数电第01章数字逻辑概论康华光课件.ppt

1、（1-1）绪论绪论一一.概述概述1.电子技术的发展历程电子技术的发展历程1906发明：电子管发明：电子管1948出现：晶体管出现：晶体管1958起：集成电路、起：集成电路、大规模集成、超大规模集成电路大规模集成、超大规模集成电路2.电子技术的特点电子技术的特点小型化、集成化、元件种类繁多、能处理模拟信小型化、集成化、元件种类繁多、能处理模拟信号和数字信号号和数字信号二二.课程安排课程安排第三学期第三学期:54学时学时数字电子技术数字电子技术第四学期第四学期:54学时学时模拟电子技术模拟电子技术 实验：实验：36学时学时12个实验，独立设课个实验，独立设课（1-2）三三.基本要求基本要求1.掌握

2、所学内容掌握所学内容2.做好习题做好习题:每次课后必有题，每星期交一次作业每次课后必有题，每星期交一次作业;每迟交一小节扣作业成绩每迟交一小节扣作业成绩13分分作业要求作业要求：(1)抄题目抄图，字迹工整，清晰，字不要太小；抄题目抄图，字迹工整，清晰，字不要太小；(2)图表要求用铅笔和尺子画线条；图表要求用铅笔和尺子画线条；(3)对于计算题：未知数对于计算题：未知数公式公式代入数值代入数值得数得数（1-3）四四.期评成绩期评成绩(1)期评成绩期评成绩=期末考试成绩期末考试成绩(60%)+平时成绩平时成绩(40%)(2)期末考试题目从题库抽卷，闭卷考试，期末考试题目从题库抽卷，闭卷考试，2个小时

3、，全个小时，全年级统考，教考分离。年级统考，教考分离。(3)平时成绩的平时成绩的40%中中:考勤考勤10%，测验，测验15%(三次三次)，作，作业业10%，仿真大作业，仿真大作业5%。平时成绩未达到及格要求的，不能参加期末考试。平时成绩未达到及格要求的，不能参加期末考试。(4)考勤情况：考勤情况：旷课一小节扣考勤成绩旷课一小节扣考勤成绩10分；迟到分；迟到15分钟以上算旷课。分钟以上算旷课。请假和迟到请假和迟到15分钟以下扣考勤成绩分钟以下扣考勤成绩5分。分。第一章第一章数字逻辑概论数字逻辑概论重点：重点：1.了解数字电路的基本概念、数制；了解数字电路的基本概念、数制；2.掌握基本逻辑门的逻辑

4、符号、真值表和掌握基本逻辑门的逻辑符号、真值表和逻辑表达式；逻辑表达式；3.掌握逻辑函数的各种表示方法及其相互掌握逻辑函数的各种表示方法及其相互转换方法。转换方法。（1-5）1.1 数字电路的基本概念数字电路的基本概念一、模拟信号与数字信号一、模拟信号与数字信号1、模拟信号、模拟信号随时间连续变化的信号随时间连续变化的信号tu正弦波信号正弦波信号方波信号方波信号tu2、数字信号、数字信号 时间和幅度都是离散的时间和幅度都是离散的（1-6）二、正逻辑与负逻辑二、正逻辑与负逻辑 数字电路能识别两种电压信号数字电路能识别两种电压信号高电平、低电平高电平、低电平 大多数情况下：大多数情况下：高电平高电

5、平:2V的电压信号的电压信号;低电平低电平:1V的电压信号。的电压信号。为方便分析数字电路，分别用数字为方便分析数字电路，分别用数字0或或1来代表高低来代表高低电平。这样电平。这样便有两种情况：便有两种情况：正逻辑体制：高电平正逻辑体制：高电平“1”，低电平，低电平“0”负逻辑体制：低电平负逻辑体制：低电平“1”，高电平，高电平“0”三、数字电路的常见信号三、数字电路的常见信号 脉冲信号脉冲信号负脉冲信号负脉冲信号03V0-3V3V00-3V正脉冲信号正脉冲信号（1-7）四、理想脉冲信号的主要参数四、理想脉冲信号的主要参数1、A信号幅度信号幅度%100W TtqutATtw2、T信号的重复周期

6、信号的重复周期3、tW脉冲宽度脉冲宽度4、q占空比。占空比。其定义为：其定义为：（1-8）五、实际脉冲信号的主要参数五、实际脉冲信号的主要参数脉冲幅度脉冲幅度 AA0.9A0.5A0.1AtwtrtfT脉冲上升沿脉冲上升沿 tr脉冲下降沿脉冲下降沿 tf脉冲宽度脉冲宽度 tw脉冲周期脉冲周期 T（1-9）1.2 数制数制一、数制一、数制1、十进制、十进制逢十进一，有逢十进一，有09十个数，基数为十个数，基数为“10”,如：如：(479)102、二进制、二进制逢二进一，有逢二进一，有0、1两个数，两个数，基数为基数为“2”,如：如：(1001111)23、八进制、八进制逢八进一，有逢八进一，有0

7、7八个数，基数为八个数，基数为“8”，如：如：(147)84、十六进制、十六进制逢十六进一，有逢十六进一，有09、A、B、C、D、E、F共共16个数，基数为个数，基数为“16”,如如:(A4F)16（1-10）二、十进制数、二进制数、八进制数、十六进二、十进制数、二进制数、八进制数、十六进制数的关系制数的关系十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六十六进制进制十进制十进制 二进制二进制八进制八进制十六十六进制进制000000081000108100011191001119200102210101012A300113311101113B401004412110014C50101551311011

8、5D601106614111016E701117715111117F（1-11）三、数制间的转换三、数制间的转换1、N 进制数转换为进制数转换为十十进制数进制数通式：通式：(an an-1 a0)N(anN nan-1N n-1a0N 0)10(1)二进制二进制十进制十进制(1101.01)2=123+122+021+120+021+12 2 =(13.25)10(2)八进制八进制十进制十进制(635.1)8=682+381+580+18 1 =(413.125)10(3)十六进制十六进制十进制十进制(9BF.8)16=9162+11161+15160+816 1 =(2495.5)10（1-

9、12）2、十十进制数转换成进制数转换成N 进制数进制数通式：通式：整数部分采用整数部分采用“除除N取余法取余法”，倒读。小数部，倒读。小数部分采用分采用“乘乘N取整法取整法”，顺读。，顺读。(1)十进制十进制二进制二进制：(13.25)10=(?)213261301222110列写顺序列写顺序0.25 2=0.5 取取00.5 2=1 取取1 列写顺序列写顺序(13.25)10=(1101.01)2（1-13）(2)十进制十进制八进制：八进制：(413.1875)10=(?)84138515636880列写顺序列写顺序0.1875 8=1.5 取取10.58=4 取取4列写顺序列写顺序(413

10、.1875)10=(635.14)8（1-14）(3)十进制十进制十六进制：十六进制：(2495.5)10=(?)1624951615515911916160列写顺序列写顺序0.5 16=8 取取8列写顺序列写顺序(2495.5)10=(9BF.8)16（1-15）3、二进制数与八进制数的转换、二进制数与八进制数的转换通式：用三位二进制数表示一位八进制数通式：用三位二进制数表示一位八进制数(1 110 010 101.0101)2=(001,110,010,101.010,100)2 =(1625.24)8(635.1)8=(110 011 101.001)24、二进制数与十六进制数的转换、二

11、进制数与十六进制数的转换通式：用四位二进制数表示一位十六进制数通式：用四位二进制数表示一位十六进制数(11 1111 1011.1100 1)2=(0011,1111,1011.1100,1000)2 =(3FB.C8)16(3FB.C8)16=(0011 1111 1011.1100 1000)2 5、八进制数与十六进制数之间的转换、八进制数与十六进制数之间的转换八进制八进制(十六进制十六进制)数数二进制数二进制数十六进制十六进制(八进制八进制)数数（1-16）四、二进制数的传输方式及其波形表示方法四、二进制数的传输方式及其波形表示方法1、二进制数的传输方式、二进制数的传输方式(1)串行方式

12、串行方式(P14图图1.2.2)n 位数据只需一根连接线进行传输。传输速度慢。位数据只需一根连接线进行传输。传输速度慢。工作时，数据信号在工作时，数据信号在n个时钟脉冲的控制下，依次由最个时钟脉冲的控制下，依次由最高位高位MSB最低位最低位LSB传输数据波形。传输数据波形。(2)并行方式并行方式(P15图图1.2.3)n 位数据需位数据需n根连接线进行传输。传输速度快，传根连接线进行传输。传输速度快，传输时间为串行方式的输时间为串行方式的1/n。工作时，。工作时，n 位数据信号在位数据信号在一个时钟脉冲的控制下同时传输。一个时钟脉冲的控制下同时传输。2、二进制数的波形表示方法、二进制数的波形表

13、示方法低电平表示数据低电平表示数据“0”高电平表示数据高电平表示数据“1”010（1-17）一组波形如何用二进制数表示出来？一组波形如何用二进制数表示出来？串行方式时：串行方式时：并行方式时：并行方式时：1 2 3 4 5 6 7 8CP例例10 0 1 1 0 1 1 0解：二进制数据为：解：二进制数据为：例例21 2 3 4 5 6 7 8CP求第求第4个脉冲个脉冲二进制数据。二进制数据。求图示二进求图示二进制数据。制数据。解：第解：第4个脉冲个脉冲二进制数据为：二进制数据为：011LSBMSBLSBMSB（1-18）1.3 二进制数的的算术运算二进制数的的算术运算一、一、无符号二进制数的

14、四则运算无符号二进制数的四则运算1、加法运算、加法运算加法运算规则如下：加法运算规则如下：000101011 1110逢逢2进进1 1 1 0 1+1 0 0 1011010011 1 1 1 0-1 0 0 10 1 0 12、减法运算、减法运算减法运算规则如下：减法运算规则如下：0-001-011-10 0-111进位进位借位借位例例:1101+1001=？例例:11101001=？（1-19）3、乘法运算、乘法运算 乘法运算规则也有乘法运算规则也有4条：条：000100 010111举例：计算举例：计算 1100 0101 1100 0101=1100+1100 00=111100 11

15、00000011000000+0111100 11111 11010=11111 0+11111 000+11111 0000=1100100110可见，乘法变成了加法。可见，乘法变成了加法。（1-20）4、除法运算、除法运算举例：计算举例：计算 1100 10 1100 10=110除法变加法的过程太复杂，因此省略。除法变加法的过程太复杂，因此省略。1100101101011000（1-21）二、二、带符号二进制数的减法运算带符号二进制数的减法运算变成加法运算变成加法运算1、二进制数符号的表示方法、二进制数符号的表示方法最高位的最高位的0表示正数，最高位的表示正数，最高位的1表示负数表示负数

16、 (+13)10=(0 1101)2 (-13)10=(1 1101)22、反码、反码 十进制数十进制数(46)反码反码=53 二进制数二进制数(1 1 0 1)反码反码=00103、补码、补码通式：通式：(n位数位数N)补码补码=(基数基数)n-N=(N)反码反码+1+1 十进制数十进制数(46)补码补码=(10)2-46=54 (46)补码补码=53+1+1=54 二进制数二进制数(1 1 0 1)补码补码=(2)4-1101=0011 (1 1 0 1)补码补码=0010+1=0011（1-22）4、带符号二进制数的补码、带符号二进制数的补码最高位为符号位，正数为最高位为符号位，正数为0

17、，负数为，负数为1。当二进制数为正数时，取：补码、反码与原码相同当二进制数为正数时，取：补码、反码与原码相同当二进制数为负数时，取：补码当二进制数为负数时，取：补码=(原码原码)反码反码+1+15、带符号二进制数的减法运算、带符号二进制数的减法运算 CPU无减法运算无减法运算,只有加法只有加法,如何通过加法求减法呢？如何通过加法求减法呢？(1)被减数被减数 减数时减数时计算公式：计算公式：A-BA(B)补码补码A+(B)反码反码+1如：如：11101001=？计算方法：计算方法：0 1110+1(1001)补码补码 =0 1110+1 0110+0 0 0 1 =1 0 0 1 0 1所以：所

18、以：1 1 1 0 1 0 0 1=+0 1 0 1溢出溢出（1-23）(2)被减数被减数 减数时减数时计算公式：计算公式：A-B A(B)补码补码补码补码如：如：1 0 0 1 1 1 1 0=？计算方法：计算方法：01 0 0 1+1(1 1 1 0)补码补码 =01 0 0 1+1 0 0 0 1+0 0 0 1 =1 1 0 1 1 1(1 0 1 1)补码补码 =1 0 1 0 0+0 0 0 1 =1 0 1 0 1所以：所以：1 0 0 1 1 1 1 0=0 1 0 1（1-24）1.4 二进制代码二进制代码一、二一、二十进制码十进制码(BCD码码)BCD码码用来表示十进制数用

19、来表示十进制数09的二进制代码。的二进制代码。常用常用BCD码有：码有：十进制数十进制数有权码有权码无权码无权码8421码码2421码码5421码码余余3 码码余余3 循环码循环码00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 1 10 0 1 010 0 0 10 0 0 10 0 0 10 1 0 00 1 1 020 0 1 00 0 1 00 0 1 00 1 0 10 1 1 130 0 1 10 0 1 10 0 1 10 1 1 00 1 0 140 1 0 00 1 0 00 1 0 00 1 1 10 1 0 050 1 0 11 0 1 11 0 0 01 0 0 01

20、 1 0 060 1 1 01 1 0 01 0 0 11 0 0 11 1 0 170 1 1 11 1 0 11 0 1 01 0 1 01 1 1 181 0 0 01 1 1 01 0 1 11 0 1 11 1 1 091 0 0 11 1 1 11 1 0 0 1 1 0 01 0 1 0（1-25）二、格雷码二、格雷码相邻两组二进制数之间只变化一位二进制数相邻两组二进制数之间只变化一位二进制数 十进制数十进制数8421码码格雷码格雷码十进制数十进制数8421码码格雷码格雷码00 0 0 00 0 0 081 0 0 01 1 0 010 0 0 10 0 0 191 0 0 11

21、 1 0 120 0 1 00 0 1 1101 0 1 01 1 1 130 0 1 10 0 1 0111 0 1 11 1 1 040 1 0 00 1 1 0121 1 0 01 0 1 050 1 0 10 1 1 1131 1 0 11 0 1 160 1 1 00 1 0 1141 1 1 01 0 0 170 1 1 10 1 0 0151 1 1 11 0 0 0余余3 循环码循环码=格雷码的格雷码的312（1-26）三、三、ASCII码码美国标准信息码美国标准信息码ASCII码是字母、数字、标点符号、特殊符号及控制符码是字母、数字、标点符号、特殊符号及控制符的统一代码。的统

22、一代码。每个字符用标准规定的每个字符用标准规定的7位二进制数表示。位二进制数表示。如字符如字符“A”的的ASCII码为：码为：(1000001)2或或 6510。字符字符“0”的的ASCII码为：码为：(0110000)2 或或 4810。7位二进制数位二进制数可表示：可表示：0000000-1111111（27）=128种不同的符号。种不同的符号。若以若以8位二进制，即一个字节为单位表示信息，则位二进制，即一个字节为单位表示信息，则ASCII码的最高位为码的最高位为0。如字符如字符“A”在机内为：在机内为：01000001，在机内则占一个字，在机内则占一个字节（最高位为节（最高位为0)。字符

23、字符“0”在机内为：在机内为：00110000（1-27）ASCII码给出了：码给出了：09共共10个数码个数码大小写英文字母各大小写英文字母各26个个32个通用符号个通用符号34个动作控制符个动作控制符学习要求：学习要求：会比较会比较ASCII字符的大小（按其字符的大小（按其ASCII码值）会推算码值）会推算同组字符同组字符ASCII码值码值 如如A的的ASCII值（十进制）为值（十进制）为65，则，则B、C的的ASCII值分别为值分别为66、67思考：思考：09共共10个数码、大小写英文字母中，哪一类个数码、大小写英文字母中，哪一类的的ASCII的码值最大，哪一类最小？的码值最大，哪一类最

24、小？空格空格09A Z az（1-28）1.5 基本逻辑运算基本逻辑运算一、与运算一、与运算 1、与运算实例、与运算实例设设:开关闭合开关闭合=1,开关不闭合开关不闭合=0 灯亮时灯亮时L=1,灯不亮时灯不亮时L=0则得表格：则得表格：2、真值表、真值表(状态表、功能表状态表、功能表)4、数学表达式、数学表达式L=ABABL0000101001113、与门图形符号、与门图形符号实现与逻辑运算功能实现与逻辑运算功能的电路称为的电路称为“与门与门”。有有0出出0，全，全1出出1VBLA A&L=ABBL（1-29）二、或运算二、或运算 1、或运算实例、或运算实例设设:开关闭合开关闭合=1,开关不闭

25、合开关不闭合=0 灯亮时灯亮时L=1,灯不亮时灯不亮时L=0则得表格：则得表格：2、真值表、真值表(状态表、功能表状态表、功能表)4、数学表达式、数学表达式L=A+BABL0000111011113、或门图形符号、或门图形符号实现或逻辑运算功能实现或逻辑运算功能的电路称为的电路称为“或门或门”。有有1出出1，全，全0出出0L=A+BA1BL LBVA（1-30）三、非运算三、非运算 1、非运算实例、非运算实例设设:开关闭合开关闭合=1,开关不闭合开关不闭合=0 灯亮时灯亮时L=1,灯不亮时灯不亮时L=0则得表格：则得表格：2、真值表、真值表(状态表、功能表状态表、功能表)4、数学表达式、数学表

26、达式AL01103、非门图形符号、非门图形符号实现非逻辑运算功能实现非逻辑运算功能的电路称为的电路称为“非门非门”。有有0出出1，有，有1出出0AL L=A1ALALRV（1-31）2.图形符号图形符号3.真值表真值表四四.与非门与非门1.电路电路4.逻辑代数式逻辑代数式ABFF 有有0出出1，全，全1出出0ABFF0 0 0 10 1 0 11 0 0 11 1 1 0BAFF1BAF（1-32）2.图形符号图形符号3.真值表真值表五五.或非门或非门1.电路电路4.逻辑代数式逻辑代数式BAFF 有有1出出0，全，全0出出1ABFF0 0 0 10 1 1 01 0 1 01 1 1 0BAF

27、F11BAF1（1-33）六六.异或门异或门1.图形符号图形符号1BAF2.真值表真值表3.逻辑代数式：逻辑代数式：BABAF 相同出相同出0，不同出，不同出1ABF000011101110BA （1-34）七七.同或门同或门1.图形符号图形符号BA BAABF =A B相同出相同出1，不同出，不同出0ABF0010101001112.真值表真值表3.逻辑代数式逻辑代数式BAFBAF1（1-35）ABCDF1八八.与或非门与或非门1.图形符号图形符号2.逻辑代数式逻辑代数式CDABF （1-36）1.6 逻辑函数及其表示方法逻辑函数及其表示方法一、逻辑函数的定义一、逻辑函数的定义 输出逻辑变量

28、与输入逻辑变量之间的关系。输出逻辑变量与输入逻辑变量之间的关系。若输入逻辑变量用若输入逻辑变量用A、B、C表示表示,输出逻辑变输出逻辑变量用量用L表示表示,就称就称L是是A、B、C的逻辑函数，写作：的逻辑函数，写作：L=f(A，B，C)二、逻辑函数的特点二、逻辑函数的特点 逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特点：的特点：(1)逻辑变量和逻辑函数只能取两个值逻辑变量和逻辑函数只能取两个值0和和1。(2)函数和变量之间的关系是由函数和变量之间的关系是由“与与”、“或或”、“非非”三种基本运算决定的。三种基本运算决定的。（1-37）最小项最小项

29、1、逻辑函数式逻辑函数式 把逻辑函数的输入、输出关系写成数学表达式，把逻辑函数的输入、输出关系写成数学表达式，称为称为逻辑代数式逻辑代数式或或逻辑函数式逻辑函数式。逻辑函数的常用形式为：逻辑函数的常用形式为：“与或与或”式。式。比如：某三变量的逻辑函数比如：某三变量的逻辑函数L(A,B,C)ABCCBACBACBACBACBAL ),(若变量本身用若变量本身用“1”、变量的非用、变量的非用“0”表示的话，则：表示的话，则：L(A,B,C)m4 m2 m1 m0 m7 m(0,1,2,4,7)三、三、逻辑函数的表示方法逻辑函数的表示方法（1-38）2、状态表、状态表(真值表真值表)把输入把输入输

30、出之间的逻辑关系用表格形式表示出来。输出之间的逻辑关系用表格形式表示出来。如：如：L=AB+C注意：注意：n个变量有个变量有2n种输入状态种输入状态ABCL00000011010001111000101111011111（1-39）3.逻辑图逻辑图把输入把输入输出之间输出之间的逻辑关系用线路图的逻辑关系用线路图表示出来。表示出来。如：如：F=AB+CDABCDF1&4、波形图波形图把输入把输入输出之间的逻输出之间的逻辑关系用波形图表示出来。辑关系用波形图表示出来。如：如：F=A B 若已知若已知A、B 波形，则波形，则 F 的波形为：的波形为：ABF（1-40）四、逻辑函数几种形式之间的转换四

31、、逻辑函数几种形式之间的转换1.逻辑函数式逻辑函数式 逻辑图逻辑图 状态表状态表 波形图波形图如已知逻辑式：如已知逻辑式：F=A BABF000011101110逻辑图逻辑图状态表状态表BAF=1波形图波形图ABF（1-41）2.逻辑图逻辑图逻辑函数式逻辑函数式 状态表状态表 波形图波形图&AB&C1YABCY00000011010001111000101111001110CBAY 如已知逻辑图：如已知逻辑图：逻辑式逻辑式状态表状态表波形图波形图ACBY（1-42）3.状态表状态表逻辑函数式逻辑函数式(或波形图或波形图)逻辑图逻辑图ABCCABCBAL L=最小项之最小项之“或或”。最小项最小

32、项L=1对应的项。对应的项。最小项中各变量关系为最小项中各变量关系为:“与与”。其中其中 输入变量为输入变量为1时取变量本身，时取变量本身，为为0时取变量的非。时取变量的非。ABCL00000010010001101000101111011111&ABCA&1L如已知状态表：如已知状态表：先列逻辑式先列逻辑式再画逻辑图再画逻辑图波形图波形图做法与前述一致做法与前述一致=AB+AC（1-43）4.波形图波形图状态表状态表逻辑函数式逻辑函数式逻辑图逻辑图ABCY000001010011100101110111CBACBACBAY 如已知波形图：如已知波形图：再列逻辑式再列逻辑式先列状态表先列状态表

33、最后画逻辑图最后画逻辑图CBA 01010100ACBY&AB&C1Y（1-44）本章小结本章小结1数字信号在时间上和数值上均是离散的。数字信号在时间上和数值上均是离散的。2数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑1和逻和逻辑辑0，它和二进制数中的，它和二进制数中的0和和1正好对应。因此，数字正好对应。因此，数字系统中常用二进制数来表示数据。系统中常用二进制数来表示数据。3常用常用BCD码有码有8421码、码、242l码、码、542l码、余码、余3码等，码等，其中其中842l码使用最广泛。码使用最广泛。4逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。5描述逻辑关系的函数称为逻辑函数。逻辑函数中的描述逻辑关系的函数称为逻辑函数。逻辑函数中的变量和函数值都只能取变量和函数值都只能取0或或1两个值。两个值。6常用的逻辑函数表示方法有真值表、函数表达式常用的逻辑函数表示方法有真值表、函数表达式、逻辑图等，它们之间可以任意地相互转换。逻辑图等，它们之间可以任意地相互转换。（1-45）第一章第一章数字逻辑概论数字逻辑概论结结 束束