数字逻辑电路基础和计算机中的逻辑部件学习教案

1、会计学1数字逻辑数字逻辑(lu j)电路基础和计算机中的逻电路基础和计算机中的逻辑辑(lu j)部件部件第一页，共23页。基极基极(j j)发射极发射极集电极集电极+Vcc (+5V)接地接地输入电平输入电平 0.7 V, 三级管导通，三级管导通， 使输出电平为使输出电平为 0 V ；输入电平输入电平 = 0 V , 三级管截止三级管截止 ， 使输出电平使输出电平 4 V ； 这已经构成了反相器线路这已经构成了反相器线路,完成逻辑取反功能。完成逻辑取反功能。输出输出输入输入电阻电阻电源电源+Vcc TT返回返回第2页/共23页第二页，共23页。+Vcc (+5V)接地接地(jid)输出输出(s

2、hch)输入输入(shr)1电源电源输入输入2输入输入2输入输入1+Vcc (+5V)输出输出电源电源与非门与非门： 2 路输入都高，输出才为低；路输入都高，输出才为低； 或非门或非门：任何一路输入为高，输出都为低：任何一路输入为高，输出都为低接地接地当然，也可以制作并使用不带反相功能的当然，也可以制作并使用不带反相功能的 与门与门 和和 或门或门 电路。电路。 输入控制端（图中的一个晶体管）也可以多于输入控制端（图中的一个晶体管）也可以多于 2 个。个。T1T2T1T2返回返回第3页/共23页第三页，共23页。来实现。来实现。返回返回(fnhu)第4页/共23页第四页，共23页。 非门非门

3、与门与门 与非门与非门 或门或门 或非门或非门AXBA B X 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1A B X 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0X=AB X= AB X=A+B X=A+B 真值表真值表XXXAAABBBAX返回返回(fnhu)第5页/共23页第五页，共23页。与门与门与非门与非门ABA B X 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1A B X 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0X = A B X = A B ABX1.用与逻辑写出真值表中每一横行中输出用与逻辑写出真值表中每一横行中输出(shch)为为 1 的逻辑表达式；的逻辑表达式

4、；2.用或逻辑汇总真值表中全部输出用或逻辑汇总真值表中全部输出(shch)为为 1 的逻辑。的逻辑。3.不必理睬那些输出不必理睬那些输出(shch)为为 0的各行的内容，它们已经隐含在通过的各行的内容，它们已经隐含在通过 1、2 两步写出的表达式中。两步写出的表达式中。X= A * B + A * B + A * BX真值表真值表返回返回第6页/共23页第六页，共23页。返回返回(fnhu)第7页/共23页第七页，共23页。开，便于实现从多个数据输入中选择其一。A B C/G1 /G2 G3总线总线(zn xin)例如，当控制信号例如，当控制信号 /G1为为低电平，低电平， /G2 和和 /G

5、3为高为高电平时，三态门的输入电平时，三态门的输入 A 被送到总线上，另外两个被送到总线上，另外两个三态门的输出三态门的输出(shch)处处于高阻态。于高阻态。 返回返回第8页/共23页第八页，共23页。MACH9.现场可编程门阵列现场可编程门阵列 FPGA 器件器件返回返回(fnhu)第9页/共23页第九页，共23页。返回返回(fnhu)第10页/共23页第十页，共23页。返回返回(fnhu)第11页/共23页第十一页，共23页。返回返回(fnhu)第12页/共23页第十二页，共23页。优先级关系，例如在有多个优先级关系，例如在有多个(du )中断请求源信号到来时，可以借助中断请求源信号到来

6、时，可以借助编码器电路给出优先级最高的中断编码器电路给出优先级最高的中断请求源所对应的优先级编码。请求源所对应的优先级编码。返回返回(fnhu)第13页/共23页第十三页，共23页。数据中的一个写入指定的寄存器，数据中的一个写入指定的寄存器，选择多个选择多个(du )数据中的一个送数据中的一个送往指示灯进行显示等等。往指示灯进行显示等等。返回返回(fnhu)第14页/共23页第十四页，共23页。或非或非或非或非 当当R为低电平，为低电平，S为高电平时，会使为高电平时，会使/Q变为高电平，此时变为高电平，此时 Q 定变成低电平，在定变成低电平，在 R恢复为高电平后，恢复为高电平后， Q和和 /Q

7、将保持将保持(boch)不变，即记忆了本次变化。当不变，即记忆了本次变化。当S为低电平，为低电平，R为高电平时，会使为高电平时，会使Q变为高电平，此时变为高电平，此时 / Q 定变成低电平，在定变成低电平，在 S 恢复为高电平后，恢复为高电平后， Q和和 /Q 也将保持也将保持(boch)不变，这是不变，这是 R-S 触发器。触发器。Q/QRS与或非门与或非门与或非门与或非门/QQD反相器反相器E 当把两个输入当把两个输入 S 和和 R 变为一个变为一个 D 的互补输入后，可以通过控制信号的互补输入后，可以通过控制信号 E 完成完成(wn chng)该触发器的写入操作，在该触发器的写入操作，在

8、 E =1时，时，Q 将随将随D而变化。而变化。返回返回第15页/共23页第十五页，共23页。与非与非1与非与非2与非与非4与非与非6与非与非3与非与非5/RD/SDQCP/QD D 型触发器又被称为延时触发器，常用于构建寄存器，移位寄存器，计数器等部件。型触发器又被称为延时触发器，常用于构建寄存器，移位寄存器，计数器等部件。 输入输入(shr)信号信号 /SD 和和 /RD用于触发器的清用于触发器的清 0 和置和置 1操作。操作。返回返回(fnhu)第16页/共23页第十六页，共23页。 寄存器是计算机中的重要部件，用于暂存指令和数据等，通常多选用寄存器是计算机中的重要部件，用于暂存指令和数

9、据等，通常多选用 多个并行操作的多个并行操作的 D 触发器或锁存器组成。一个寄存器所使用的触发器的数目被称为寄存器的位数，例如触发器或锁存器组成。一个寄存器所使用的触发器的数目被称为寄存器的位数，例如 4位、位、8位等；从使用的角度，还可以通过另外几个控制信号，控制寄存器是否可以接受输入，输出的是正常逻辑电平还是高阻态，是否具有清位等；从使用的角度，还可以通过另外几个控制信号，控制寄存器是否可以接受输入，输出的是正常逻辑电平还是高阻态，是否具有清 0 寄存器内容的功能。寄存器内容的功能。 移位寄存器还多出了左右移位操作的功能。移位寄存器还多出了左右移位操作的功能。 计数器是计算机和数字仪表中经

10、常使用的一种电路，按时钟作用方式，可以分为同步和异步两大类，其中同步计数器线路略复杂但性能更好，用于脉冲分频和需要计数器是计算机和数字仪表中经常使用的一种电路，按时钟作用方式，可以分为同步和异步两大类，其中同步计数器线路略复杂但性能更好，用于脉冲分频和需要(xyo)计数的场合，例如二进制或十进制计数。计数的场合，例如二进制或十进制计数。返回返回(fnhu)第17页/共23页第十七页，共23页。外，其它几种电路统称可编程逻辑外，其它几种电路统称可编程逻辑器件器件(programmable logic devices，PLD)，教学计算机中用得最多的是，教学计算机中用得最多的是GAL20V8和高集

11、成度的多和高集成度的多PAL (AMD公司的公司的 MACH-4 产品产品) 芯片，芯片，将在后续部分进一步介绍，它们可将在后续部分进一步介绍，它们可以实现组合逻辑电路或者时序逻辑以实现组合逻辑电路或者时序逻辑电路的功能，都由电路的功能，都由“与与”和和“或或”两级两级阵列组成。阵列组成。返回返回(fnhu)第18页/共23页第十八页，共23页。返回返回(fnhu)第19页/共23页第十九页，共23页。返回返回(fnhu)第20页/共23页第二十页，共23页。与与 GAL20V8 芯片相比，芯片相比，MACH有更多的输入输出引脚和更有更多的输入输出引脚和更多的宏单元，支持的逻辑功能更加多的宏单元，支持的逻辑功能更加强大，使用更加方便，还支持在线强大，使用更加方便，还支持在线编程写入。在教学计算机中，主要编程写入。在教学计算机中，主要作为组合逻辑控制器的时序控制信作为组合逻辑控制器的时序控制信号形成部件，用于提供基本指令用号形成部件，用于提供基本指令用到的全部控制信号。到的全部控制信号。用现场可编程逻辑器件用现场可编程逻辑器件 CPLD实现组