章数字逻辑基础

数字逻辑信电学院电工电子教研室张萱1.本课程的性质

是一门技术基础课(专业基础课)。2.特点

实践性很强

以工程实践的观点来处理电路中的一些问题。3.研究内容

研究几种电子器件的结构、工作原理及技术参数（性能指标）等；用电子器件组成一般电路的分析与设计。4.教学目标

能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对一般性的单元电路、较简单的电路系统进行设计。前言5.学习方法

重点掌握基本概念、基本电路原理、分析方法和设计方法。6.成绩评定

平时：15%笔试：65%7.参考书

阎石主编，《数字电子技术基础》，高教出版社前言

实验：20%第一章数字逻辑基础1.1数字电路和数字信号1.1.1数字电路的发展与分类1.数字电路的高度集成化

在短短几十年的时间里，从分立元件电路到甚大规模集成电路，在电路的集成度上得到了大大的提高。特别是数字集成电路比模拟集成电路的发展更快.

在集成度上,分为数字电路可分为小规模（SSI，每片数十器件）、中规模（MSI，每片数百器件）、大规模（LSI，每片数千器件）和超大规模（VLSI，每片器件数目大于1万）数字集成电路和甚大规模集成电路。80年代后-ULSI，10亿个晶体管/片、ASIC制作技术成熟目前--芯片内部的布线细微到亚微米(0.13~0.09m)量级微处理器的时钟频率高达3GHz（109Hz）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、三维结构的电路发展特点:以电子器件的发展为基础电子管时代1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在一些大功率发射装置中使用。电压控制器件电真空技术半导体集成电路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：采用自下而上的设计方法；由人工组装,经反复调试、验证、修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。现代EDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方法，电路设计、分析、仿真、修订全通过计算机完成。2.数字电路性能不断提高

在工作速度、抗干扰能力、带负载能力及功耗等方面，数字集成电路的性能得到了不断的提高。根据内部半导体元件的类型，集成电路可分为两大系列：TTL系列和CMOS系列。TTL系列具有速度快、抗干扰能力强和带负载能力大的优点，缺点是功耗大。而CMOS系列具有功耗小、稳定性高、成本低、电源电压范围宽等优点，并且在速度上已经得到不断的提高。3.数字集成电路的功能和种类不断发展

随着集成度的不断提高和新材料的应用,从通用型到专用型,从小规模集成门电路；中规模编码器、译码器、加法器和计数器；大规模的小型存储器、门阵列；超大规模的大型存储器、微处理器；到甚大规模的可编程逻辑器件、多功能集成电路。数字集成电路得到了飞速发展。1.1.2数字电路分析方法与测试技术1.数字电路的分析方法

数字电路的主要研究对象是电路的输出与输入之间的逻辑关系，因而采用逻辑代数作为分析工具。在逻辑代数中逻辑关系的表示方法主要有逻辑表达式、真值表、卡诺图、逻辑图及波形图。2.数字电路的测试技术

数字电路在正确设计和安装后，必须经过严格的测试方可使用。可用数字电压表和电子示波器在电路中测量各点的的电压和波形从而验证电路的逻辑关系。数字电路研究的内容—计算机硬件基础基本单元电路基本数字电路

逻辑门电路

锁存器和触发器

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）

A/D转换器、D/A转换器基本电路元件工作在开关状态的晶体三极管、场效应管，由此形成离散信号电压（数字电压）用逻辑电平表示；例如：+5V,用逻辑1表示，叫做高电平

0V,用逻辑0表示，叫做低电平模拟信号数字信号时间连续、数值也连续的信号时间和数值都是离散的例：正弦波信号、锯齿波信号等。例：产品数量的统计、客观世界中对立的两个状态。常用数字0和1表示，叫做逻辑0和逻辑1。电路中的信号1.1.3模拟信号和数字信号模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。utut

在自然界许多物理量均属于模拟性质的,例如:速度、压力、温度、声音、重量以及位置等等。为了便于分析常用传感器将模拟量转换成模拟电信号。模拟葵信号淹的数亲字表禽示由于然数字忘信号严便于猴存储罩、分娃析和依传输央，通贱常都疯将模竖拟信舱号转练换为霸数字例信号.

0

0

模拟信号

模数转换器

3

V

数字输出

0

0

0

0

1

1

模数转换的实现二值数字逻辑：即逻辑0和逻辑1。在逻辑代数中用二值数字逻辑表示逻辑事物的对立的两种状态。utut数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号。逻辑电平：即高电平H和低电平L。在数字电路中的数字信号用逻辑电平来表示，进而用二值数字逻辑表示。1.季1.演4数字变信号壶的描定述方软法数字波形：即逻辑电平对时间的图形表示。当某数字波形仅有两个离散值时，常称为脉冲波形。数字波形和脉冲波形是统一的，但表示方法不同。数字波形用逻辑电平表示，而脉冲波形用电压值表示。例：u/Vt/ms0550100150200逻辑1逻辑0如图精所示阴为一逮周期有性数掏字波她形（号或周万期性硬脉冲升波形鞋），巷其中它一个奏周期贼的波店形就借是一京个脉狭冲波忙形。粱周期肯性数缝字波呼形可罩用脉远冲宽岗度tW，周尺期T和占勉空比q等参丈数描哭述。实际熔脉冲现波形河及其徒参数5.0u/Vt4.52.50.50幅值脉冲宽度tWtr上升时间tf下降时间占空比q=twT×100%1.刚2.险1十进济制：以十混为基止数的模计数逃体制航。表示翠数的卫十个隶数码舒：1、2、3、4、5、6、7、8、9、0遵循逢十泳进一的进幻玉制规奏律。15峡7=一个库十进帜制数容数N可以艰表示众成：若在卡数字乓电路券中采映用十导进制突，必老须要渴有十滥个电筐路状桑态与窗十个尤数码至相对熄应。榆这样述将在戏技术胃上带果来许仆多困众难，毫而且叠很不普经济饥。1.2数制751=012107105101++×××1.聋2.顾2二进母制：以二续为基诞数的授计数述体制期。表示孩数的洗两个竖数码瓜：0、1遵循逢二徐进一的规慌律。（10扫01）B==疾(不9)D二进谁制的加优点屿：用电址路的遣两个像状态--冤-开关军来表土示二络进制土数，怒数码沫的存传储和杏传输坦简单笨、可须靠。二进矮制的父缺点川：位数猪较多晶，使缝用不有便；半不合布人们独的习招惯，妹输入西时将垫十进姿制转珠换成生二进槐制，绑运算丛结果撞输出厦时再圈转换蹈成十奔进制亿数。1.胀2.厦3数制糖的转志换十六终进制妄数码君：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(吸10巡寿)、B(个11购)、C(败12东)、D(甩13泼)、E(挑14这)、F(槐15跨)(4轻E6涌)H==41丛62+1角4爪1部61+6幼绍160=喊(屯12忽54午)D*1暗.十六竞进制酸与二璃进制滨之间掌的转恨换。Hex谁ad乔ec穗im脂al：十狼六进沃制Dec斧im非al：带十辣进制Bin糕ar骂y：宣二进绩制(1巾00搁11胖10夜01谱10觉)B=(010011100110)B=每四秧位2进制且数对旨应一狗位16进制伯数(1乎00俩11锣10睛01竹01计10拼10尖01网00毒0)B=从末互位开怎始四治位一瓦组(1仇00乔111画0010犁1101搂0010雾00)B()H84BC9=炉(酷9C蹦B4途8查)H2、十吩进制旷与二柿进制普之间羞的转轻换两边传除2，余掠第0位K0商两锻边除2，余廉第1位K1十进木制与芬二进侍制之捞间的许转换余方法（除2取余阿法）用二强除十厨进制秒数，土余数影是二腊进制露数的鲜第0位K0，然滥后依世次用狸二除哑所得毙的商拼，余总数依额次是余第1位K1、第2位K2、……。……225余1K0122余0K162余0K232余1K312余1K40例1：十进聋制数25转换赞成二象进制流数的追转换舒过程惹：(2始5)D=(党11集00炕1)B例2：十进好制数22兰7转换催成二刃进制斧数的做转换范过程杂：(2享27默)D=(练1摔1临1匠0王0喊0膜1宰1)B22霞7=钢12债8给+舌64礼+廉3俯2笨+温0描+猫0为+宫0灰+饺2驰+告127262524232221200.绸72辫×2＝1.款44帮添取1b－1将十诉进制亭小数佩乘2,取其狼个位风数为b－1,乘积藏减1再乘2,取其贵个位苗数为b－2,傲娃锁直到户满足威误差栽要求砍进行4舍5入。例3：十进反制数0.坚72转成起二进决制数,要求必转换蚁误差宫小于0.薪05。(0哲.7延2)D=(株0.崇10溉11决)B对应胃十进孤制数0.雕5，转醋换误做差大0.以44昼×2＝0.辽88焰若取0b－20.窝50.旧72－0.薄5=陈0.悬22＞0.仿050.挑88厨×2＝1.冒76鼠摄取1b－30.状62粘50.盖72－0.增62直5=征0.作09栋5＞0.痰050.悉76搭×2＝1.删52悠绕取1b－40.找68泼750.世72－0.普68天75=0良.0帝32延5＜0.截05计算机A计算机B0炒0穷1晴1赌0训0赤1栋0锐0忽1湾1串行眼传输妹先高增位后颠低位一个软时钟敌周期挥传输透一位爪二进勉制数你值计算机A计算机BN条数据据线盼，一该个时徒钟周受期传滚输一谦个n位二街进制症数值缺点筑：慢脱！并行澡传输衰，一旺组线帆分高之位、砍次高婶位、……低位蚀传输百线；大家脏说：愉波形树图中甚显示A向B传输伯的是锡几位宽二进吃制数镰；若档上边胞是低蹲位，磨下面乱是高姻位，蒙则第之一个渡数是秒几？数字复系统屡的信吃息数值文字拥、符者号或不彻同事陡物二进幻玉制代卸码编码为了表示字符为了市分别车表示N个字锈符，盈所需排的二雅进制敞数的彻最小惰位数设：编码陵可以跟有多工种，缎数字往电路留中所盗用的动主要僚是二–十进肢制码畏（BC码D偶-B矮in辽ar唤y-百Co卵de卡d-武De饭ci由ma极l码）详。1.4二进制代码N2n≥BC术D码用凉四位蜂二进颤制数雾表示0~干9十个辱数码方。四树位二够进制闷数最柏多可员以表干示16个字号符，荐因此异，从16种表损示中嫩选十拒个来邻表示0~独9十个黑字符摧，可黎以有慰多种弃情况编。不致同的懒表示押法便春形成且了一班种编居码。胶这里剑主要薪介绍患：84怠21码54雨21码余3码24扑21码首先很以十离进制魂数为篮例，宇介绍权的概涨念。(3友25刷6)D=31葵03+21苹02+51惜01+61械00个位(D0)的权络为100，十糊位(D1)的权梯为101，百位(D2)的权疤为102，千虾位(D3)的权餐为103……十进静制数(N头)D二进垃制编岭码(K3K2K1K0)B(N询)D=恼W3K3+W2K2+W1K1+W0K0W3~W0为二剑进制赛各位泉的权84妈21码，犯就是母指W3=8、W2=砖4、W1=姥2、W0=衰1。用四疏位二尼进制土数表终示0~隶9十个叶数码免，该哭四位交二进蹲制数流的每激一位创也有漠权。24扶21码，羽就是恐指W3=2、W2=析4、W1=客2、W0=费1。54破21码，牲就是竟指W3=5、W2=分4、W1=司2、W0=厚1。000000010010001101100111100010011010101111011110111101011100010001236789101113141551240123578964012356789403456782910123678549二进京制数自然马码84起21码24丛21码54森21码余三眯码无权码有权码0000000100100011011001111000100110101011110111101111010111000100自然码格雷辽码无权码0000000100110010010101001100110111111110101110011000011110100110例1:求自镜然二脱进制省数10亚00培11呢1B转换抖成十赌进制洋数。1顾0猴0石0愚1脚1罚1内B=1×26+0×25+鼓0×24+粘0×23+浊1×22+税1×21+1×20=郑(沃64孩+横0角+幕0锹+踢0猫+津4帜+样2臂+嘱1事)捎D弯=事71毙D例2:将自正然二覆进制痕数10樱00探11拾1B转换珍成84斩21匀BC忧D码。首先煤将自陵然二粘进制男数10袍00题11晨1B转换顷成十早进制倚数，穴再将袍十进蓬制数毛转换孟成84锄21喊BC已D码。将十稀进制舌数转胖换成84秒21伴BC扶D码时遇，一切位十挪进制亏数对捡应转劣换成泄一组84灿21谢BC杏D码。=（01111000111B=71D0001）8421BCD数字浅电路控要研谣究的誓是电剑路的眉输入殖输出劫之间筹的逻计辑关胡系，抢所以疑数字厨电路迫又称逻辑桌电路，相昨应的滥研究膝工具耻是逻辑躬代数（布尔申代数）。在逻由辑代廊数中呼，逻雁辑函瘦数的扫变量夸只能爽取两箩个值签（二值终变量），蛮即0和1，中召间值示没有诞意义谈。0和1表示芬两个哈对立深的逻辣辑状状态。例如掏：电毫位的袭低高慢（0表示矿低电侨位，1表示跃高电磁位）切、开贪关的前开合室等。1.村5基本彼逻辑时运算逻辑悼代数合与初钩等代电数的危比较初等代数逻辑代数变量A、X取值∞…0、1、…+∞0、1数值符号0、1、…………、90、1数值表示数值，有大小，例如：1＞0两个对立的逻辑状态，例如：

1表示有，

0表示无基本运算加、减、乘、除与、或、非基本态逻辑笔运算1、“澡与”进逻辑与逻爷辑：决定菠事件赠发生投的各麻条件研中，驱所有邀条件院都具酬备，恨事件谦才会狮发生吊（成雅立）什。规定:开关谁合为轰逻辑冻“1”开关柔断为库逻辑耕“0”灯亮亿为逻抽辑“1”灯灭耳为逻萝辑“0”EFABC与(始an店d蜂)、或(o矮r总)非(炼no剥t梁)。&ABCF逻辑端符号溜：AFBC00001000010011000010101001101111逻辑梁式：F=音A•笛B•父C逻辑途乘法逻辑往与真值响表EFABC真值拘表特批点:任0则0,全1则1与逻碗辑运衔算规分则：0•0=拍0督0•1=队01•0=竖0赵1•1=求12.闸“或”屯逻辑AEFBC规定:开关致合为灭逻辑抹“1”开关守断为悠逻辑拒“0”灯亮笋为逻揭辑“1”灯灭册为逻衬辑“0”决定吼事件避发生鼠的各经条件悉中，碎有一宜个或舍一个激以上俘的条醉件具用备，稠事件狭就会柜发生蹦（成陶立）帆。AFBC00001001010111010011101101111111真值逝表≥1ABCF逻辑质符号芹：逻辑饶式：F=避A+位B+狸C逻辑狭加法育（逻赖辑或界）或逻喊辑运按算规疯则:0+寄0=验0绝0原+1裂=11+猛0=袍1您1踪蝶+1箩=13、“纸非”循逻辑决定您事件桨发生絮的条栗件只插有一孔个，烟条件毒不具朱备时蹦事件顿发生引（成羡立）患，条笋件具可备时口事件巡寿不发修生。规定:通电制为“1”断电招为“0”灯亮抛为“1”灯灭指为“0”EFNCAAF0110真值表逻辑削非.逻辑聪反逻辑苏式：AF=逻辑名符号葬：AF1AEFR几种红常用功的复蝇合逻辱辑运宰算11011000L=AB+ABL=AB+ABL=A+B同或运算异或运算或非运算L=A•B与非运算逻辑运算AB逻辑变量逻辑门符号＆ABL≥1ABL=1ABL

=ABL1110100001101001abcdAB～楼道步灯开野关示蝇意图1.真值寺表表嫂示开关

A灯下下上下上下上上亮灭灭亮开关

B开关状态表

逻辑真值表ABL001100010111A、B:向上—1向下--0L:亮---1;灭---0确定变量、函数，并赋值开关:变量

A、B灯:函数

L逻辑种抽象胆，列盲出真膨值表1.6逻辑函数及其表示方法2、逻死辑函换数表岩达式陵表示逻辑真值表ABL001100010111逻辑论表达香式是骄用与诸、或纳、非跃等运解算组乌合起恨来，蔬表示齿逻辑持函数锐与逻它辑变银量之删间关革系的魔逻辑许代数洗式。例：挖已知所某逻移辑函胆数的标真值戒表，帽试写杆出对绕应的武逻辑带函数箱表达猴式。用与爆、或存、非掉等逻严辑符磨号表油示逻箱辑函核数中槐各变征量之誉间的凉逻辑申关系掀所得茅到的偏图形拢称为伞逻辑警图。3.逻辑逗图表俘示方愤法将逻确辑函送数式食中所猾有的葛与、雪或、惕非运琴算符膛号用醋相应注的逻墙辑符爪号代厉替，骨并按坚照逻腰辑运庸算的弃先后爸次序篮将这基些逻巡寿辑符态号连士接起庙来，耻就得喊到图倚电路甚所对霜应的画逻辑再图例：已知某逻辑函数表达式为，试画出其逻辑图

真值表ABL0001010111104.波形辞图表平示方法用输甩