第一章数字逻辑基础知识

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1、数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计 Digital Circuits and Logic DesignDigital Circuits and Logic Design 主讲教师： 董 晨主讲教师： 董 晨 课程教学总体安排课程教学总体安排 学习本课程的目的、作用和本课程的地位学习本课程的目的、作用和本课程的地位 学习本课程的基本要求学习本课程的基本要求 学时安排与课程内容设置学时安排与课程内容设置 教学方法与成绩评定教学方法与成绩评定 教材及参考书教材及参考书 学习本课程的目的、作用和本课程的地位学习本课程的目的、作用和本课程的地位 计算机科学与技术、信息安全专业必修的一门重要 专业基础课

2、和主干课程。 计算机科学与技术、信息安全专业必修的一门重要 专业基础课和主干课程。 主要目的是使学生了解从对数字系统提出的要求开 始，直到用集成电路实现所需逻辑功能为止的完整 过程，为数字计算机和其它数字系统的硬件设计奠 定坚实的基础。 主要目的是使学生了解从对数字系统提出的要求开 始，直到用集成电路实现所需逻辑功能为止的完整 过程，为数字计算机和其它数字系统的硬件设计奠 定坚实的基础。 是一门理论与实践结合密切的硬件基础课程。是一门理论与实践结合密切的硬件基础课程。 先修课程：计算机导论、基础电路与电子学先修课程：计算机导论、基础电路与电子学 后继课程：计算机组成原理、汇编程序设 计、微机与

3、接口技术、计算机系统结构、 数据通信与计算机网络、嵌入式系统、 EDA等等。 后继课程：计算机组成原理、汇编程序设 计、微机与接口技术、计算机系统结构、 数据通信与计算机网络、嵌入式系统、 EDA等等。 学习本课程的基本要求学习本课程的基本要求 1掌握数字电路的基本概念、基本理论和基本 知识； 1掌握数字电路的基本概念、基本理论和基本 知识； 2熟悉逻辑电路工作原理、特性和功能；2熟悉逻辑电路工作原理、特性和功能； 3掌握用布尔代数、状态理论对数字逻辑电路 进行分析和设计；尤其中、大规模集成电路的 分析和设计；重点在于组合逻辑电路和同步时 序逻辑电路的应用。 3掌握用布尔代数、状态理论对数字逻

4、辑电路 进行分析和设计；尤其中、大规模集成电路的 分析和设计；重点在于组合逻辑电路和同步时 序逻辑电路的应用。 4掌握计算机系统中的基本部件的分析和设计 方法，并能熟悉选择使用逻辑元部件； 4掌握计算机系统中的基本部件的分析和设计 方法，并能熟悉选择使用逻辑元部件； 5（实验环节）熟练掌握实验步骤、实验内容， 培养调试和动手实践的能力，培养学生具有正 确运用数字集成电路的能力。 5（实验环节）熟练掌握实验步骤、实验内容， 培养调试和动手实践的能力，培养学生具有正 确运用数字集成电路的能力。 学时安排学时安排 总学时48总学时48 周学时4周学时4 第1周至第12周完成教学内容第1周至第12周完

5、成教学内容 课程内容设置课程内容设置 课程内容围绕课程内容围绕组合逻辑电路组合逻辑电路和和时序逻辑电路时序逻辑电路 两大部分，结合实验展开。两大部分，结合实验展开。 理论课顺序：基础知识逻辑代数组合电 路触发器时序电路可编程逻辑器件 理论课顺序：基础知识逻辑代数组合电 路触发器时序电路可编程逻辑器件 实验课安排：48学时（第617周完成实验内 容） 实验课安排：48学时（第617周完成实验内 容） 教学方法与成绩评定教学方法与成绩评定 拟采用的教学方法：讲课为主，习题课为辅，拟采用的教学方法：讲课为主，习题课为辅， 自学为辅。课堂结合自学为辅。课堂结合传统板书传统板书和和多媒体多媒体手段手段

6、进行教学。进行教学。 考核内容考核内容：理论理论和和实验实验相结合。相结合。 考核方式：考核方式：实行综合考核方式，即期末考试 成绩占8070%，平时作业、出勤、提问情况 实行综合考核方式，即期末考试 成绩占8070%，平时作业、出勤、提问情况 和口试成绩占2030%，最终评定学生的成绩。和口试成绩占2030%，最终评定学生的成绩。 教材及参考书教材及参考书 教材：教材： 数字逻辑第四版 欧阳星明华中科技大学出版社数字逻辑第四版 欧阳星明华中科技大学出版社 主要参考书：主要参考书： 数字逻辑 蒋大宗 电子工业出版社数字逻辑 蒋大宗 电子工业出版社 数字逻辑电路皇甫正贤南京大学出版社数字逻辑电路

7、皇甫正贤南京大学出版社 数字逻辑与数字系统 王永军等电子工业出版社数字逻辑与数字系统 王永军等电子工业出版社 数字逻辑与数字集成电路王尔乾 清华大学出版社 数字逻辑与数字系统 白中英等科学出版社 数字逻辑与数字集成电路王尔乾 清华大学出版社 数字逻辑与数字系统 白中英等科学出版社 Digital DesignDigital DesignPrinciples & Practices John F.Wakerly 高教出版社 Principles & Practices John F.Wakerly 高教出版社 Logic and Computer Design Fundamentals M.Mo

8、rris Mano, Charles R.Kime 电子工业出版社 Logic and Computer Design Fundamentals M.Morris Mano, Charles R.Kime 电子工业出版社 Digital LogicApplicationsAnd DesignJohn M.Yarbrough 机械工业出版社 Digital LogicApplicationsAnd DesignJohn M.Yarbrough 机械工业出版社 Fundamentals of Degital Logic with VHDL DesignStephen Brown，Zvonko Vr

9、anesic机械工 业出版社 Fundamentals of Degital Logic with VHDL DesignStephen Brown，Zvonko Vranesic机械工 业出版社 课件下载课件下载 登陆教务处登陆教务处-现代教育技术中心现代教育技术中心-网络教学综合平 台 ，网址 网络教学综合平 台 ，网址: 用户名：学号用户名：学号Password：学号：学号 注：课件为注：课件为 *.pdf 格式，用相关软件浏览格式，用相关软件浏览 第一章 基本知识第一章 基本知识 目 录目 录 1.1 概述概述 1.2 数制及其转换数制及其转换 1.3 带符号二进制数的代码表示带符号二

10、进制数的代码表示 1.4 几种常用的编码几种常用的编码 1.1 概 述概 述 1.1.1 1.1.1 数字系统数字系统 1.1.2 1.1.2 为什么要使用数字系统为什么要使用数字系统 1.1.3 1.1.3 数字系统的由来数字系统的由来 1.1.4 1.1.4 数字逻辑电路的分类及研究方法数字逻辑电路的分类及研究方法 数字系统数字系统(DIGITAL SYSTEMS)(DIGITAL SYSTEMS) 1、数字系统的含义：、数字系统的含义： 数字系统数字系统是一个能对数字信号进行是一个能对数字信号进行加工加工、 传递传递和和存储存储的实体，它由实现各种功能 的数字逻辑电路相互连接而成。 的实

11、体，它由实现各种功能 的数字逻辑电路相互连接而成。 如：数字计算机就是一种最具代表性的 数字系统。 如：数字计算机就是一种最具代表性的 数字系统。 2、数字信号、数字信号 世界上存在的各种世界上存在的各种物理量物理量，按其变化规律可 分为两类： ，按其变化规律可 分为两类：模拟量和数字量模拟量和数字量 1） 模拟量） 模拟量 定义：在时间上和数量上都是连续变化的物理量 称模拟量，表示模拟量的信号称模拟信号。 例： 另如：声音、温度等。 定义：在时间上和数量上都是连续变化的物理量 称模拟量，表示模拟量的信号称模拟信号。 例： 另如：声音、温度等。 t u 正弦波信号正弦波信号 数字系统数字系统

12、t 锯齿波信号锯齿波信号 u 2、数字信号、数字信号 物理量：模拟量和数字量物理量：模拟量和数字量 1）1）模拟量模拟量 模拟电路模拟电路：直接对模拟信号进行处理的电子线：直接对模拟信号进行处理的电子线 路。（模拟电路：模拟信号的产生、放大、处 理的运用电路。） 路。（模拟电路：模拟信号的产生、放大、处 理的运用电路。） 在模拟电子技术中，电子线路主要处理的是模在模拟电子技术中，电子线路主要处理的是模 拟信号。（利用晶体管的放大功能）拟信号。（利用晶体管的放大功能） 数字系统数字系统 数字系统数字系统 2） 数字量：） 数字量： 定义定义 在时间上和数量上都是离散变化的物理量，在时间上和数量上

13、都是离散变化的物理量， 断续断续的物理量称数字量，的物理量称数字量， 表示数字量的信号称为数字信号。表示数字量的信号称为数字信号。 特点特点 、时间上是不连续的； 、数值的增减变化都是某一个最小数量单 位的整数倍。 、时间上是不连续的； 、数值的增减变化都是某一个最小数量单 位的整数倍。 例： t u 数字信号数字信号 2） 数字量2） 数字量 输入数字信号有两种：输入数字信号有两种：电位型电位型和和脉冲型脉冲型 电位型电位型：用高低不同的电位信号表示数字 “1”和“0”， ：用高低不同的电位信号表示数字 “1”和“0”， 脉冲型脉冲型：用有无脉冲表示数字“1”和 “0” ：用有无脉冲表示数字

14、“1”和 “0” 脉冲是一个突然的变化过程，电压或电流信号脉冲是一个突然的变化过程，电压或电流信号 ，有矩形脉冲、尖脉冲、矩形波、锯齿波，有矩形脉冲、尖脉冲、矩形波、锯齿波 在数字电子技术中，电子线路主要处理的是数在数字电子技术中，电子线路主要处理的是数 字信号。（利用晶体管的截止和饱和功能）字信号。（利用晶体管的截止和饱和功能） 数字系统数字系统 3） 模拟信号和数字信号之间的联系3） 模拟信号和数字信号之间的联系 当数字系统要与模拟信号发生联系时， 必须经过模/数（A/D）和数/模（D/A） 转换电路对信号类型进行转换。 当数字系统要与模拟信号发生联系时， 必须经过模/数（A/D）和数/模

15、（D/A） 转换电路对信号类型进行转换。 例如：ADSL方式上网例如：ADSL方式上网 Asymmetric Digital Subscriber Loop , 即即“非对称数字用户线路非对称数字用户线路”。 以普通电话线路做为传输介质，在普通双绞铜 线上实现下行高达 以普通电话线路做为传输介质，在普通双绞铜 线上实现下行高达24Mbit/s传输速度；上行高 达 传输速度；上行高 达3.5Mbit/s的传输速度的传输速度 。 数字系统数字系统 3. 数字（逻辑）电路3. 数字（逻辑）电路 用数字信号去实现运算、控制、测量的科学；用数字信号去实现运算、控制、测量的科学； 研究输入和输出之间的逻辑关系。研究输入和输出之间的逻辑关系。 用来处理数字信号的电子线路。用来处理数字信号的电子线路。 研究数值的逻辑加工和运算的电路。研究数值的逻辑加工和运算的电路。 由于数字电路的各种功能是通过由于数字电路的各种功能是通过逻辑运算逻辑运算和和逻辑判逻辑判 断断来实现，所以来实现，所以数字电路又称为数字逻辑电路数字电路又称为数字逻辑电路，或者，或者 逻辑电路逻辑电路，简称，简称数字逻辑数字逻辑。 数字系统习惯上被称为数字逻辑系统或数字逻辑电路。 最具代表性的设备就是数字电子计算机。 数字系统习惯上被称为数字逻辑系统或数字逻辑电路。 最具代表性的设备就是数字电子计算机。 数字电路数字逻辑电路逻辑电