數(shù)字電路.ppt課件

1、 數(shù)字電路數(shù)字電路 1 數(shù)字電路的根底知識數(shù)字電路的根底知識1.1.1 數(shù)字信號和模擬信號數(shù)字信號和模擬信號電電子子電電路路中中的的信信號號模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號時(shí)間和數(shù)值都延續(xù)時(shí)間和數(shù)值都延續(xù)在時(shí)間或數(shù)值上是離散的在時(shí)間或數(shù)值上是離散的例：正弦波信號、鋸齒波信號等。例：正弦波信號、鋸齒波信號等。例：產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)、數(shù)字表盤例：產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)、數(shù)字表盤的讀數(shù)、等。的讀數(shù)、等。模擬信號模擬信號tV(t)tV(t)數(shù)字信號數(shù)字信號高電平高電平低電平低電平上升沿上升沿下降沿下降沿模擬電路主要研討：輸入、輸出信號間的大小、模擬電路主要研討：輸入、輸出信號間的大小、相位、失真等方面的關(guān)系。主要

2、采用電路分相位、失真等方面的關(guān)系。主要采用電路分析方法，動(dòng)態(tài)性能用微變等效電路分析。析方法，動(dòng)態(tài)性能用微變等效電路分析。在模擬電路中，晶體管普通任務(wù)在線性放大區(qū)飽和在模擬電路中，晶體管普通任務(wù)在線性放大區(qū)飽和區(qū)；在數(shù)字電路中，晶體管任務(wù)在開關(guān)形狀，即任區(qū)；在數(shù)字電路中，晶體管任務(wù)在開關(guān)形狀，即任務(wù)在飽和區(qū)可變電阻區(qū)和截止區(qū)夾斷區(qū)。務(wù)在飽和區(qū)可變電阻區(qū)和截止區(qū)夾斷區(qū)。 數(shù)字電路主要研討：電路輸出、輸入間的邏輯關(guān)數(shù)字電路主要研討：電路輸出、輸入間的邏輯關(guān)系。主要的工具是邏輯代數(shù)，電路的功能用真系。主要的工具是邏輯代數(shù)，電路的功能用真值表、邏輯表達(dá)式及波形圖表示。值表、邏輯表達(dá)式及波形圖表示。模擬電

3、路與數(shù)字電路比較模擬電路與數(shù)字電路比較1.電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn)2.研討的內(nèi)容研討的內(nèi)容模擬電路研討的問題模擬電路研討的問題根本電路元件根本電路元件:根本模擬電路根本模擬電路:晶體三極管晶體三極管場效應(yīng)管場效應(yīng)管集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 信號放大及運(yùn)算信號放大及運(yùn)算 (信號放大、功率放大信號放大、功率放大 信號處置采樣堅(jiān)持、電壓比較、有源濾波信號處置采樣堅(jiān)持、電壓比較、有源濾波 信號發(fā)生正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、信號發(fā)生正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、數(shù)字電路研討的問題數(shù)字電路研討的問題根本電路元件根本電路元件根本數(shù)字電路根本數(shù)字電路 門電路門電路 觸發(fā)器觸發(fā)器 組合邏輯電路組合邏輯電路 時(shí)序

4、電路存放器、計(jì)數(shù)器、脈沖發(fā)生器、時(shí)序電路存放器、計(jì)數(shù)器、脈沖發(fā)生器、 脈沖整形電路脈沖整形電路 A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(以晶體管為根底以晶體管為根底)1.1.2 數(shù)制數(shù)制:量的大小，每位的構(gòu)成方式和量的大小，每位的構(gòu)成方式和進(jìn)位規(guī)那么進(jìn)位規(guī)那么 常用進(jìn)制：常用進(jìn)制： N進(jìn)制數(shù)的數(shù)制普通方式：進(jìn)制數(shù)的數(shù)制普通方式： ki為第為第i位的系數(shù)；位的系數(shù)；N i為第為第i位的權(quán)；位的權(quán)； N為計(jì)數(shù)基數(shù)為計(jì)數(shù)基數(shù)iiNkDDecimal：十進(jìn)制的：十進(jìn)制的Binary：二進(jìn)制的：二進(jìn)制的Hexadecimal：十六進(jìn)制的：十六進(jìn)制的Octal：八進(jìn)制的：八進(jìn)制的一、十進(jìn)制：一、十進(jìn)制：

5、 以十為基數(shù)的記數(shù)體制。以十為基數(shù)的記數(shù)體制。表示數(shù)的十個(gè)數(shù)碼：表示數(shù)的十個(gè)數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9遵照逢十進(jìn)一的規(guī)律。遵照逢十進(jìn)一的規(guī)律。157.2=1102010711052101假設(shè)在數(shù)字電路中采用十進(jìn)制，必需求有十個(gè)假設(shè)在數(shù)字電路中采用十進(jìn)制，必需求有十個(gè)電路形狀與十個(gè)記數(shù)碼相對應(yīng)。這樣將在技術(shù)電路形狀與十個(gè)記數(shù)碼相對應(yīng)。這樣將在技術(shù)上帶來許多困難，而且很不經(jīng)濟(jì)。上帶來許多困難，而且很不經(jīng)濟(jì)。二、二進(jìn)制：二、二進(jìn)制：以二為基數(shù)的記數(shù)體制以二為基數(shù)的記數(shù)體制 。表示數(shù)的兩個(gè)數(shù)碼：表示數(shù)的兩個(gè)數(shù)碼： 0、1遵照逢二進(jìn)一的規(guī)律。遵照逢二進(jìn)一的規(guī)律。1001.1B =101

6、232121202021= (9.5)D二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)：用電路的兩個(gè)形狀二進(jìn)制的優(yōu)點(diǎn)：用電路的兩個(gè)形狀-開關(guān)開關(guān)/高低來表高低來表示二進(jìn)制位，數(shù)碼的存儲和傳輸簡單、可靠。示二進(jìn)制位，數(shù)碼的存儲和傳輸簡單、可靠。二進(jìn)制的缺陷：位數(shù)較多，運(yùn)用不便；不合人們二進(jìn)制的缺陷：位數(shù)較多，運(yùn)用不便；不合人們的習(xí)慣，輸入時(shí)將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，運(yùn)的習(xí)慣，輸入時(shí)將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，運(yùn)算結(jié)果輸出時(shí)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。算結(jié)果輸出時(shí)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。三、十六進(jìn)制和八進(jìn)制三、十六進(jìn)制和八進(jìn)制十六進(jìn)制記數(shù)碼：十六進(jìn)制記數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、

7、F(15)闡明：十六進(jìn)制的一位對應(yīng)二進(jìn)制的四位。闡明：十六進(jìn)制的一位對應(yīng)二進(jìn)制的四位。 八進(jìn)制的一位對應(yīng)二進(jìn)制的三位。八進(jìn)制的一位對應(yīng)二進(jìn)制的三位。八進(jìn)制記數(shù)碼：八進(jìn)制記數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7數(shù)制轉(zhuǎn)換 其他 十：展開相加即可十 其他：整數(shù)部分采用基數(shù)除法， 小數(shù)部分采用基數(shù)乘法。 非十進(jìn)制之間互換：先換成十進(jìn)制， 再轉(zhuǎn)換。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：十進(jìn)制數(shù)例：十進(jìn)制數(shù)25轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

8、數(shù)的轉(zhuǎn)換過程：轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換過程：(25)D=(11001)B1.1.3 碼制碼制:區(qū)分，便于記憶處置編制時(shí)遵區(qū)分，便于記憶處置編制時(shí)遵照的規(guī)那么照的規(guī)那么數(shù)字系統(tǒng)的信息數(shù)字系統(tǒng)的信息數(shù)值數(shù)值符號符號代碼代碼編編碼碼為了分別表示為了分別表示N個(gè)事物，個(gè)事物，所需的二進(jìn)制數(shù)的最小位數(shù)：所需的二進(jìn)制數(shù)的最小位數(shù)：Nn21,12,1,1,1,2,1,?四位二進(jìn)制數(shù)最多可以表示四位二進(jìn)制數(shù)最多可以表示16個(gè)字符，因此，個(gè)字符，因此，從從16種表示中選十個(gè)來表示種表示中選十個(gè)來表示09十個(gè)字符，可以有多十個(gè)字符，可以有多種情況。種情況。8421碼最常見。碼最常見。編碼多種多樣，二編碼多種多樣，二-

9、十進(jìn)制代碼十進(jìn)制代碼BCD碼較常用。碼較常用。 BCD：Binary Coded Decimal，二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù) 用用4位二進(jìn)制數(shù)碼表示位二進(jìn)制數(shù)碼表示1位十進(jìn)制數(shù)。位十進(jìn)制數(shù)。000000010010001101100111100010011010101111011110111101011100010001236789101113141551240123578964012356789403456782910123678549二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)自然碼自然碼 8421碼碼 2421碼碼 5421碼碼 余三碼余三碼算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算邏輯變量：表示邏輯命題，大寫字母，邏輯變量

10、：表示邏輯命題，大寫字母， “真真/假假 “0/1 根本邏輯關(guān)系：與根本邏輯關(guān)系：與 ( and )、或、或 (or ) 非非 ( not )。1.2 根本邏輯關(guān)系根本邏輯關(guān)系一、一、“與邏輯與邏輯與邏輯：決議事件發(fā)生的各條件中，一切條件與邏輯：決議事件發(fā)生的各條件中，一切條件都具備，事件才會發(fā)生成立。都具備，事件才會發(fā)生成立。規(guī)定規(guī)定:開關(guān)合為邏輯開關(guān)合為邏輯“1 開關(guān)斷為邏輯開關(guān)斷為邏輯“0 燈亮為邏輯燈亮為邏輯“1 燈滅為邏輯燈滅為邏輯“0 EFABC&ABCF邏輯符號：邏輯符號：AFBC00001000010011000010101001101111邏輯式：邏輯式：F=ABC邏

11、輯乘法邏輯乘法邏輯與邏輯與真值表真值表EFABC真值表特點(diǎn)真值表特點(diǎn): 任任0 那么那么0, 全全1那那么么1與邏輯運(yùn)算規(guī)那么：與邏輯運(yùn)算規(guī)那么：0 0=0 0 1=01 0=0 1 1=1二、二、 “或邏輯或邏輯AEFBC或邏輯：決議事件發(fā)生的各條件中，有一個(gè)或一個(gè)或邏輯：決議事件發(fā)生的各條件中，有一個(gè)或一個(gè)以上的條件具備，事件就會發(fā)生成立。以上的條件具備，事件就會發(fā)生成立。規(guī)定規(guī)定: 開關(guān)合為邏輯開關(guān)合為邏輯“1 開關(guān)斷為邏輯開關(guān)斷為邏輯“0 燈亮為邏輯燈亮為邏輯“1 燈滅為邏輯燈滅為邏輯“0 AFBC00001001010111010011101101111111真值表真值表 1ABCF

12、邏輯符號：邏輯符號：邏輯式：邏輯式：F=A+B+C邏輯加法邏輯加法邏輯或邏輯或AEFBC真值表特點(diǎn)：真值表特點(diǎn)： 任任1 那么那么1, 全全0那么那么0?；蜻壿嬤\(yùn)算規(guī)那么或邏輯運(yùn)算規(guī)那么:0+0=0 0+1=11+0=1 1+1=1*三、三、 “非邏輯非邏輯“非邏輯：決議事件發(fā)生的條件只需一個(gè)，條件非邏輯：決議事件發(fā)生的條件只需一個(gè)，條件不具備時(shí)事件發(fā)生成立，條件具備不具備時(shí)事件發(fā)生成立，條件具備時(shí)事件不發(fā)生。時(shí)事件不發(fā)生。規(guī)定規(guī)定: 開關(guān)合為邏輯開關(guān)合為邏輯“1 開關(guān)斷為邏輯開關(guān)斷為邏輯“0 燈亮為邏輯燈亮為邏輯“1 燈滅為邏輯燈滅為邏輯“0 AEFR邏輯符號：邏輯符號：邏輯非邏輯非邏輯反邏

13、輯反AF0110真值表真值表AEFR真值表特點(diǎn)真值表特點(diǎn): 1那么那么0, 0那么那么1。AF 邏輯式：邏輯式：運(yùn)算規(guī)那么：運(yùn)算規(guī)那么：10,01AF1四、幾種常用的邏輯關(guān)系邏輯四、幾種常用的邏輯關(guān)系邏輯“與、與、“或、或、“非是三種根本的邏輯關(guān)非是三種根本的邏輯關(guān)系，任何其它的邏輯關(guān)系都可以以它們?yōu)楦紫?，任何其它的邏輯關(guān)系都可以以它們?yōu)楦妆硎?。表示。CBAF 與非：條與非：條件件A、B、C都具備，都具備，那么那么F 不發(fā)不發(fā)生。生。&ABCF其他幾種常用的邏輯關(guān)系如下表：其他幾種常用的邏輯關(guān)系如下表：CBAF 或非：條或非：條件件A、B、C任一具備，任一具備，那么那么F 不發(fā)不發(fā)

14、生。生。 1ABCFBABABAF 異或：條異或：條件件A、B有有一個(gè)具備，一個(gè)具備，另一個(gè)不另一個(gè)不具備那么具備那么F 發(fā)生。發(fā)生。=1ABCF同或：條同或：條件件A、B一一樣，那么樣，那么F 發(fā)生。發(fā)生。=1ABCFBABAABF 根本邏輯關(guān)系小結(jié)根本邏輯關(guān)系小結(jié) 邏輯邏輯 符號符號 表示式表示式與與&ABYABY1或或非非1YAY=ABY=A+B與非與非&ABY或非或非ABY1異或異或=1ABYY= ABAY ABY BAY1.3 邏輯代數(shù)及運(yùn)算規(guī)那么邏輯代數(shù)及運(yùn)算規(guī)那么數(shù)字電路要研討的是電路的輸入輸出之間的數(shù)字電路要研討的是電路的輸入輸出之間的邏輯關(guān)系，所以數(shù)字電路又稱

15、邏輯電路，相應(yīng)的邏輯關(guān)系，所以數(shù)字電路又稱邏輯電路，相應(yīng)的研討工具是邏輯代數(shù)布爾代數(shù)。研討工具是邏輯代數(shù)布爾代數(shù)。在二值邏輯中，邏輯函數(shù)的變量只能取兩個(gè)在二值邏輯中，邏輯函數(shù)的變量只能取兩個(gè)值二值變量，即值二值變量，即0和和1，中間值沒有意義。，中間值沒有意義。0和和1表示兩個(gè)對立的邏輯形狀。正表示兩個(gè)對立的邏輯形狀。正/反邏輯反邏輯例如：電位的低高例如：電位的低高0表示低電位，表示低電位，1表示表示高電位、開關(guān)的開合等。高電位、開關(guān)的開合等。1.3.1 邏輯代數(shù)的根本運(yùn)算規(guī)那么邏輯代數(shù)的根本運(yùn)算規(guī)那么加運(yùn)算規(guī)那么加運(yùn)算規(guī)那么:0+0=0 ，0+1=1 ，1+0=1，1+1=1乘運(yùn)算規(guī)那么乘運(yùn)

16、算規(guī)那么:00=0 01=0 10=0 11=1非運(yùn)算規(guī)那么非運(yùn)算規(guī)那么:1001 AA 0,1,00 AAAAAAAA1, 11,0 AAAAAAAA1.3.2 邏輯代數(shù)的運(yùn)算規(guī)律邏輯代數(shù)的運(yùn)算規(guī)律一、交換律一、交換律二、結(jié)合律二、結(jié)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)普通代數(shù)普通代數(shù)不適用不適用!求證求證: 分配律第分配律第2條條 A+BC=(A+B)(A+C)證明證明:右邊右邊 =(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC ; 分配律分

17、配律=A +A(B+C)+BC ; 結(jié)合律結(jié)合律 , AA=A=A(1+B+C)+BC ; 結(jié)合律結(jié)合律=A 1+BC ; 1+B+C=1=A+BC ; A 1=1=左邊左邊四、吸收規(guī)那么四、吸收規(guī)那么1.原變量的吸收：原變量的吸收： A+AB=A證明：證明：A+AB=A(1+B)=A1=A利用運(yùn)算規(guī)那么可以對邏輯式進(jìn)展化簡。利用運(yùn)算規(guī)那么可以對邏輯式進(jìn)展化簡。例如：例如：CDAB)FE(DABCDAB 被吸收被吸收吸收是指消去多余冗余項(xiàng)、多余冗余因子吸收是指消去多余冗余項(xiàng)、多余冗余因子長中含短，長中含短，留下短。留下短。2.反變量的吸收：反變量的吸收：BABAA 證明：證明：BAABABAA

18、 BA)AA(BA 例如：例如：DEBCADEBCAA被吸收被吸收長中含反，長中含反，去掉反。去掉反。3.混合變量的吸收：混合變量的吸收：CAABBCCAAB 證明：證明：BC)AA(CAABBCCAAB CAABBCAABCCAAB 例如：例如：CAABBCCAABBCDBCCAABBCDCAAB 1吸收吸收正負(fù)相對，正負(fù)相對，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證明：可以用列真值表的方法證明：還有更多變量反演定理：將函數(shù)式反演定理：將函數(shù)式 F 中一切的中一切的 + 變量