数字电路.ppt课件

1、 数字电路数字电路 1 数字电路的根底知识数字电路的根底知识1.1.1 数字信号和模拟信号数字信号和模拟信号电电子子电电路路中中的的信信号号模拟信号模拟信号数字信号数字信号时间和数值都延续时间和数值都延续在时间或数值上是离散的在时间或数值上是离散的例：正弦波信号、锯齿波信号等。例：正弦波信号、锯齿波信号等。例：产品数量的统计、数字表盘例：产品数量的统计、数字表盘的读数、等。的读数、等。模拟信号模拟信号tV(t)tV(t)数字信号数字信号高电平高电平低电平低电平上升沿上升沿下降沿下降沿模拟电路主要研讨：输入、输出信号间的大小、模拟电路主要研讨：输入、输出信号间的大小、相位、失真等方面的关系。主要

2、采用电路分相位、失真等方面的关系。主要采用电路分析方法，动态性能用微变等效电路分析。析方法，动态性能用微变等效电路分析。在模拟电路中，晶体管普通任务在线性放大区饱和在模拟电路中，晶体管普通任务在线性放大区饱和区；在数字电路中，晶体管任务在开关形状，即任区；在数字电路中，晶体管任务在开关形状，即任务在饱和区可变电阻区和截止区夹断区。务在饱和区可变电阻区和截止区夹断区。 数字电路主要研讨：电路输出、输入间的逻辑关数字电路主要研讨：电路输出、输入间的逻辑关系。主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真系。主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式及波形图表示。值表、逻辑表达式及波形图表示。模拟电

3、路与数字电路比较模拟电路与数字电路比较1.电路的特点电路的特点2.研讨的内容研讨的内容模拟电路研讨的问题模拟电路研讨的问题根本电路元件根本电路元件:根本模拟电路根本模拟电路:晶体三极管晶体三极管场效应管场效应管集成运算放大器集成运算放大器 信号放大及运算信号放大及运算 (信号放大、功率放大信号放大、功率放大 信号处置采样坚持、电压比较、有源滤波信号处置采样坚持、电压比较、有源滤波 信号发生正弦波发生器、三角波发生器、信号发生正弦波发生器、三角波发生器、数字电路研讨的问题数字电路研讨的问题根本电路元件根本电路元件根本数字电路根本数字电路 门电路门电路 触发器触发器 组合逻辑电路组合逻辑电路 时序

4、电路存放器、计数器、脉冲发生器、时序电路存放器、计数器、脉冲发生器、 脉冲整形电路脉冲整形电路 A/D转换器、转换器、D/A转换器转换器(以晶体管为根底以晶体管为根底)1.1.2 数制数制:量的大小，每位的构成方式和量的大小，每位的构成方式和进位规那么进位规那么 常用进制：常用进制： N进制数的数制普通方式：进制数的数制普通方式： ki为第为第i位的系数；位的系数；N i为第为第i位的权；位的权； N为计数基数为计数基数iiNkDDecimal：十进制的：十进制的Binary：二进制的：二进制的Hexadecimal：十六进制的：十六进制的Octal：八进制的：八进制的一、十进制：一、十进制：

5、 以十为基数的记数体制。以十为基数的记数体制。表示数的十个数码：表示数的十个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9遵照逢十进一的规律。遵照逢十进一的规律。157.2=1102010711052101假设在数字电路中采用十进制，必需求有十个假设在数字电路中采用十进制，必需求有十个电路形状与十个记数码相对应。这样将在技术电路形状与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困难，而且很不经济。上带来许多困难，而且很不经济。二、二进制：二、二进制：以二为基数的记数体制以二为基数的记数体制 。表示数的两个数码：表示数的两个数码： 0、1遵照逢二进一的规律。遵照逢二进一的规律。1001.1B =101

6、232121202021= (9.5)D二进制的优点：用电路的两个形状二进制的优点：用电路的两个形状-开关开关/高低来表高低来表示二进制位，数码的存储和传输简单、可靠。示二进制位，数码的存储和传输简单、可靠。二进制的缺陷：位数较多，运用不便；不合人们二进制的缺陷：位数较多，运用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数。算结果输出时再转换成十进制数。三、十六进制和八进制三、十六进制和八进制十六进制记数码：十六进制记数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、

7、F(15)阐明：十六进制的一位对应二进制的四位。阐明：十六进制的一位对应二进制的四位。 八进制的一位对应二进制的三位。八进制的一位对应二进制的三位。八进制记数码：八进制记数码：0、1、2、3、4、5、6、7数制转换 其他 十：展开相加即可十 其他：整数部分采用基数除法， 小数部分采用基数乘法。 非十进制之间互换：先换成十进制， 再转换。特例：二 八 二 十六(10011100101.10100)B= (4E5.A0)H= (2345.50)O例：例：225 余余 1 K0122 余余 0 K162 余余 0 K232 余余 1 K312 余余 1 K40例：十进制数例：十进制数25转换成二进制

8、数的转换过程：转换成二进制数的转换过程：(25)D=(11001)B1.1.3 码制码制:区分，便于记忆处置编制时遵区分，便于记忆处置编制时遵照的规那么照的规那么数字系统的信息数字系统的信息数值数值符号符号代码代码编编码码为了分别表示为了分别表示N个事物，个事物，所需的二进制数的最小位数：所需的二进制数的最小位数：Nn21,12,1,1,1,2,1,?四位二进制数最多可以表示四位二进制数最多可以表示16个字符，因此，个字符，因此，从从16种表示中选十个来表示种表示中选十个来表示09十个字符，可以有多十个字符，可以有多种情况。种情况。8421码最常见。码最常见。编码多种多样，二编码多种多样，二-

9、十进制代码十进制代码BCD码较常用。码较常用。 BCD：Binary Coded Decimal，二进制编码的十进制数，二进制编码的十进制数 用用4位二进制数码表示位二进制数码表示1位十进制数。位十进制数。000000010010001101100111100010011010101111011110111101011100010001236789101113141551240123578964012356789403456782910123678549二进制数二进制数自然码自然码 8421码码 2421码码 5421码码 余三码余三码算术运算算术运算逻辑变量：表示逻辑命题，大写字母，逻辑变量

10、：表示逻辑命题，大写字母， “真真/假假 “0/1 根本逻辑关系：与根本逻辑关系：与 ( and )、或、或 (or ) 非非 ( not )。1.2 根本逻辑关系根本逻辑关系一、一、“与逻辑与逻辑与逻辑：决议事件发生的各条件中，一切条件与逻辑：决议事件发生的各条件中，一切条件都具备，事件才会发生成立。都具备，事件才会发生成立。规定规定:开关合为逻辑开关合为逻辑“1 开关断为逻辑开关断为逻辑“0 灯亮为逻辑灯亮为逻辑“1 灯灭为逻辑灯灭为逻辑“0 EFABC&ABCF逻辑符号：逻辑符号：AFBC00001000010011000010101001101111逻辑式：逻辑式：F=ABC逻

11、辑乘法逻辑乘法逻辑与逻辑与真值表真值表EFABC真值表特点真值表特点: 任任0 那么那么0, 全全1那那么么1与逻辑运算规那么：与逻辑运算规那么：0 0=0 0 1=01 0=0 1 1=1二、二、 “或逻辑或逻辑AEFBC或逻辑：决议事件发生的各条件中，有一个或一个或逻辑：决议事件发生的各条件中，有一个或一个以上的条件具备，事件就会发生成立。以上的条件具备，事件就会发生成立。规定规定: 开关合为逻辑开关合为逻辑“1 开关断为逻辑开关断为逻辑“0 灯亮为逻辑灯亮为逻辑“1 灯灭为逻辑灯灭为逻辑“0 AFBC00001001010111010011101101111111真值表真值表 1ABCF

12、逻辑符号：逻辑符号：逻辑式：逻辑式：F=A+B+C逻辑加法逻辑加法逻辑或逻辑或AEFBC真值表特点：真值表特点： 任任1 那么那么1, 全全0那么那么0。或逻辑运算规那么或逻辑运算规那么:0+0=0 0+1=11+0=1 1+1=1*三、三、 “非逻辑非逻辑“非逻辑：决议事件发生的条件只需一个，条件非逻辑：决议事件发生的条件只需一个，条件不具备时事件发生成立，条件具备不具备时事件发生成立，条件具备时事件不发生。时事件不发生。规定规定: 开关合为逻辑开关合为逻辑“1 开关断为逻辑开关断为逻辑“0 灯亮为逻辑灯亮为逻辑“1 灯灭为逻辑灯灭为逻辑“0 AEFR逻辑符号：逻辑符号：逻辑非逻辑非逻辑反逻

13、辑反AF0110真值表真值表AEFR真值表特点真值表特点: 1那么那么0, 0那么那么1。AF 逻辑式：逻辑式：运算规那么：运算规那么：10,01AF1四、几种常用的逻辑关系逻辑四、几种常用的逻辑关系逻辑“与、与、“或、或、“非是三种根本的逻辑关非是三种根本的逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为根底系，任何其它的逻辑关系都可以以它们为根底表示。表示。CBAF 与非：条与非：条件件A、B、C都具备，都具备，那么那么F 不发不发生。生。&ABCF其他几种常用的逻辑关系如下表：其他几种常用的逻辑关系如下表：CBAF 或非：条或非：条件件A、B、C任一具备，任一具备，那么那么F 不发不发

14、生。生。 1ABCFBABABAF 异或：条异或：条件件A、B有有一个具备，一个具备，另一个不另一个不具备那么具备那么F 发生。发生。=1ABCF同或：条同或：条件件A、B一一样，那么样，那么F 发生。发生。=1ABCFBABAABF 根本逻辑关系小结根本逻辑关系小结 逻辑逻辑 符号符号 表示式表示式与与&ABYABY1或或非非1YAY=ABY=A+B与非与非&ABY或非或非ABY1异或异或=1ABYY= ABAY ABY BAY1.3 逻辑代数及运算规那么逻辑代数及运算规那么数字电路要研讨的是电路的输入输出之间的数字电路要研讨的是电路的输入输出之间的逻辑关系，所以数字电路又称

15、逻辑电路，相应的逻辑关系，所以数字电路又称逻辑电路，相应的研讨工具是逻辑代数布尔代数。研讨工具是逻辑代数布尔代数。在二值逻辑中，逻辑函数的变量只能取两个在二值逻辑中，逻辑函数的变量只能取两个值二值变量，即值二值变量，即0和和1，中间值没有意义。，中间值没有意义。0和和1表示两个对立的逻辑形状。正表示两个对立的逻辑形状。正/反逻辑反逻辑例如：电位的低高例如：电位的低高0表示低电位，表示低电位，1表示表示高电位、开关的开合等。高电位、开关的开合等。1.3.1 逻辑代数的根本运算规那么逻辑代数的根本运算规那么加运算规那么加运算规那么:0+0=0 ，0+1=1 ，1+0=1，1+1=1乘运算规那么乘运

16、算规那么:00=0 01=0 10=0 11=1非运算规那么非运算规那么:1001 AA 0,1,00 AAAAAAAA1, 11,0 AAAAAAAA1.3.2 逻辑代数的运算规律逻辑代数的运算规律一、交换律一、交换律二、结合律二、结合律三、分配律三、分配律A+B=B+AA B=B AA+(B+C)=(A+B)+C=(A+C)+BA (B C)=(A B) CA(B+C)=A B+A CA+B C=(A+B)(A+C)普通代数普通代数不适用不适用!求证求证: 分配律第分配律第2条条 A+BC=(A+B)(A+C)证明证明:右边右边 =(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC ; 分配律分

17、配律=A +A(B+C)+BC ; 结合律结合律 , AA=A=A(1+B+C)+BC ; 结合律结合律=A 1+BC ; 1+B+C=1=A+BC ; A 1=1=左边左边四、吸收规那么四、吸收规那么1.原变量的吸收：原变量的吸收： A+AB=A证明：证明：A+AB=A(1+B)=A1=A利用运算规那么可以对逻辑式进展化简。利用运算规那么可以对逻辑式进展化简。例如：例如：CDAB)FE(DABCDAB 被吸收被吸收吸收是指消去多余冗余项、多余冗余因子吸收是指消去多余冗余项、多余冗余因子长中含短，长中含短，留下短。留下短。2.反变量的吸收：反变量的吸收：BABAA 证明：证明：BAABABAA

18、 BA)AA(BA 例如：例如：DEBCADEBCAA被吸收被吸收长中含反，长中含反，去掉反。去掉反。3.混合变量的吸收：混合变量的吸收：CAABBCCAAB 证明：证明：BC)AA(CAABBCCAAB CAABBCAABCCAAB 例如：例如：CAABBCCAABBCDBCCAABBCDCAAB 1吸收吸收正负相对，正负相对，余全完。余全完。五、摩根定理五、摩根定理BABABABA ABAB0001111010110110010111110000BA ABBA 可以用列真值表的方法证明：可以用列真值表的方法证明：还有更多变量反演定理：将函数式反演定理：将函数式 F 中一切的中一切的 + 变量