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1、课程性质：深入了解计算机“内核” 的一门最关键的基础课程。,教学目标：要求掌握对数字系统硬件进行分析、设计和开发的基本技能。,教学时数 ： 64学时 课堂教学：48 实验：16,考核：平时30% 期中10% 期末60%,教学内容 ：,课程任务,原理、分析,硬件编程语言（VHDL),典型单元设计,电子电路中的信号,模拟信号,数字信号,幅度随时间连续变化的信号,幅度随时间离散变化的二值信号,一、数字系统：,第一章 开关理论基础,1.1 数字系统,处理数字信号的实体。,模拟信号,数字信号,负逻辑：高电平为“0”，低电平为”1”。,数字电路的特点：,1) 二值信号，抗干扰能力强，保密性好； 2) 通用
2、性强，具有极强的信息处理和控制能力；,二、模拟电路与数字电路的区别,1、工作任务不同：,模拟电路：大小、相位、失真等； 数字电路：逻辑关系（因果关系）。,模拟电路：工作在线性放大区,是放大管； 数字电路：工作在饱和或截止状态，是开关管。,2、晶体管的工作状态不同：,数字系统与模拟信号联系时，必须经过模/数(A/D) 、数/模(D/A) 电路。,3、数字电路含有两种运算:,1) 数的算术运算； 2) 逻辑运算；,三、数字信号的表示,数字信号,电平信号,脉冲信号,以一个节拍内信号是高、低电平来表示“1”或“0”,以一个节拍内有无脉冲来表示“1”或“0”,10110,1.2 数制与码制,1、数制,D
3、ecimal,Binary,Octal,Hexadecimal,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415,0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111,0 1 2 3 4 5 6 7 10 1112 13 14 15 16 17,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F,多位数码中每一位的构成方法、从低位到高位的进位规则。,复习,二、常用编码,编码：用文字、符号或数码来表示某种信息的过程。,数字系统的信息,数值,文字符号,二进制
4、代码,编码,N项信息进行编码，要求二进制代码的位数n应满足：,每一位都有固定权值的BCD码。,1.1. 有权 BCD 码,1) 8421码 用00001001（自然二进制）代表09。权值从高往低分别为8,4,2,1。冗余1010-1111。,1. 二十进制编码（BCD码）,用四位二进制代码表示一位十进制数的计数符号的编码方法。,8421码,2421码,5421码,8421码是一种人机联系时广泛使用的中间形式,(28）10 =,（00101000）8421,（11100）2,直接按位转换,(28）10 =,8421码的特点：,1）10101111为冗余码,2) 运算时按逢10进1的原则,并且要进
5、行调整。,例: 8+9=17,1 0 0 0 +) 1 0 0 1 1 0 0 0 1,进位,+) 0 1 1 0,0 1 1 1,例: 7+6=13,0 1 1 1 +) 0 1 1 0 1 1 0 1,+) 0 1 1 0,1 0 0 1 1,调整原则: 有进位或出现冗余码（和9）时, +6调整。,2) 2421 码 权值由高到低分别为：2, 4, 2, 1。,不允许出现01011010的6种状态。,取对9的自补码,执行十进制数相加时，能正确地产生进位信号。,是一种无权码。,有六个冗余码。 （0000、0001、0010、1101、1110、1111）,对9的自补码。,将8421码的每个码
6、都加0011。,执行十进制数相加时，能正确地产生进位信号。,1.2. 无权 BCD 码（余3码）,2.1. 循环码（典型格雷码）,2、可靠性编码,为减少错误的产生，或者能检测出错误的发生，所设定的码制。,例：13的格雷码：,1 0 1 1,G：1 0 1 1,B：1 1 0 1,多种编码方案，相邻的两个代码只有1位取值不同。减少传输错误。,0 i n-2,2.2、奇偶校验码,用来检验在传送过程中是否产生错误的代码。码中1的个数强制为奇数（或偶数）。,组成（两部分）：,编码方式（两种）：,“a” ：1100001,奇校验：01100001,3)特点,(1) 编码简单、容易实现 ；,(2) 奇偶检
7、验码只有检错能力，没有纠错能力 ；,(3) 只能发现单错，不能发现双错 。,1.3 逻辑函数及其描述工具,六种表示方法,逻辑代数式,逻辑图:,卡诺图,真值表：,波形图,硬件描述语言,逻辑代数不表示数量的大小关系，而是逻辑因果关系。它的三种基本运算式：与、或、非。,逻辑代数表示逻辑思维，将逻辑归结为一种代数演算的数学工具。（George Boole、Shannon）。是数字系统的理论基础和重要数学工具！,一、基本逻辑运算及逻辑门,1. 与运算（逻辑乘）,开关（A，B，C）断开为0、闭合为1； 灯F灭为0；亮为1；,（1）函数式：,FA B C,输入与输出之间的关系写成与、或、非等运算的组合式 。
8、,A、B、C都具备时，事件F才发生。,将变量的所有取值组合与相应函数F 的值列成的表。,逻辑功能：输入有0, 输出为0,（2) 真值表：,真值表具有唯一性。,（3) 逻辑图：,用逻辑符号表示形成的逻辑电路图。,（4）波形图：,用电平的高低表示逻辑变量变化的图形。,A,B,C,（4）硬件描述语言（VHDL）：,F=A and B and C,FA B C,2. 或运算,FA+BC,逻辑功能：输入有1，输出为1,A、B、C只要有一个具备时，事件F就发生。,A,B,C,F=A or B or C,3. 非运算,E,F,E,A,F,F=not A （VHDL),A,F,A=0011时x1，则？,译码,
9、4. 复合逻辑运算 1) 与非、或非逻辑 与非：,运算规则：先与/后非,F=A nand B （VHDL),A,B,运算规则：先或/后非,或非：,2) 与或非运算,运算规则：先与/后或/再非,F=A nor B （VHDL),A=0011时x0，则？,飞机着陆功能检测系统,起落架传感器,展开低电平0 收回高电平1,3) 异或逻辑,F=A xor B （VHDL),两变量异或： A、B相异，输出为1。“按位加”,输入变量有奇数个1，则输出为1； 否则，输出为0。,“异或”电路的特殊功能,奇偶检测电路,多变量的“异或”,Binary to Gray,Gray to Binary,4) 同或（异或非
10、）：,A、B相同，输出为1。,偶数个变量：同或、异或互为非； 奇数个变量：同或、异或相等。,A=B (?) 比较器,异或门,(a)常用符号,(b)美、日常用符号,(c)国标符号,A,B,Y,A,B,Y,A,B,Y,&,与非门,A,B,Y,A,B,Y,A,B,Y,1,或非门,异或非门,A,B,Y,A,B,Y,A,B,Y,=1,A,B,Y,A,B,Y,A,B,Y,=,一. 三态门（TSL 门） TSL 门（Three State Logic ）：输出有0、1两种状态外，还有高阻状态（禁止态）。,E（Enable） 使能端。,1. 基本概念：,E0时，与非门禁止，输出呈现高阻状态。,日美常用符号,补1 两类特殊门电路,（1) 使能端高电平有效：,（2) 使能端低电平有效：,当 E1时，与非门禁止，输出呈现高阻状态。,2. 基本应用 是在数字系统中构成总线（Bus)。 （1) 单向总线,信号的分时传送（选择传送）,注意：,任何时刻，只允许一个三态门使能， 其余为高阻态。,（2) 双向总线,两个不同系统间信号的双向传送,工 作,工 作,阻 塞,阻 塞,二. 集电极开路与非门（OC 门 open-collector ）,F, OC门输出端与电源间应接一个电阻。 OC门并联使用时，具有“线与” 功能。,OC门使用时应注意两点：,
