《数字逻辑》绪论

数字逻辑与数字系统

2自我介绍我上课的风格对大家的期望课程介绍（为什么学）最终的成绩构成3个人简介youbaoshan@教学资源：/s/1dEkfN7F尤宝道酬勤希望成为你们的朋友!轻松任何时间都可提问，当然最好举手示意任何场合你不需起立音乐总与我们相伴多余的废话（师者，传道、授业、解惑也）务实往实际应用靠拢，讲什么，不讲什么就看是否有利于实际应用、是否有利于后续课程的学习今天的事今天完成作业和习题均课上完成期望：认真听讲、必要时你可以睡觉,但是...你可以不听课，但不能影响别人！加强自学、预习、复习

课上课下学习时间约为1：3

作业认真独立完成

作业不多，但很重要！不要做笔记

主要的内容，书上都有！

贵在平时，且勿突击

平时不学习，最后突击的多半不及格！！

考试不是目的，是手段

只考最基本的知识和技能！不划重点！！！

重要的不是你记住了多少东西，而是你解决问题的能力！不要死读书，理解万岁

大学最重要的是学习能力的提高，分析解决问题的能力比记忆更重要！课程简介

课程性质：

《数字逻辑与数字系统》是计算机、电气信息类专业重要的技术基础课。课程任务：理解数字电路基本概念、基本原理；掌握数字电路分析方法和设计方法。先修课程:电路原理、模拟电子技术基础后续课程:

组成原理，单片机原理及应用等硬件课程课程简介课程三大块：组合、时序、A/DD\A章节：熟悉掌握【1、3、4】了解【2、7、8】课程简介理论教学48实验教学161：用到的软件 quartus22:发实验板3：自行准备笔记本（安装好软件）4：实验时间总评成绩组成：平时（纪律、作业、考勤）—20%期末考试（统一出卷、统一批改）—60%实验—20%

“学无止境！”－－你所不会的是无限的，而所知的是有限的！天道酬勤！课程简介教材——《数字电路》第3版2.NelsonVP,TroyNagle.DigitalLogicCircuitAnalysis＆DesignPrentice-HallInternatinal,Inc.3.阎石数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社4.康华光电子技术基础（数字部分）（第六版）高等教育出版社1.JohnF.Wakerly.DigitalDesignPrinciples&PracticesPrentice-HallInternatinal,Inc.参考书课程简介1.1绪论模拟信号和数字信号数字电路的发展历史数字电路的优点模拟电路、数字电路和数模混合电路1.1.1模拟信号与数字信号模拟信号：是连续时间信号或离散时间信号，它的幅值在上限和下限之间连续。时间和幅值均连续时间离散、幅值连续数字信号：高电平低电平1.1.1模拟信号与数字信号是连续时间信号或离散时间信号，它的幅值在上限和下限之间取离散值，这些离散值被表示为数字量。1.1.2模拟电路、数字电路和数模混合电路模拟电路：用于传递和处理模拟信号的电路就称为模拟电路。放大电路就是最典型的模拟电路。

数字电路：用以传递和加工处理数字信号的电路就称为数字电路。

数字电路中晶体管多数工作在开关状态。研究对象是输入和输出的逻辑关系，因此主要的分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要是真值表、逻辑表达式及逻辑图等。1.1.2模拟电路、数字电路和数模混合电路

模拟电路中的晶体管一般工作在放大状态，因而电路的灵敏度比较高，但也容易受环境温度、元件容差的影响。

模拟电路注重指标，数字电路中注重功能。

数模混合电路：既可以处理数字信号也可以处理模拟信号的电路。

A/D转换器、D/A转换器、电压比较器、混合信号单片机。1.1.2模拟电路、数字电路和数模混合电路1.1.3数字电路的发展过程第一阶段由电子管构成的数字电路1906年世界上第一只真空三极管的问世，发明人是美国发明家德福雷特斯（I.DeForest，1873-1961）。1.1.3数字电路的发展过程世界上第一台电子管计算机ENIACENIAC使用了17468只电子管，1500个继电器，70000多只电阻，10000多只电容，占地167m2，重量达30吨，耗电160kW，存储容量为17KB，字长12位，是一个名副其实的庞然大物。其运算速度比当时最好的机电式计算机快1000倍，每秒可进行5000次加法运算，357次乘法运算或38次除法运算。第二阶段由晶体管的数字电路1.1.3数字电路的发展过程经过对半导体材料深入细致的研究，终于在1948年，制出了世界上第一只半导体（晶体）三极管，1949年建立了PN结理论，从此以后，电子技术的发展进入快速发展的时期。1.1.3数字电路的发展过程第三阶段数字集成电路1962年制出了第一片集成电路，它属于是小规模集成电路（SmallScaleIntegrationCitcuit，简称SSI），只含12个元件。到1966年，中规模集成电路（MSI）问世，1967年制成了大规模集成电路（LSI），到了70年代末，就已出现超大规模集成电路（VLSI），即一个芯片上的门数已超过1000个门。1.1.3数字电路的发展过程小规模、中规模、大规模、超大规模集成电路单门集成电路

SSI/MSILSI/VLSI最小特征尺寸：特征尺寸越小，芯片的集成度越高。在2006年，数字集成电路的最小特征尺寸为78nm，到了2012年，最小特征尺寸减小到约36nm。目前，世界上最先进的数字集成电路的特征尺寸已减小到14nm。1.1.3数字电路的发展过程1.1.3数字电路的发展过程参观杭州士兰集成电路制造有限公司1.1.3数字电路的发展过程集成电路的基础材料——晶圆（Wafer)1.1.3数字电路的发展过程

3种常用的数字集成电路：标准芯片、可编程芯片、专用集成电路（ASIC).

标准集成电路是指功能、物理配置固定，用户无法修改的集成电路。标准集成电路品种多、价格低，缺点是采用标准集成电路设计的数字系统体积大、功能固定。

可编程逻辑器件允许用户根据自己的要求实现相应的逻辑功能，并且可以多次编程。可编程逻辑器件结构上由门阵列、可编程触发器、可编程开关组成。常见的可编程逻辑器件有CPLD和FPGA。专用集成电路是针对整机或系统的需要，专门为之设计制造的集成电路。1.1.3数字电路的发展过程数字电路的两种设计方法：传统设计方法（手工设计）和现代设计方法（计算机辅助设计）传统设计方法：设计者+纸+笔。一般凭借设计者的经验就可以实现。虽然很少使用了，但仍然是本课程将介绍的主要内容，其目的是帮助大家直观理解数字电路工作原理。现代设计方法：

设计者+EDA工具+硬件描述语言+CPLD/FPGA。1.1.4数字电路的优点（1）稳定性好，精度高；

模拟电路容易受元件误差，环境温度等因素影响，精度难以超过千分之一。如果采用数字加法器，电压值用二进制数表示，只要增加二进制数的位数就可以提高精度。例如，16位的数字加法器可以达到1/216的精度。1.1.4数字电路的优点（2）易于设计和测试；

数字电路设计通常也称为逻辑设计，其主要数学工具为逻辑代数，不需要深奥的数学知识。对于简单的数字电路，采用手工设计方法就可以完成设计。对于复杂的数字电路，则可以通过借助电子设计自动化（EDA）软件和硬件描述语言（HDL）来完成设计。数字电路的设计效率要比模拟电路高得多。1.1.4数字电路的优点（4）更易小型化、集成化。

（3）可以实现十分复杂的数字信号处理算法；

微控制器和FPGA均属于大规模数字集成电路，通过C语言或HDL语言编程，这些器件可以实现数字滤波、压缩、频谱分析等复杂的算法。1.1.4数字电路的优点

《实用数字电子技术》作者（美）库克（N.P.Cook）认为：“二次世界大战以来，电子学对现代世界的发展所做的贡献超过了所有其它学科。电子学发展的一个重要趋势是从模拟技术向数字技术转化。数字技术将曾经毫不相干的领域融为一体，导致90%以上的电子产品采用了数字技术。数字电子技术还将继续整合整个工业体系，促进人类在各个不同领域的进步。”1.1.4数字电路的优点EDA技术的应用和必然软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域的广泛应用SoC(SOPC)高效低成本设计技术的成熟。系统、行为验证级硬件描述语言(如SystemC)的出现？OpenCL(全称OpenComputingLanguage，开放运算语言)SoC(SOPC)？传统电子产品SoC(SOPC)？现代电子产品传统计算机系统：价格、复杂性、可靠性、功耗等问题FlashDRAMCPUDSPUSBPCIUARTFPGAUSBPCIUARTCPUDSP解决