數(shù)字電子技術基礎第1章康華光第五版課件

主要內容1數(shù)字邏輯概論2邏輯代數(shù)與硬件描述語言基礎3邏輯門電路4組合邏輯電路5鎖存器和觸發(fā)器6時序邏輯電路7存儲器、復雜可編程器件和現(xiàn)場可編程門陣列8脈沖波形的變換與產生9數(shù)模與模數(shù)轉換器8/10/20231主要內容1數(shù)字邏輯概論8/1/202311數(shù)字邏輯概論1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號1.2數(shù)制1.3二進制的算術運算1.4二進制代碼(碼制)1.5二值邏輯變量與基本邏輯運算1.6邏輯函數(shù)及其表示方法8/10/202321數(shù)字邏輯概論1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號8/1/202321.1數(shù)字電路與數(shù)字信號8/10/202331.1數(shù)字電路與數(shù)字信號8/1/202331.1.1數(shù)字技術的發(fā)展及其應用發(fā)展迅速，應用廣泛電子計算機數(shù)碼相機DVD

(其他內容請同學們自己閱讀)8/10/202341.1.1數(shù)字技術的發(fā)展及其應用發(fā)展迅速，應用廣泛8/11.1.2數(shù)字集成電路的分類及特點SSI（SmallScaleIntegratedcircuit）MSI（MediumScaleIntegratedcircuit）LSI（LargeScaleIntegratedcircuit）VLSI（VeryLargeScaleIntegratedcircuit）ULSI（UltraLargeScaleIntegratedcircuit）ASIC（ApplicationSpecificIntegratedcricuit）PLD（ProgrammableLogicDevice）8/10/202351.1.2數(shù)字集成電路的分類及特點SSI（SmallS數(shù)字電路的分析方法分析工具：邏輯代數(shù)分析對象：輸入與輸出之間的邏輯關系表達方式：（1）真值表（2）功能表（3）邏輯表達式（4）波形圖（5）卡諾圖8/10/20236數(shù)字電路的分析方法分析工具：邏輯代數(shù)8/1/20236數(shù)字電路的設計方法從給定的邏輯功能出發(fā)，確定輸入、輸出變量之間的邏輯關系，選擇適當?shù)倪壿嬈骷⒃O計符合要求的邏輯電路。目前主要的設計方式是利用EDA（電路仿真軟件）進行設計。8/10/20237數(shù)字電路的設計方法從給定的邏輯功能出發(fā)，1.1.3模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：時間、幅度均連續(xù)數(shù)字信號：時間、幅度均離散8/10/202381.1.3模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：時間、幅度均連續(xù)8/1.1.4數(shù)字信號的描述方法二值數(shù)字邏輯（二進制）

0和1即可表示數(shù)量也可表示兩種不同的邏輯狀態(tài)。邏輯電平

不是物理量，而是物理量的相對表示。在電路中用低、高電平表示0、1兩種邏輯狀態(tài)電壓(V)二值邏輯電平+51H(高電平)00L(低電平)邏輯電平與電壓值的關系（正邏輯）8/10/202391.1.4數(shù)字信號的描述方法二值數(shù)字邏輯（二進制）電壓(V(a)用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b)16位數(shù)據(jù)的圖形表示數(shù)字波形------是信號邏輯電平對時間的圖形表示.1.1.4數(shù)字信號的描述方法8/10/202310(a)用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b)16位數(shù)據(jù)的圖形表示1.1.4數(shù)字信號的描述方法數(shù)字波形（1）歸零型、非歸零型（2）周期性非周期性（3）數(shù)據(jù)傳輸速率：比特率（4）占空比：8/10/2023111.1.4數(shù)字信號的描述方法數(shù)字波形8/1/202311（5）實際數(shù)字信號波形8/10/202312（5）實際數(shù)字信號波形8/1/2023121.2數(shù)制8/10/2023131.2數(shù)制8/1/202313常用的四種數(shù)制基數(shù)：數(shù)碼的個數(shù)8/10/202314常用的四種數(shù)制基數(shù)：數(shù)碼的個數(shù)8/1/202314數(shù)制之間的轉換1.二進制-----十進制例1.將二進制數(shù)10011.101轉換成十進制數(shù)。解：將每一位二進制數(shù)乘以位權，然后相加，可得(10011.101)B＝1×24＋0×23＋0×22＋1×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3

＝（19.625)D8/10/202315數(shù)制之間的轉換1.二進制-----十進制8/1/2023152.八進制-----十進制例2.將八進制數(shù)(75.3)O轉換成十進制數(shù)。解：將每一位八進制數(shù)乘以位權，然后相加，可得(75.3)O＝7×81＋5×80＋3×8-1＝（61.375)D8/10/2023162.八進制-----十進制8/1/2023163.十六進制-----十進制例3.將十六進制數(shù)（AF.1）H轉換成十進制數(shù)。解：將每一位十六進制數(shù)乘以位權，然后相加，可得（AF.1）H＝10×161＋15×160＋1×16-1＝（175.0625)D

8/10/2023173.十六進制-----十進制8/1/2023174.十進制----二進制整數(shù)部分：除2求余例4將十進制數(shù)23轉換成二進制數(shù)。

解：(23)D==(10111)B231152122222………余0………余1………余1………余1………余10bbbbb01234

讀取次序8/10/2023184.十進制----二進制231152122222………余0…小數(shù)部分：乘2取整例3

將十進制數(shù)0.706轉換成二進制數(shù)。要求誤差不大于2-9

解：

(0.706)D=

=(0.101101001)B0.706*2=1.412-----10.412*2=0.824-----00.824*2=1.648-----10.648*2=1.296-----10.296*2=0.592-----00.592*2=1.184-----10.184*2=0.368-----00.368*2=0.736-----00.736*2=1.472-----1誤差不大于2-9

保留到-9位8/10/202319小數(shù)部分：乘2取整0.706*2=1.412-----15.十進制----八進制6.十進制----十六進制7.二進制----八進制8.二進制----十六進制9.八進制----十六進制1.2.2二進制的波形表示及二進制數(shù)據(jù)的傳輸自學部分8/10/2023205.十進制----八進制自學部分8/1/2023201.3二進制的算術運算

8/10/2023211.3二進制的算術運算

8/1/2023211.3.1無符號二進制數(shù)的算術運算1.二進制加法2.二進制減法

1011+00+11+11

1110

1001-0-10-111

0110

8/10/2023221.3.1無符號二進制數(shù)的算術運算1.二進制加法13.二進制乘法乘法：左移被乘數(shù)與加法運算的組合

1010×010110100000101000001100104.二進制除法

除法：右移除數(shù)與減法運算組成1.011…111101011111001111010111118/10/2023233.二進制乘法1.3.2帶符號二進制數(shù)的減法運算補碼的定義：(N)補=Rn–NR-基數(shù)n-位數(shù)十進制數(shù)補碼十進制數(shù)2，位數(shù)為一位，補碼為：10-2=8十進制數(shù)2，位數(shù)為二位，補碼為：100-2=98二進制數(shù)補碼二進制數(shù)0110，位數(shù)為四位，補碼為：10000-0110=1010即16-6=101010就是0110的四位二進制補碼8/10/2023241.3.2帶符號二進制數(shù)的減法運算補碼的定義：(N)補=R二進制補碼的求法1.有符號二進制數(shù)的最高位是符號位，0表示正數(shù)，1表示負數(shù)。2.正數(shù)的反碼、補碼與原碼相同。

3.負數(shù)的補碼等于將原碼的數(shù)值位逐位求反(既得反碼)，然后在最低位加1帶符號二進制數(shù)減法運算

帶符號二進制數(shù)的減法運算等于被減數(shù)的補碼加上減數(shù)的補碼并將結果中符號位的進位位丟棄。8/10/202325二進制補碼的求法8/1/202325例：求四位二進制數(shù)減法5-2解：

5的補碼=原碼=0101；-2（1010）的補碼=-2的反碼+1=1101+1=1110；5-2=0101+1110=[1]0011=0011=3

0101+1110[1]0011自動丟棄8/10/202326例：求四位二進制數(shù)減法5-201011.4二進制代碼8/10/2023271.4二進制代碼8/1/202327代碼的定義：數(shù)字系統(tǒng)中的信息：數(shù)值信息（計算）文字符號信息（文本）為了表示文字符號信息，可以采用一定位數(shù)的二進制數(shù)碼表示，這些不同組合的數(shù)碼不表示數(shù)量大小，僅僅用來區(qū)別不同的事物而已。

這些特定的二進制數(shù)碼稱為代碼。以一定的規(guī)則編制代碼的過程稱為編碼，反之，將代碼還原成原始信息的過程稱為解碼或譯碼。8/10/202328代碼的定義：數(shù)字系統(tǒng)中的信息：數(shù)值信息編碼：現(xiàn)實生活中，漢字的不同組合（名字）區(qū)別不同的人。數(shù)字系統(tǒng)中，用具有一定位數(shù)的二進制數(shù)碼組合（代碼）來區(qū)別不同的狀態(tài)，包括十進制數(shù)值、字母、符號等等。編碼（起名字）：任意，隨便8/10/202329編碼：現(xiàn)實生活中，漢字的不同組合（名字）區(qū)別不同的人。8/1二進制編碼：若需要編碼的信息項數(shù)為N，則需要的二進制碼的位數(shù)n應該滿足2n≥

N常見碼制（編碼的規(guī)則）有：1.4.1二-十進制碼（BCD碼）1.4.2格雷碼1.4.3ASCII碼8/10/202330二進制編碼：若需要編碼的信息項數(shù)為N，則需要的二進制碼的位數(shù)1.4.1二-十進制碼(BCD碼)：8421BCD最常用(258.369)D=(0010

0101

1000.001101101001)8421BCD=(0101

1000

1011.011010011100)余3碼8/10/2023311.4.1二-十進制碼(BCD碼)：8421BCD最常用將格雷碼的前3個、后3個去掉，得到余三循環(huán)碼1.4.2格雷碼8/10/202332將格雷碼的前3個、后3個去掉，得到余三循環(huán)碼1.4.21.4.3ASCII碼ASCII碼是國際上最通用的一種字符碼，用7位二進制碼來表示128個字符，包括十進制數(shù)、英文大小寫字母、控制符、運算符以及特殊符號。計算機技術最初使用的目的純粹是為了計算，后來ASCII碼的引入使得文本成為計算機的新的處理對象。8/10/2023331.4.3ASCII碼ASCII碼是國際上最通第一講作業(yè)1.2.11.2.2（3）（4）1.2.3（2）1.2.5（2）1.3.3（2）（3）1.4.1（3）（4）1.4.2（1）（4）8/10/202334第一講作業(yè)1.2.18/1/2023341.5二值邏輯變量與基本邏輯運算8/10/2023351.5二值邏輯變量與基本邏輯運算8/1/202335一、邏輯代數(shù)（用于邏輯分析的數(shù)學工具）邏輯運算：兩個二進制數(shù)碼按照某種指定的因果關系進行的運算。（或運算：0+1=1；1+1=1）邏輯變量：與普通變量不同，邏輯變量只有兩個取值0和1，這里的0和1不表示數(shù)量，而是表示兩種完全對立的邏輯狀態(tài)。(0表示關閉，1表示打開)邏輯代數(shù)：由邏輯變量（A,B,C….）和邏輯運算所組成的代數(shù)式叫做邏輯代數(shù)，又稱為布爾代數(shù)。（L=A+B）8/10/202336一、邏輯代數(shù)（用于邏輯分析的數(shù)學工具）邏輯運算：兩個二進制數(shù)二、三種基本邏輯和三種基本邏輯運算與邏輯關系：決定某一事物結果的所有條件同時具備，結果才會發(fā)生，這一因果關系稱與邏輯關系，按照與邏輯關系進行的邏輯運算稱為與運算?；蜻壿嬯P系：決定某一事物結果的諸條件只要有一個條件具備，結果就會發(fā)生，這一因果關系稱或邏輯關系，按照或邏輯關系進行的邏輯運算稱為或運算。非邏輯關系：決定某一事物結果的某一條件具備，結果就不發(fā)生，這一因果關系稱非邏輯關系，按照非邏輯關系進行的邏輯運算稱為非運算。8/10/202337二、三種基本邏輯和三種基本邏輯運算與邏輯關系：決定某一事物結1、與運算

當開關A和B同時閉合時，燈L亮；當開關A、開關B有任一個打開時，燈L滅。

設：條件(1)：開關A閉合還是不閉合。開關A閉合-條件(1)具備。條件(2)：開關B閉合還是不閉合。開關B閉合-條件(2)具備。結果：燈L亮還是不亮。燈亮-結果成立。8/10/2023381、與運算8/1/202338令：“1”表示條件具備、“0”表示條件不具備則：與運算表達式：與運算真值表0.0=00.1=01.0=01.1=18/10/202339令：“1”表示條件具備、“0”表示條件不具備與運算真值表0.與運算符號：(1)、矩形符號（國標）：(2)、特異形符號（IEEE標準）：&8/10/202340與運算符號：&8/1/2023402、或運算

當開關A或B閉合或者兩者都閉合時，燈L亮；當開關A和B均斷開時，燈L滅。

設：條件(1)：開關A閉合還是不閉合。開關A閉合-條件(1)具備。條件(2)：開關B閉合還是不閉合。開關B閉合-條件(2)具備。結果：燈L亮還是不亮。燈亮-結果成立。8/10/2023412、或運算8/1/202341令：“1”表示條件具備、“0”表示條件不具備則：或運算表達式：或運算真值表0+0=00+1=11+0=11+1=18/10/202342令：“1”表示條件具備、“0”表示條件不具備或運算真值表0+或運算符號：(1)、矩形符號（國標）：(2)、特異形符號（IEEE標準）：≥18/10/202343或運算符號：≥18/1/2023433、非運算

當開關A不閉合時，燈L亮；當開關A閉合時，燈L滅。

條件：開關A閉合還是不閉合。開關A閉合-條件具備。結果：燈L亮還是不亮。燈亮-結果成立。8/10/2023443、非運算8/1/202344令：“1”表示條件具備、“0”表示條件不具備則：非運算表達式：非運算真值表8/10/202345令：“1”表示條件具備、“0”表示條件不具備非運算真值表8/非運算符號：(1)、矩形符號（國標）：(2)、特異形符號（IEEE標準）：18/10/202346非運算符號：18/1/202346幾種常見邏輯運算1、與非運算：由與運算和非運算組合在一起的邏輯運算。AB000011111110(a)(b)&AB8/10/202347幾種常見邏輯運算1、與非運算：由與運算和非運算組合在一起的A2、或非運算：由或運算和非運算組合在一起的邏輯運算。01AB1011001(a)000L=A+B(b)AB≥1L=A+BL=A+BL=A+B8/10/2023482、或非運算：由或運算和非運算組合在一起的01A3、異或運算：兩個輸入信號相同為0，不同為1。(b)11000AB10101(a)01BA=1L=L=8/10/2023493、異或運算：兩個輸入信號相同為0，不同為1。(b)11004、同或運算：兩個輸入信號相同為1，不同為010010AB00101(a)11A⊙BBA=L=A⊙B(b)