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1、LOGO 电子技术基础(数字部分) 张岩 是电类专业电类专业 的: 1.课课程性质质: 获获得适应应信息时时代的数字电电子技术术方面的基本理论论、 基本知识识和基本技能。培养分析和解决实际问题实际问题 的能力 ,为为以后学习习与数字电电子技术术相关学科和专业应专业应 用打好 以下两方面的基础础: 2.课课程目标标: 1)正确分析、设计设计 数字电电路,特别别是集成电电路 2)进进一步学习设计专习设计专 用集成电电路(ASIC) 具入门门性质质的、重要的专业专业 基础课础课 3.课课程研究内容 -数字信号传输、变换、产生等。内容涉及信号处理 的器件、功能电路及系统。 4.课课程特点与学习习方法
2、1 ) 发发展快2 )应应用广3 )工程实实践性强 学习习方法 打好基础础、关注发发展、主动动更新、注重实实践 课课程学习习中: 了解电电路功能的应应用背景,注重学习习分析问题问题 、解决问题问题 能力的培养。 课程特点 每18个月芯片的集成度提高1倍,而功耗下降一半。 注重理解和掌握功能部件的外特性、多练习、多动手 数电的内容 第1章 数字逻辑概论 第2章 逻辑代数与HDL基础 第3章 逻辑门电路 第4章 组合逻辑电路 第5章 锁锁存器与触发发器 第6章 时时序逻辑电逻辑电 路 第7章 存储器 复杂可编程逻辑器件和现场可编程门阵列 第8章 脉冲波形的产生与变换 第9章 数模与模数转换器 第1
3、0章 数字系统设计基础 第一章 数字逻辑概论 v1.1数字电路与数字信号 v1.2数制 v1.3逻辑函数及其表示方法 1.1数字电路与数字信号 信号承载信息,即信号是信息的物理表现形式 温度波动曲线 电子系统处理电信号,其物理形式是电压或电流波形 声音、图像、亮度、温度等等物理信息,都可以通过传感器转换而得到相应 的电信号 信号波形代表了相应物理量的变化 正弦波三角波调幅波 模拟信号:在时间和幅值上都是连续的信号 具有无限密集的时间定义区间 具有无穷密集的数值定义区间 模拟信号与数字信号 0 t 数字信号:在时间和幅值上都是离散的信号 仅在确定的时间点上有定义(tn) 定义时间点上的信号幅度仅
4、有量化区间上的数值(量化编码) 数字逻辑信号和波形 用符号0和1来表示幅度,称为逻辑0和逻辑1 数字波形是逻辑电平对时间的图形表示。 (a) 非周期数字波形 (b) 周期数字波形 v二进制数字波形(bit) 一个比特表示两个状态,多个状态要用更多比特才能表示 在数字电子技术和计算机应用中,采用多比特数字信号 v 多比特二进制信号的串行或并行处理 v 1)串行方式:多比特信号按比特位依次处理,要求信号按位依次传 送 v 2)并行方式:多比特信号的所有位同时处理,要求各比特位要同时 传送 1.2数制 v1. 十进制: v以十为基数的记数体制表示数的十个数码: v1、2、3、4、5、6、7、8、9、
5、0 v遵循逢十进一的规律 143.75 = 任意一个十进制数N可以表示成: ai:第i位的系数 v2. 二进制: v以二为基数的记数体制表示数的两个数码: v0、1 v遵循逢二进一的规律 (101.11)2 = =(5.75)10 任意一个二进制数N可以表示成: v3. 八进制:以八为基数的记数体制表示数的 八个数码:0、1 、2、3 、4、5、6 、7 v遵循逢八进一的规律 v任意一个八进制数N可以表示成: v4. 十六进制: v0 、 1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C 、D、E、F v任意一个十六进制数展开式为: 数置转换 v1. 二 十进制转换 v2. 十 二进制转换 v3
6、. 十 二进制转换 v4. 二进制 八进制转换 v5. 二进制 十六进制转换 v6. 十六进制二进制转换 v7. 十六进制数与十进制数的转换 v第二章 逻辑代数与硬件描述语言 v2.1逻辑代数 v2.2逻辑函数的卡诺图化简法 逻辑函数与真值表 逻辑代数 逻辑值 逻辑运算 运算的表示 0、1 代表两种不同的状态 三个基本运算与、或、非 最基本的表示真值表 逻辑变量取值为逻辑值0 或 1 A BF 0 00 0 10 1 01 1 11 例:给定函数F=(A,B) 两个自变量,共有四种取值组合 F(0,0)=0;F(0,1)=0; F(1,0)=1;F(1,1)=1; 三个自变量,有八种取值组合
7、四个自变量,有十六种取值组合 序号公式a公式b名称 1A 0 = 0A + 1=10-1律 2A 1 = AA + 0 =A自等律 3A B = B AA + B = B + A交换律 4A (B C) = (A B) CA + ( B + C)= (A + B) +C结合律 5A (B + C) = A B +A CA + B C= (A + B) (A + C)分配律 6互补律 7A + A =AA A = A重叠律 8非非律 9A + AB =AA (A+B) = A吸收律 10摩根律 例 证明,按A、B取值 A BA BA+BA+B 0 01 10+0=1100 = 11 0 11 0
8、0+1=0001 = 11 1 00 11+0=0010 = 11 1 10 01+1=0011 = 00 , 情况列出真值表,从表中可以直接得出结果。 一个控制楼梯照明灯的电路。A、B是两个单刀双 掷开关,A装在楼上,B装在楼下。共同控制灯F 的亮、灭。试写出灯F亮的逻辑函数。 只有开关A、B 都接上面或都接下面时,灯F才 亮。而一个接上面,另一个接下面时,灯不亮。 逻辑描述 问题分析 工程上,一般先提出逻辑命题,然后用真值表加以描述,最后写出 逻辑函数表达式。 ABF 001 010 100 111 真值表 假设输入变量为A、B; 用0表示开关接下面,1表示接上面 假设输出变量为F; 用0
9、表示灯灭,用1表示灯亮 则输入输出变量之间的关系可以用真值表来表示 由真值表,在A、B的四种组合中,只有一、四两种能使灯亮。这两种情况中,A 、B之间是与的关系,而两种状态之间则是或的关系。故灯亮的逻辑函数为: 逻辑函数: 2.2逻辑函数的卡诺图化简法 v另外的课件 第三章 逻辑门电路 v3.1MOS逻辑门电路 v3.2TTL逻辑门电路 1 高、低电电平产产生的原理 当S闭闭合,O= 当S断开, O= 0 V +5 V (低电电平) (高电电平) 理想的开关: 接通状态态: 要求阻抗越小越好,相当于短路。 断开状态态: 要求阻抗越大越好,相当于开路。 i D/mA O vDS / V V GS
10、1 V GS2 V GS3 V GS4 饱饱和区 可变电变电 阻区 截止区 2.产产生的高、低电电平半导导体器件 vO Rd VDD v I 工作在可变电变电 阻区:输输出低电电平工作在饱饱和区:输输出低电电平 27 非逻辑门中,小圆圈表示非运算。 可以表示在输入端或输出端 对应三种基本逻辑运算,分别有三种门符号 与门或门非门 3种基本逻辑门 基本逻辑门的真值表和相应的基本运算完全相同 28 1. 与、非合成为与非逻辑 2. 或、非合成为或非逻辑 常用的复合逻辑及其逻辑门 与非门: 当且仅当输入全部为1时 输出才为0 或非门: 当且仅当输入全部为0时 输出才为1 29 3 异或逻辑及同或逻辑
11、异或门: 输入相异,输出为1 同或门: 输入相同,输出为1 异或逻辑 同或逻辑 第四章 组合逻辑电路 v4.1组合逻辑电路的分析与设计 v4.2若干典型的组合逻辑集成电路 31 组合逻辑电路的一般设计步骤(四步法) 原则:电路要最简(要求所用器件的种类和数量都尽可能 少,且器件之间的连线也最少)。 1.根据实际逻辑问题确定输入、输出变量,并定义逻辑状态 的含义; 根据题意列真值表 逻辑式化简 卡诺图化简 画逻辑电路图 写最简逻辑式 4.1 组合逻辑电路的分析与设计 2.根据输入、输出的因果关系,列出真值表; 3.由真值表写出逻辑表达式,根据需要简化和变换逻辑表达式 4.画出逻辑图 32 2.
12、设计举例1 设计一个表决电路,该电路输入为A、B、C,输出是L。当 输入有两个或两个以上为1时,输出为1,其他情况输出为 0。用与非门设计该表决电路。 解: 例1 1) 根据题意可列出真值表 2) 画出卡诺图 3)简化和变换逻辑表达式 L = AB+AC+BC ABC L 000 001 010 011 100 101 110 111 0 0 0 1 0 1 1 1 BC ACAB L A B C +5V 要设 计的 逻辑 电路 33 3)简化和变换逻辑表达式 L = AB+AC+BC 4)画出逻辑电路图。 34 2. 设计举例2 某董事会有一位董事长和三位董事进行表决,当满足以下 条件时决议
13、通过:有三人或三人以上同意;或者有两人同 意,但其中一人必须是董事长。试用两输入与非门设计满 足上述要求的表决电路。 解 1) 逻辑抽象。 2) 列出真值表; 3) 画出卡诺图,求输出L的表达式; 用变量A、B、C、D表示输入,A代表董事长,B、C、D代表董 事,1表示同意,0表示不同意; 用L表示输出,L1,代表决议通过,L0,代表不通过。 4) 画出由与非门组成的逻辑电路。 35 2. 设计举例2 L = AB + AC + AD + BCD 输 入出 ABCDL 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 输 入出 ABCDL 1000 1001 10
14、10 1011 1100 1101 1110 1111 0 1 1 1 1 1 1 1 2) 列出真值表 3) 画出输出L的卡 诺图并化简得 BCD AB 4) 画出由与非门组成的逻辑电路。 0 0 0 0 0 0 0 1 AC 2. 设计举例2 L = AB + AC + AD + BCD 4) 画出由与非门组成的逻辑电路。 (1) 由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式 (2) 化简和变换各逻辑表达式或列真值表 (3) 根据真值表或逻辑表达式确定逻辑电路功能 2. 组合逻辑电路的分析步骤: 1. 分析的目的:确定电路的的逻辑功能 化简得出结论(逻辑功能) 组合逻辑电路图 写出逻辑表达式 分析方法
15、: 38 & & & & A B YAB AAB BAB 异或门门 例1:分析下图所示逻辑电路 Y=AAB BAB 组合逻辑电路的分析举例 方法1:直接写出逻辑表达式 例2 一个双输入端、双输出端 的组合逻辑电路如图所 示,分析该电路功能。 输 入输 出 ABSC 0000 0110 1010 1101 逻辑功能:半加器 方法2:逐级变量代换 40 例3 逻辑电路如图所示,分析该电路功能 1.根据逻辑图写出输出函数的逻辑表达式 2. 列写真值表 10111 00011 01101 11001 01110 11010 10100 00000 CBA 方法3:通过真值表确 定逻辑功能: 解: 电路完成奇校验功能 4.2若干典型的组合逻辑集成电路 v编码器 v译码器 v数据选择器 v数值比较器 v算数运算电路 编码编码 器 (Encoder)的概念与分类类 编码编码 :赋赋予二进进制代码码特定含义义的过过程称为编码为编码 。 如:8421、BCD码码中,用1000表示数字8 如:ASCII码码中,用100000