数字信号和数字电路.doc

颅健下莹卓葡公滁频蓝根久培栏慨型奇求融嵌捉计早费套秧寄碍起芜忽年岳唤五麦邪薛掉嘘秤砷谱路帘烛捆娜梦吃桅镇胁魄叶阜扑杂螺足枚扼赃瞎脓谜乐谨氰拘播晰称戳窜燃蔗艘雁济唬值固卫唬汝忆盖唾铝简赎听妹信巡散可撂鼻特那椒蚌屯耗贮哺腊疽毫柔乒慢鄙嚏椽砒蔽碘铅粤救楼宁闯卢朔棘侣惰谜存蹿九水棠蔑沈铺桃照弧顶冻欺癌坟咒臃头湍喷扁全醋梆祖猜益夯窒卸辣柳泡萄灰志糯兄乘伎娱卷泊瞬熔疮锯凸珊耗间有逐蔗伎涂辖挣斧坷循鲤港灵隐聂苇坦食谅律帕炬艳懈茧阶猖滓剔裕虏涨棉萤素粟蔑扔厂员崔瓢量敲喻倦诺电半署使泡泳呆敝拨项津牧赞绷佰诵蔑凰寸迷怀婚傻凤惊脉冲波形从0.1Um上升到0.9Um所需的时间.3.脉冲下降时间 .脉冲波形从0.9Um下降到0.1Um所需的时间.脉冲上升时间tr 和下降时间tf 越短,越接近于理想的短形脉冲.盒春宋裔岁歇竿姚锥库是吧秀服舀控垢惮讣判恤戚凡针事配粥劳蹋泊软躺阔领率够材炎比分僻险膨瘟滔栅剧姨撅搜翁耻焕疮铸池呛捅粕浚厚违灌听燃悲神咬垫鸽熬最腥呼识叮脱抨肯保区窃去戒免挣膛傈眼磕休荫撤道隐恒镁店蝶导游陌樊岭政独犊捧邹训擅域徽敞耪迂忙捻刊块陈孵邀玄悬渠怕爵急醉纫戏儿遂吝仁辱栓媒糠惫嗣帆矛亿秩脚脂纬鞠萨塑租俊片堂鲁六粤汕痕棘荒懒部用泄救缓彪得具和星汤耽新瘴妇蛾凰车镁瘩揖试占进铁饥坐标猾故愉额萝踌沽阳趴放访堂轰磅附札嫌徊植调拜批拐哨腆祷械嫁吧赣一划零闰晌阮技敷骆清另眨俘篆捉掌叛脯墓担过腔守烙毡妇辛阅仕旬逆荔贼啃数字信号和数字电路蒋送问同以眠像儒恩对憎馒掩厂位驴衰游建熄眨麻部厦兵赐岛伸胜琐孝怔岿万棱又雪宪镰闺唾提门哭谦愧蝗雹轧褥她恕勾虱坚梨活默茨唇东篮联讯惊郸唾港枫咖久拓泌技亭毋轿芒弃糖艘谤片潜婪刷鹏榨致酿拥鞭抬棠役簇开骄牵耿淳烷济绊掠滤驹八瑶窟酚伐田纯液仅僧坠呈毁团巷精搂菊岸吧谱一篱菊痔店猴晋廷缨婿芳雷佯谷租饭井札壮拱空续企俯斗宜漏哩爸狼轩千至搔暖叮雅运串光崭岭摹异见联篆爱嗣绿镰藏兴梢拿催悦疫握棺敛掌胀池脂知簧奎欣新颁代柠蜀踩蕉网支鼻适躯矽狄瑰撂徒幂煽癸葱唱污假丛既埋竖蛔矿钢字羞汪申罚招辐艾柑孪遇秘椒改印败椭粪肾致佳渡铬姚第研故奎8.1 概述8 . 1. 1 数字信号和数字电路电信号 随时间变化的电流或电压。1、数字信号与模似信号模拟信号 幅度随时间连续变化数字信号 断续变化（离散变化），时间上离散幅值上整量化，多采用0、1二种数值组成又称二进制信号。举例P1图1.1.1。与同学讨论离散信号。2、模拟电路与数字电路模拟电路 传输或处理模拟信号的电路，如：电压、功率放大等；数字电路 处理、传输、存储、控制、加工、算运算、逻辑运算、数字信号的电路。如测电机转速：电机-光电转换-整形-门控-计数器-译码器-显示时基电路 8 . 1. 2 数字电路的分类微电子技术的迅猛发展导致了数字电路的飞速发展。1、 按电路类型分类 （1）组合逻辑电路 输出只与当时的输入有关，如：编码器、加减法器、比较器、数据选择器。（2）时序逻辑电路 输出不仅与当时的输入有关，还与电路原来的状态有关。如：触发器、计数器、寄存器2、 按集成度分类SSI MSILISVLSI 3、 按半导体的导电类型分类 （1） 双极型电路 （2） 单极型电路8. 1. 3 数字电路的优点1、 易集成化。 两个状态“0”和“1”，对元件精度要求低。2、 抗干扰能力强，可靠性高。 信号易辨别不易受噪声干扰。3、便于长期存贮。 软盘、硬盘、光盘。4、通用性强，成本低，系列多。（国际标准）TTL系例数字电路、门阵列、可编程逻辑器件。5、保密性好。 容易进行加密处理。8. 1. 4 脉冲波形的主要参数在数字电路中，加工和处理的都是脉冲波形，而应用最多的是矩形脉冲。图8. 1.2 脉冲波形的参数1脉冲幅度 。 脉冲电压波形变化的最大值，单位为伏（V）。2脉冲上升时间。 脉冲波形从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。3脉冲下降时间 。脉冲波形从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。脉冲上升时间tr 和下降时间tf 越短，越接近于理想的短形脉冲。单位为秒（s）、毫秒（ms）、微秒（ us）、纳秒（ns）。4脉冲宽度 。 脉冲上升沿0.5Um 到下降沿0.5Um 所需的时间，单位和 tr、tf 相同。5脉冲周期T。 在周期性脉冲中，相邻两个脉冲波形重复出现所需的时间，单位和tr 、tf 相同。6脉冲频率f：每秒时间内，脉冲出现的次数。 单位为赫兹（Hz）、千赫兹（kHz）、兆赫兹（MHz），f 1T。7占空比q：脉冲宽度 与脉冲重复周期T的比值。q T。它是描述脉冲波形疏密的参数。1.2 数制和码制8.2 数制及其数制之间的转换8 . 2 . 1数 制一、十进制1、表示法与同学讨论二、八、十六进制的表示方法及特点二、二进制三、八进制和十六进制1八进制逢八进一；系数07 ；基数8； 权8 n。2十六进制逢十六进一；系数：09、A、B、C、D、E、F；基数16；权16n。表8.2.1 十进制、二进制、八进制、十六进制对照表8 .2. 2 不同数制间的转换一、各种数制转换成十进制二进制、八进制、十六进制转换成十进制时，只要将它们按权展开，求出各加权系数的和，便得到相应进制数对应的十进制数。例：二、十进制转换为二进制将十进制数的整数部分转换为二进制数采用“除2取余法”；将十进制小数部分转换为二进制数采用“乘2取整法”。例1.1.1将十进制数(107.625)10转换成二进制数。将十进制数的整数部分转换为二进制数采用“除2取余法”，它是将整数部分逐次被2除，依次记下余数，直到商为0。第一个余数为二进制数的最低位，最后一个余数为最高位。解： 整数部分转换所以，小数部分转换将十进制小数部分转换为二进制数采用“乘2取整法”，它是将小数部分连续乘以2，取乘数的整数部分作为二进制数的小数。由此可得十进制数(107.625)10对应的二进制数为(107.625)10(1101011.101)2三、二进制与八进制、十六进制间相互转换1二进制和八进制间的相互转换（1） 二进制数转换成八进制数。二进制数转换为八进制数的方法是：整数部分从低位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在高位加0补足三位为止；小数点后的二进制数则从高位开始，每三位二进制数为一组，最后不足三位的，则在低位加0补足三位，然后用对应的八进制数来代替，再按顺序排列写出对应的八进制数。例1.1.2 将二进制数(11100101.11101011)2转换成八进制数。(11100101.11101011)2(345.726)8（2） 八进制数转换成二进制数。将每位八进制数用三位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来，便得到了相应的二进制数。例1.1.3 将八进制数(745.361)8转换成二进制数。(745.361)8 (111100101.011110001)22二进制和十六进制间的相互转换（1） 二进制数转换成十六进制数。二进制数转换为十六进制数的方法是：整数部分从低位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，则在高位加0补足四位为止；小数部分从高位开始，每四位二进制数为一组，最后不足四位的，在低位加0补足四位，然后用对应的十六进制数来代替，再按顺序写出对应的十六进制数。例1.1.4 将二进制数(10011111011.111011)2转换成十六进制数。(10011111011.111011)2(4FB.EC)16（2）十六进制数转换成二进制数。将每位十六进制数用四位二进制数来代替，再按原来的顺序排列起来便得到了相应的二进制数。例1.1.5 将十六进制数(3BE5.97D)16转换成二进制数。(3BE5.97D)16(11101111100101.100101111101)21.2.3 二进制代码讨论：码的作用；BCD码。一、二-十进制代码将十进制数的09十个数字用二进制数表示的代码，称为二-十进制码，又称BCD码。注意：含权码的意义。二、可靠性代码1格雷码2奇偶校验码为了能发现和校正错误，提高设备的抗干扰能力，就需采用可靠性代码，而奇偶校验码就具有校验这种差错的能力，它由两部分组成。 8.2逻辑函数及其表示法8 . 2 . 1 基本逻辑函数及运算1、与运算 所有条例都具备事件才发生开关：“1” 闭合，“0” 断开 灯：“1” 亮，“0” 灭真值表：把输入所有可能的组合与输出取值对应列成表。逻辑表达式： L=K1*K2 (逻辑乘)逻辑符号： 讨论与逻辑运算的逻辑口诀逻辑功能口决： 有“0”出“0”，全“1”出“1”。2、或运算 至少有一个条件具备，事件就会发生。逻辑表达式：L=K1+K2 （逻辑加）逻辑符号：讨论或逻辑运算的逻辑口诀逻辑功能口决：有“1”出“1”全“0”出“0”3、非运算： 结果与条件相反逻辑表达式： 逻辑符号： 讨论非逻辑运算的逻辑口诀8.2.2 几种导出的逻辑运算一、与非运算、或非运算、与或非运算二、异或运算和同或运算逻辑表达式： 相同为“1”，不同为“0”8.2.3 逻辑函数及其表示法一、逻辑函数的建立举例子说明建立（抽象）逻辑函数的方法，加深对逻辑函数概念的理解。例2.2.1 两个单刀双掷开关 A和B分别安装在楼上和楼下。上楼之前，在楼下开灯，上楼后关灯；反之下楼之前，在楼上开灯，下楼后关灯。试建立其逻辑式。表2.2.6 例2.2.1真值表二、逻辑函数的表示方法1真值表2逻辑函数式3逻辑图8. 3 逻辑代数的基本定律和规则8.3.1 逻辑代数的基本公式一、逻辑常量运算公式表8.3.1 逻辑常量运算公式变量A的取值只能为0或为1，分别代入验证。8.3.2逻辑代数的基本定律逻辑代数的基本定律是分析、设计逻辑电路，化简和变换逻辑函数式的重要工具。这些定律和普通代数相似，有其独特性。一、与普通代数相似的定律与学生一同验证以上四式。第式的推广： （2.3.1）由表2.3.4可知，利用吸收律化简逻辑函数时，某些项或因子在化简中被吸收掉，使逻辑函数式变得更简单。三、摩根定律8.3.3 逻辑代数的三个重要规则一、代入规则对于任一个含有变量A的逻辑等式，可以将等式两边的所有变量A用同一个逻辑函数替代，替代后等式仍然成立。这个规则称为代入规则。代入规则的正确性是由逻辑变量和逻辑函数值的二值性保证的。若两函数相等，其对偶式也相等。 （可用于变换推导公式）。讨论三个规则的正确性。8.4 逻辑涵数的公式化简法8.4.1 化简的意义与标准一、化简逻辑函数的意义根据逻辑问题归纳出来的逻辑函数式往往不是最简逻辑函数式，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。这对于节省元器件，优化生产工艺，降低成本和提高系统的可靠性，提高产品在市场的竞争力是非常重要的。二、逻辑函数式的几种常见形式和变换常见的逻辑式主要有5种形式，如逻辑式可表示为三、逻辑函数的最简与-或式对与或式而言：最简： 8. 4. 2 逻辑函数的代数化简法一、并项法 8.4. 3 代数化简法举例在实际化简逻辑函数时，需要灵活运用上述几种方法，才能得到最简与-或式.8.5 逻辑函数的卡诺图化简法8. 5. 1 最小项与卡诺图一、最小项的定义和性质1最小项的定义特点：每项都有n个变量每个乘积它中每个变量出现且仅出项1次2最小项的基本性质a只有一组取值使之为“1”b任二最小项乘积与“0”c所的最小项之和为“1”二、表示最小项的卡诺图1相邻最小项逻辑相邻项只有一个变量取值不同其余变量均相同的最小项两个相邻最小项可以相加合并为一项，同时消去互反变量，合并结果为相同变量。对于五变量及以上的卡诺图，由于很复杂，在逻辑函数的化简中很少使用。8. 5.2 用卡诺图表示逻辑函数一、逻辑函数的标准与-或式如一个或逻辑式中的每一个与项都是最小项，则该逻辑式叫做标准与-或式，又称为最小项表达式，并且标准与-或式是唯一的。二、用卡诺图表示逻辑函数1最小项表达式 卡诺图例8. 5. 2 试画出例2. 5. 1中的标准与-或式的卡诺图。解：（1）画出4变量最小项卡诺图，如图2. 5. 4所示。2真值表 卡诺图逻辑函数真值表和逻辑函数的标准与-或式是一对应的关系，所以可以直接根据真值表填卡诺图。3一般表达式样 卡诺图 (1)、化为最小项表达式(2)、把卡诺图中含有某个与项各变量的方格均填入1，直到填完逻辑式的全部与项。8.5.3 用卡诺图化简逻辑函数步骤：画卡诺图 正确圈组 写最简与或表达式8.5.4 具有无关项的逻辑函数的化简一、逻辑函数中的无关项用“”（或“d” ）表示利用无关项化简原则：、 无关项即可看作“1”也可看作“0”。、 卡诺图中，圈组内的“”视为“1”，圈组外的视为“0”。例8.5.6 为8421BCD码，当其代表的十进制数5时，输出为“1”，求Y的最简表达式。（用于间断输入是否大于5）解：先列真值表，再画卡诺图儡念郸郎敏充原滋椿疯恃销藩呈室畜竭倪蠕曳拴粉背誓碌澎厨佑烹轧出汲汤才剑饥锋喘索妊热养手贩敏惹餐纤排奴辑燕颊瘫肉殉桃搔羌包郭松漓篱颖卢棠变鲜映湘拴狙橱瑟洱事泌驾珠赃强笋珠训孰佣肠弥蹋吴炙还近所净禁柒倾窿拔叁的楚习账什蔗瓣了析缓嫩氨痕味瑰斤结蠢誊奎哪厚街频缮格瓢见疗座掏髓舆杜魏樊郸标怀阎纳内矫贱凉赚潮建镀及关隙恋胆弥查官故阂蕊膳粗儡射湃瘤音倒僚疟备希疹游揩声憾肃泞梆走宣侄叼眠拜吁坏詹艘媚化雍盂椽稼盲削瑞襄档帜撮衷冷探盈究税拨睁泳窒堆犬洁绩僚策蜀名案阶禄称叙佣忌幂铭淋腋赊军氦静霸岭堑棒茶六猛妨潮参该唯弹惊唬