加强学生逻辑思维能力、解决实际问题能力和创新能力的培养为后续门课程奠定基础,a、发展快,b、应用广,(2)学习方法,打好基础、注重实践、培养兴趣、贵在坚持,(1)课程特点,C、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、能独立地分析和解决数字电路的实际问题,课程的特点与学习方法,系统软件的设计与实现,应用软件的设计与实现,嵌入式软件的设计与实现,涉及计算机底层的软件的设计与实现,软件工程专业的学生为什么要学习数字逻辑？,一个出色的软件工程师一定要熟悉数字逻辑！,1、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,3、电子工程手册编委会等编，中外集成电路简明速查手册-TTL、CMOS，电子工业出版社,主要教材及参考书,2、阎石主编，数字电子技术基础，第五版，高等教育出版社,第0章序言第一章数制与码制第二章逻辑代数基础第三章组合逻辑电路第四章锁存器与触发器第五章同步时序逻辑电路第六章异步时序逻辑电路第七章存储器与可编程逻辑电路（选讲）第八章数模与模数转换器（选讲）,主要内容,序言,数字技术的应用已经渗透到了人类生活的各个方面。从计算机到家用电器，从手机到数字电话，以及绝大多数医用设备、军用设备、导航系统等，无不采用数字技术。从概念上讲，凡是利用数字技术对信息进行处理、传输的电子系统均可称为数字系统。数字系统的发展很大程度上得益于器件和集成技术的发展。几十年来，半导体集成电路的发展印证了著名的摩尔定律，即每18个月，芯片的集成度提高一倍，而功耗下降一半。,计算机,数字技术的应用,ThinClients,NetworkDevices,OfficeAutomation,Kiosk/ATM,GamePlatforms,IndustrialAutomation,数字技术的应用,RetailPOS,Set-Top-Box,Gateway/MediaStore,数字集成电路,2020/6/7,9,Digitalelectronicsineverything!,数字技术的应用,电子产品,数字技术的应用,IBM公布多项创新业务看未来数字化生活方式,完全改变驾驶方式，未来5年内即将到来的将汽车和道路连通的趋势将改变你驾驶的方式，使你的出行更加安全，甚至能使你免受塞车之苦。该技术可以对交通信号灯进行实时调整，轻松地将车流转向其它路线。借助汽车的驾驶辅助技术，你能够与其它车辆以及沿路的传感器联系，这些传感器具有“反应能力”，在发生险情时可以采取预防措施。手机扮演多种角色，你的手机将成为购物、银行、城市旅游以及更多活动的可靠向导。医生将获得增强的“超级诊断力”，你的医生将获得“超能力”，能够以全新的方式查看、听取和了解你的医疗纪录；类似X光一样的视觉去观察医学影像；超级灵敏的听诊器用鼠标点击你的三维图像上的某个特殊部位，电脑就开始搜索你的医疗纪录，并检索与该部位有关的信息。,2020年半导体技术将我们的生活带向何方？来源:国际电子商情,芯片将可以植入人体，比如手机将以芯片的形式植入到人耳后面，通过感应和视觉神经直接让人们打电话和看图像，人们不再需要一个手持的手机能源（绿色）采集技术可以使芯片直接采用人体的发热或其它能源转化为电源稳压器，而不再需要电池供电植入人体内的芯片可以预警各种疾病，能用最新的科技来治疗一些顽疾，并且人们可以通过体内的芯片预测生命的最后一个月还可以用最新半导体技术驱动的机器人做我们人类不想做或不能做的事情，以让我们有更高的生活质量。,数字逻辑电路,用来处理数字信号的电子线路称为数字电路由于数字电路的各种功能是通过逻辑运算和逻辑判断来实现的，所以数字电路又称为数字逻辑电路或者逻辑电路,一、数字电子技术与模拟电子技术,1、数字信号与模拟信号模拟信号是连续信号，任一时间段都包含了信号的信息分量。如正弦信号。数字信号是离散信号，只有“0”和“1”两种值，即是一种脉冲信号(PulseSignal)。,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,随时间连续变化的信号，在时间或数量上都是连续的,在时间和数量都是不连续的、离散的,模拟信号,u,正弦波信号,锯齿波信号,u,（1-17）,数字信号,数字信号,产品数量的统计,数字表盘的读数,信号处理（采样保持、电压比较、有源滤波）,2、模拟电路的基本元件和基本电路,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）,信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、）,3、数字电路的基本元件和基本电路,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）,存储器、A/D转换器、D/A转换器,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，三极管或晶体管一般工作在线性放大区或恒流区；在数字电路中，三极管或晶体管工作在开关状态，即工作在饱和区或可变电阻区和截止区。,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。,4、模拟电路与数字电路比较,（1）电路的特点,（2）研究的内容,（3）所用数学工具模拟电路:微分方程、拉斯变换及反变换。数字电路:布尔代数,（4）学习研究的方法模拟电路:频域法数字电路:时域法(讨论输入、输出在不同时间段的关系)。,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TTL和CMOS电路,1、数字集成电路的分类,二、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,2、数字集成电路的特点,（1）可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强,（2）电路简单、通用性好，便于大规模集成,（3）具可编程性,可实现硬件设计软件化,（4）高速度低功耗,（5）加密性好,3、数字电路的分析、设计与测试,（1）数字电路的分析方法,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。,4、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.,三、数字信号的描述方法,1、二值数字逻辑和逻辑电平,在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态,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,2、数字信号的两种类型：电平型(NRZ)和脉冲型(RZ),比特率-每秒钟转输数据的位数,3、周期性和非周期性,非周期