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1、第四章 基础知识,1.1.1 数字信号和数字电路,数字信号与数字电路 正逻辑 高电平为逻辑，低电平为逻辑 负逻辑 高电平为逻辑，低电平为逻辑,正逻辑,1.1.2 数字电路的分类,2、按所用器件制作工艺的不同：数字电路可分为双极型（TTL型）和单极型（MOS型）两类。,3、按照电路的结构和工作原理的不同：数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。,1、按电路结构的不同：数字电路可分为分立元件电路和集成电路两大类型。,4、按
2、集成度分：,表1.1.1 数字集成电路分类,SSISILSIVLSI,1.1.3 数字电路的优点,与模拟电路相比，数字电路主要有以下优点:（1）便于高度集成化。（2）工作可靠性高、抗干扰能力（3）数字信息便于长期保存。（4）数字集成电路产品系列多、通用性强、成本低。（5）保密性好。,1. 2 数制与编码,1.2.1 数制,1.2.2 不同数制间的转换,1.2.3 二进制代码,退出,基础知识,计数体制 用数码表示数量的多少称为计数,计数,计数,1、进位制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必 须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制
3、。,1.2.1 数制,2、基 数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。,3、 位 权（位的权数）：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。,一、几个概念,数码为：09；基数是10。,1、十进制, , , , ,103、102、101、100称为十进制的权。各数位的权是10的幂。,同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。,任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和，称权展开式。,即：(5555)105103 510251015100,又如：(209.04)10 2102 0101910
4、001014 102,运算规律：逢十进一，即：9110。,十进制数的权展开式：,二、常用数制,2、二进制,数码为：0、1；基数是2。 运算规律：逢二进一，即：1110。 二进制数的权展开式： 如：(101.01)2 122 0211200211 22 (5.25)10,运算规则,各数位的权是的幂,二进制数只有0和1两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。,数码为：07；基数是8。 运算规律：逢八进一，即：7110。 八进制数的权展开式： 如：(207.04)10 282 0817800814 82 (135.0625)10,3、八进制,4、十六进制
5、,数码为：09、AF；基数是16。 运算规律：逢十六进一，即：F110。 十六进制数的权展开式： 如：(D8.A)2 13161 816010 161(216.625)10,各数位的权是8的幂,各数位的权是16的幂,结论,一般地，N进制需要用到N个数码，基数是N；运算规律为逢N进一。 如果一个N进制数M包含位整数和位小数，即 (an-1 an-2 a1 a0 a1 a2 am)2 则该数的权展开式为： (M)2 an-1Nn-1 an-2 Nn-2 a1N1 a0 N0a1 N-1a2 N-2 amN-m 由权展开式很容易将一个N进制数转换为十进制数。,1.2.2 不同数制间的转换,（1）二进
6、制数转换为八进制数： 将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每3位分成一组，不够3位补零，则每组二进制数便是一位八进制数。(三位聚一位),将N进制数按权展开，即可以转换为十进制数。,1、二进制数与八进制数的相互转换,1 1 0 1 0 1 0 . 0 1,0 0,0, (152.2)8,（2）八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用3位二进制数表示。(一位变三位),= 011 111 100 . 010 110,(374.26)8,2、二进制数与十六进制数的相互转换,二进制数转换为十六进制数，按照每4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。(四位聚一位),3、十进制数转换为二进制
7、数,将整数部分和小数部分分别进行转换。整数部分采用基数连除法;小数部分采用基数连乘法;转换后再合并。,原理,十六进制数转换为二进制数，按照每一位十六进制数对应于 4位二进制数进行转换。(一位变四位),整数部分采用基数连除法：先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。,小数部分采用基数连乘法：先得到的整数为高位，后得到的整数为低位。,所以：(44.375)10(101100.011)2,采用基数连除、连乘法，可将十进制数转换为任意的N进制数。,用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。,用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。,1.2.3 二进制代码
8、,数字系统只能识别0和1，怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决此问题。,二-十进制代码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称BCD码。,2421码的权值依次为2、4、2、1；余3码由8421码加0011得到；格雷码是一种循环码，其特点是任何相邻的两个码字，仅有一位代码不同，其它位相同。,用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为8、4、2、1，故称8421 BCD码。,事物往往存在两种对立的状态，在逻辑代数中可以抽象地表示为 0 和 1 ，称为逻辑0状态和逻辑1状态。,逻辑代数是按一定的逻辑关系进行运算的代数，是分析
9、和设计数字电路的数学工具。在逻辑代数，只有和两种逻辑值，有与、或、非三种基本逻辑运算，还有与或、与非、与或非、异或几种导出逻辑运算。,逻辑代数中的变量称为逻辑变量，用大写字母表示。 逻辑变量的取值只有两种，即逻辑0和逻辑1，0 和 1 称为逻辑常量，并不表示数量的大小，而是表示两种对立的逻辑状态。,逻辑是指事物的因果关系，或者说条件和结果的关系，这些因果关系可以用逻辑运算来表示，也就是用逻辑代数来描述。,基本概念,1、与逻辑（与运算）,与逻辑的定义：仅当决定事件（Y）发生的所有条件（A，B，C，）均满足时，事件（Y）才能发生。表达式为：,开关A，B串联控制灯泡Y,1.3.1 基本逻辑函数及运算
10、,两个开关必须同时接通，灯才亮。逻辑表达式为：,A、B都断开，灯不亮。,A断开、B接通，灯不亮。,A接通、B断开，灯不亮。,A、B都接通，灯亮。,这种把所有可能的条件组合及其对应结果一一列出来的表格叫做真值表。,将开关接通记作1，断开记作0；灯亮记作1，灯灭记作0。可以作出如下表格来描述与逻辑关系：,功能表,实现与逻辑的电路称为与门。与门的逻辑符号：,真值表,逻辑符号,2、或逻辑（或运算）,或逻辑的定义：当决定事件（Y）发生的各种条件（A，B，C，)中，只要有一个或多个条件具备，事件（Y）就发生。表达式为：,开关A，B并联控制灯泡Y,两个开关只要有一个接通，灯就会亮。逻辑表达式为：,+,A、B
11、都断开，灯不亮。,A断开、B接通，灯亮。,A接通、B断开，灯亮。,A、B都接通，灯亮。,实现或逻辑的电路称为或门。或门的逻辑符号：,Y=A+B,真值表,功能表,逻辑符号,3、非逻辑（非运算）,非逻辑指的是逻辑的否定。当决定事件（Y）发生的条件（A）满足时，事件不发生；条件不满足，事件反而发生。表达式为：,开关A控制灯泡Y,实现非逻辑的电路称为非门。非门的逻辑符号：,A断开，灯亮。,A接通，灯灭。,真值表,功能表,逻辑符号,1、与非运算：逻辑表达式为：,2、或非运算：逻辑表达式为：,4、几种导出的逻辑运算,3、异或运算：逻辑表达式为：,4、 与或非运算：逻辑表达式为：,1.3.2 逻辑函数及其表
12、示方法,1、真值表,真值表：是由变量的所有可能取值组合及其对应的函数值所构成的表格。,真值表列写方法：每一个变量均有0、1两种取值，n个变量共有2n种不同的取值，将这2n种不同的取值按顺序（一般按二进制递增规律）排列起来，同时在相应位置上填入函数的值，便可得到逻辑函数的真值表。,例如：当A=B=1、或则B=C=1时，函数Y=1；否则Y=0。,2、逻辑表达式,逻辑表达式：是由逻辑变量和与、或、非3种运算符连接起来所构成的式子。,函数的标准与或表达式的列写方法：将函数的真值表中那些使函数值为1的最小项相加，便得到函数的标准与或表达式。,3、卡诺图,卡诺图：是由表示变量的所有可能取值组合的小方格所构
13、成的图形。,逻辑函数卡诺图的填写方法：在那些使函数值为1的变量取值组合所对应的小方格内填入1，其余的方格内填入0，便得到该函数的卡诺图。,4、逻辑图,逻辑图：是由表示逻辑运算的逻辑符号所构成的图形。,、波形图,波形图：是由输入变量的所有可能取值组合的高、低电平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。,1.3.3 逻辑代数的基本公式和基本定律,1、常量之间的关系,2、基本公式,分别令A=0及A=1代入这些公式，即可证明它们的正确性。,3、基本定律,利用真值表很容易证明这些公式的正确性。如证明AB=BA：,(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC,分配律A(B+C)=AB+AC,=A+A
14、B+AC+BC,等幂律AA=A,=A(1+B+C)+BC,分配律A(B+C)=AB+AC,=A+BC,0-1律A+1=1,证明分配律：A+BA=(A+B)(A+C),证明,4、常用公式,分配律A+BC=(A+B)(A+C),0-1律A1=1,分配律A(B+C)=AB+AC,0-1律A+1=1,例如，已知等式 ，用函数Y=AC代替等式中的A，根据代入规则，等式仍然成立，即有：,任何一个含有变量A的等式，如果将所有出现A的位置都用同一个逻辑函数代替，则等式仍然成立。这个规则称为代入规则。,5、代入规则：,对逻辑函数进行化简和变换，可以得到最简的逻辑函数式和所需要的形式，设计出最简洁的逻辑电路。这样可以节省元器件，优化生产工艺，降低成本，提高系统的可靠性，从而提高产品在市场中的竞争力。,1.3.4逻辑函数的公式法化简,一、化简逻辑函数的意义,二、逻辑函数的几种常见形式,一个逻辑函数的表达式可以有与或表达式、或与表达式、与非-与非表达式、 或非-或非表达式、与或非表达式5种表示形式。,一种形式的函数表达式相应于一种逻辑电路。尽管一个逻辑函数表达式的各种表示形式不同，但逻辑功能是相同的。,三、逻辑函数的最简表达式,最简与或表达式,1、最简与或表达式,
