数字电路技术全套课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,骆丽,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,骆丽,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,骆丽,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,3-,*,骆丽,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,4-,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子系 骆丽,5-,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,骆丽,6-,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,骆丽,7-,*,数字电路技术,数字电路技术,典型应用,分析和设计工具,基本概念,基本内容,前言,前言,基本概念,IC,器件,:,数字,IC,模拟,IC,基本半导体器件：,二极管,三极管,场效应管,导体,半导体,PN,结,基本电路,模型,基本应用电路,放大,/,滤波,/,电源,/,信号源,基本逻辑电路,静态,动态,电路分析,逻辑代数,实验和测试,分析和设计方法,前言,数字信号,:,1),离散,逻辑值,2),关心结果,t,V,t,V,连续时间信号,离散时间信号,基本概念,模拟信号,:,1),连续,模拟量,2),关心过程,数字逻辑,:,1),一门科学与工程技术,2),描述和学习逻辑关系,3),采用数学方法,逻辑值,:,0,、,1(,二进制数字,),逻辑运算,:,AND,、,OR,、,NOT,描述方法,:,逻辑表达式、真值表、时序图、状态图、逻辑图,前言,数字逻辑系统,:,1),处理基本逻辑信号（,逻辑变量,）,2),处理逻辑变量之间的,逻辑关系,基本概念,数字逻辑模型,:,描述实际的逻辑系统,1),表示逻辑信号之间的逻辑关系,2),反映数字逻辑系统的行为特性,前言,特点,:,反映逻辑特性,各种表达式,各种模型,基本概念,数字电路,:,数字逻辑系统的电路实验,工作在开关状态,处理数字信号,基于逻辑结构,实现逻辑运算,+,5V,A,B,R,3,R,2,R,1,R,4,Y,D,T,1,T,3,T,4,T,2,前言,数字电路模型,:,逻辑电路的功能和结构,基本概念,逻辑变量,:,1),表示逻辑事件,2),逻辑值,:0,、,1,前言,逻辑信号,:,1),逻辑变量在数字电路中的表示,2),逻辑值：逻辑电平,用高、低电平代表逻辑值,在高、低电平之间快速切换,用门限值来判定数字信号,高电平,低电平,基本概念,上升时间,下降时间,10%,90%,50%,脉冲宽度,上升沿,下降沿,数字系统,:,用数字方式实现的系统,基于数字电路；,数字逻辑是分析和设计工具；,只能处理数字信号；,强调功能的完整性。,前言,例如,:,计算机系统（微处理器、存储器、控制器、时钟、总线接口）,交通控制系统（时钟、显示控制）,数字时钟系统（时钟、计数器、显示控制）,数字逻辑系统 数字电路系统,基本概念,前言,数字信号、数字逻辑和数字电路,:,数字信号是处理对象,数字逻辑是数字电路的数学描述,数字电路是数字逻辑的物理实现,数字电路,数字逻辑,数字信号,物理实现,数学描述,处理对象,基本概念,基本逻辑门,组合逻辑,时序逻辑,存储电路,脉冲电路,基本逻辑,数字逻辑系统,逻辑函数处理方法,基本原理,基本门,三态门,OC,门,编码器,/,译码器,加法器,数据选择器,比较器,ROM,、,EPROM,、,RAM,触发器,计数器,寄存器,多谐振荡器,(,稳态,不稳态,Smith),逻辑代数理论,分,析,前言,逻辑功能电路,基本逻辑电路块,基本内容,本课程包含两种技术,:,前言,2.,数字电路技术,1.,数字逻辑技术,分析,:,分析现有数字逻辑系统的功能和性能,设计,:,根据设计要求，建立数字系统模型,分析,:,分析现有数字电路系统的功能和性能，包括电路系统的原理,设计,:,根据模型，用数字电路系统实现设计目标,基本内容,基本概念,:,前言,数制和编码,逻辑代数和逻辑函数,数字,IC,器件和电气特性,组合逻辑和时序逻辑,数字电路系统集成,A/D,转换,and D/A,转换,电子设计自动化（,EDA,）,数字信号与数字信号处理,基本内容,基本电路,:,前言,基本逻辑运算电路,组合逻辑电路,时序逻辑电路,A/D,、,D/A,转换电路,FPGA,应用电路,存储电路,数字信号处理电路,基本内容,前言,数字电路技术,分离元件电路,集成电路,集成系统,真空管,晶体管,S,S,I,M,S,I,L,S,I,V,L,S,I,100,10,3,10,4,10,5,前言,传统设计方法,现代设计方法,系统设计软件技术,从下至上设计,硬件逻辑设计,建立硬件后再调试,设计周期长,很难设计,从下至上,/,从上至下设计,硬件,/,软件设计,建立硬件之前仿真,设计周期短,容易设计,数字电路技术,前言,典型应用,移动通信系统,声波,模拟信号,数字信号,重建的声波,模拟信号,数字信号,M/E,A/D,D/A,E/M,DSP,前言,控制系统,典型应用,前言,测试系统,典型应用,前言,会议电视,数字移动电话,家庭信息中心,虚拟教育,数码相机,汽车,虚拟传感器,数据存储和处理,DSP,典型应用,前言,南,北,东,西,28,秒,4,秒,28,秒,4,秒,十字路口,交通管理系统,交通,控制器,时钟,东,西,南,北,典型应用,药片计数及装瓶控制系统,前言,比较器,计数器,1,编码,转换,1,显示,1,编码,寄存器,键盘,编码,转换,2,计数器,2,显示,2,阀,传感器,典型应用,传送带控制,双向总线收发器,前言,通道选择器,内部电路,1,总线,缓冲器,1,缓冲器,2,缓冲器,3,选择,1,选择,2,选择,3,内部电路,2,内部电路,3,典型应用,前言,键盘扫描电路,时钟,1,列选择控制,+5V,行选择,控制,时钟,2,键盘,编码,电路,计数器,1,典型应用,计数器,2,前言,密码报警电路,同步,密码控制电路,键盘,传感器电路,灯,报警,密码设置使能,报警使能,典型应用,前言,铁路公路交叉路口控制器,防护栏,传感器,防护栏,传感器,东,西,典型应用,前言,汽车尾灯控制器,左,1,2,3,1,2,3,右,3,）,刹车,:,所有尾灯同时点亮。如果在转向时刹车，转向侧的灯顺序点亮，另一侧灯同时点亮。,1,）,右转,:,右转灯按,1,2,3,顺序周期性点亮，左转灯灭,.,2,）,右转,:,左转灯按,1,2,3,顺序周期性点亮，右转灯灭,.,典型应用,前言,FIFO,存储器,写允许,读允许,清除,数据,空,满,数据,时钟,16,4,FIFO,输出,输入,数据,N,数据,N-1,数据,1,典型应用,前言,字符发生器,输出,行选择输出,灯点阵,行选择,典型应用,前言,分析和设计工具,现代数字电路的分析和设计工具,在计算机上运行的分析和设计软件,称为仿真软件或工具,仿真分析,利用计算机来研究数字电路，找出电路和系统的行为特性，修改设计。,前言,使用一般,IC,仿真工具,使用可编程,IC,仿真工具,使用,ASIC,仿真工具,WorkBench,OrCAD,Maxplus II,Fundation,Candence,Mentor,分析和设计工具,前言,使用一般,IC,仿真工具,设计输入,参数设置,仿真设置,逻辑图,虚拟仪器,实际仪器,硬件布局,电路板制作,电路板调试,结构设计,电路板制作,电路调试,分析和设计工具,前言,使用可编程,IC,仿真工具,电路板制作,设计输入,仿真调试,电路下载和调试,结构设计,分析和设计工具,前言,使用,ASIC,仿真工具,设计输入,仿真调试,芯片生产,芯片调试,结构设计,分析和设计工具,前言,小结,阅读：,P1P12,作业,:,P13P15,练习题,0-2,0-3,习 题,0-1,0-2,0-4,0-7,0-8,0-12,基本逻辑门,组合逻辑,时序逻辑,存储电路,脉冲电路,基本逻辑,数字逻辑系统,逻辑函数处理方法,基本原理,基本门,三态门,OC,门,编码器,/,译码器,加法器,数据选择器,比较器,ROM,、,EPROM,、,RAM,触发器,计数器,寄存器,多谐振荡器,(,稳态,不稳态,Smith),逻辑代数理论,分,析,逻辑功能电路,基本逻辑电路块,1-1.,数制,1-2.,编码,第,1,章 数制和编码,阅读：,P16P47,作业,:,P48P49,练习题,1-1(1),1-2(1),1-5(1),1-6(4),1-9(2)(3)(5),1-10,1-12(3),1-13(2),第,1,章 数制和编码,1-1,、数制,基本内容,1-1-1.,常用的计数方法,进位计数法,1-1-2.,二进制算术运算,1-1-3.,不同数制之间的转换技术,1,、基，权，进位,基,数制中所包含基本数字的个数。,权,组成数的各数字所处的位置，位权值等于基数的,“,位权,”,次幂。,-,表示数的数量级,整数的权是基的正指数，从,n,0,=1,开始，从右向左逐渐增大,小数的权是基的负指数，从,n,-1,=1,开始，从左向右逐渐减小,进位,在同一位权上计数值达到基数时，就进入高一级的位权。,基数为,10,的数,十进制数,1-1-1,、进位计数法,十进制数,逢十进一,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,2,、数的表示,位置计数法,N,R,=(,K,n,-1,K,n,-2,K,1,K,0,.,K,-,1,K,-,2,K,m,),R,多项式展开法,N,R,=,K,n,-1,R,n,-1,+,+,K,0,R,0,+,K,-,1,R,-,1,+,+,K,-,m,R,-,m,位置,基,权,1-1-1,、进位计数法,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,3,、数字逻辑中常用数制,N,2,=,K,n,-1,2,n,-1,+,K,0,2,0,+,K,-1,2,-,1,+,K,-,m,2,-,m,二进制,基,:,2,数码,:,0 1,N,16,=,K,n,-1,16,n,-1,+,K,0,16,0,+,K,-1,16,-,1,+,K,-,m,16,-,m,十六进制,基,:,16,数码,:,0,9,A,F,1-1-1,、进位计数法,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,4,、常用数制对照表,十,二,八,十六,十,二,八,十六,0,0000,0,0,8,1000,10,8,1,0001,1,1,9,1001,11,9,2,00,10,2,2,10,1010,12,A,3,0011,3,3,11,1011,13,B,4,0100,4,4,12,1100,14,C,5,0101,5,5,13,1101,15,D,6,0110,6,6,14,1110,16,E,7,0111,7,7,15,1111,17,F,1-1-1,、进位计数法,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,1-1-2,、二进制算术运算,1,、二进制加法,0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10,和,XOR,进位,AND,被加数,加数,进位,和,0,0,0,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,1,0,加法是数字逻辑中实现数值运算最基本的运算，其他运算可以由它完成,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,举例：,(1010),2,+(1100),2,1 0 1 0,+1 1 0 0,1 0 1 1 0,2,、二进制减法,0-0=0,举例：,(1100),2,-(1001),2,数字逻辑系统中，减法运算可通过数的补码表示变成加法运算。,1-0=1,1-1=0,10-1=1 (,有借位,),1 1 0 0,-,1 0 0 1,0 0 1 1,1-1-2,、二进制算术运算,1 1 0 0,+,0 1 1 1,0 0 1 1,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,3,、二进制乘法,0,0=0,举例：,(1100),2,(1101),2,1),数字逻辑系统中，乘法运算可以看作是多个被加数移位相加。,0,1=0,1,0=0,1,1=1,1 1 0 0,1 1 0 1,1 1 0 0,0 0 0 0,1 1 0 0,1 1 0 0,1 0 0 1 1 1 0 0,2),相加的个数为乘数中,1,的个数。,1-1-2,、二进制算术运算,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,4,、二进制除法,0,1=0,举例：,(110111),2,(1001),2,1,1=1,1 0 1 1 1 1 0 1 1 1,1 0 1 1,1 0 1 1,0,1,0,1,1 0,1,1,1-1-2,、二进制算术运算,数字逻辑系统中，除法运算可以看作是多次被除数与除数移位相减。,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,1-1-3,、,不同数制之间的转换技术,1.,分组法,2.,系列置换法,3.,基数除法,4.,基数乘法,数,整数部分,小数部分,在数制转换中，整数部分和小数部分要分别转换。,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,Example:,(101011.10111),2,(?),16,2 B .B 8,(101011.10111),2,(2B.B8),16,0 0,1 0 1 0 1 1 .1 0 1 1 1,0 0 0,二,十六,二,十六,0000,0,1000,8,0001,1,1001,9,0010,2,1010,A,0011,3,1011,B,0100,4,1100,C,0101,5,1101,D,0110,6,1110,E,0111,7,1111,F,1,、分组法,分组、转换,1-1-3,、,不同数制之间的转换技术,0011 0010 .0001 0011,举例,:,(32.13),16,(?),2,3 2 .1 3,(32.13),16,(110010.00010011),2,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,2,、系列置换法,(353.54),8,=3,8,2,+58,1,+38,0,+58,-1,+48,-2,=(2+1),2,6,+(2,2,+1)2,3,+(2+1)2,0,+(2,2,+1)2,-3,+2,2,2,-6,=,2,7,+2,6,+2,5,+2,3,+2,1,+2,0,+2,-1,+2,-3,+2,-4,(353.54),8,(11101011.1011),2,举例,:,(101.1),2,=(?),10,(101.1),2,=(2,2,+2,0,+2,-1,),2,=(4+1+0.5),10,=(5.5),10,(100),10,=(64+32+4),10,=(1,2,6,+1,2,5,+1,2,2,),2,=(1100100),2,举例,:,(,100),10,=(?),2,较适合于将其他进制数转换为,十,进制数,1-1-3,、,不同数制之间的转换技术,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,A,进制,B,进制,3,、基数除法,仅适用于整数之间的转换,举例,:,(,25),10,=(?),2,25,2 2 2 2 2,12,1,6,0,3,0,1,1,0,1,(25),10,(11001),2,较适合于将,十,进制数转换为其他进制数,1-1-3,、,不同数制之间的转换技术,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,4,、基数乘法,仅适用于小数之间的转换,举例,:,(0.688),10,=(?),16,要求精确到小数点后,3,位,0.688 ,16 16 16 16,11,0.384,0,6.144,6,2.304,2,(0.688),10,(0.B06),16,11.024,1-1-3,、,不同数制之间的转换技术,较适合于将,十,进制小数转换为其他进制小数,1-1,、数制,第,1,章 数制和编码,基本内容,1-2-1,、数值数据的编码,1-2-2,、字符的编码,1-2-3,、其他编码,二进制编码,编码位数固定,多种编码规则,1-2,、,编 码,第,1,章 数制和编码,1,、有符号数的编码,1-2-1,、数值数据的编码,-100110110,符号位,数值位,1 MSB,+0,-,1,N-1 N-2 0,原码,反码,补码,1-2,、,编 码,第,1,章 数制和编码,1,、有符号数的编码,(1),原码,正数：真值本身,负数：真值本身,零,:,+000-,0,000,-,000-,1,000,01011,-,1011,11011,+,1011,1-2-1,、数值数据的编码,1-2,、,编 码,第,1,章 数制和编码,简单直观、容易变换,运算,+,判断符号位,零的表示不唯一,硬件增多、运算时间增加,11001,+)00110,11111,1001,-)0110,1,0011,1,、有符号数的编码,(2),反码,0,1011,-,1011,1,0100,+,1011,1-2,、,编 码,10110,+)00110,11100,10110,+)01110,1,00100,+),1,00101,1-2-1,、数值数据的编码,第,1,章 数制和编码,正数：真值本身,负数：真值按位取反,零,:,+000-,0,000,-,000-,1,111,符号位参与运算,运算,+,溢出位,零的表示不唯一,1,、有符号数的编码,(3),补码,0,1011,-,1011,1,0101,+,1011,10111,+)00110,11101,10111,+)01110,1,00101,丢弃,00101,1-2,、,编 码,1-2-1,、数值数据的编码,第,1,章 数制和编码,正数：真值本身,负数：按位取反并加,1,零,:,000-,0,000,符号位参与运算,运算，丢弃溢出位,零的表示不唯一,1-2-1,、数值数据的编码,1 0 0 1 1 .0 1 1,(1),定点表示法,符号位,7 6 5 4 3 2 1 0,S,E,E,S,M,M,N,2,=2,E,M,(2),浮点表示法,指数,尾数,高 低,2,、有小数点的数的编码,1-2,、,编 码,第,1,章 数制和编码,1.BCD,二,十进制编码,1-2-2,、字符的编码,数字,BCD,数字,BCD,0,0000,5,0101,1,0001,6,0110,2,0010,7,0111,3,0011,8,1000,4,0100,9,1001,3 1.6,0011 0001.0110,用,4,位二进制编码表示,0,9,十个数字。,如果一个数有多位，则每一位上的数字都用固定的二进制编码来表示。,8421,码,是一种类型的,BCD,码,.,1-2,、,编 码,第,1,章 数制和编码,1-2-2,、字符的编码,2.ASCII,ASCII,是一种被广泛接受的字符编码,ASCII,是一种,8,位编码，最高位为,0,，其他,7,位表示,128,个字符、数字和符号：,00H,7FH.,另外还有,128,个扩展,ASCII,字符，,80H,FFH.,A 8,1000001 0111000,1-2,、,编 码,第,1,章 数制和编码,(1),格雷码,格雷码是一种,无权,码，不是算术编码,相邻两个格雷码只有,一位,发生变化,格雷码可以提高抗干扰能力,十进制,二进制,格雷码,十进制,二进制,格雷码,0,0000,0000,8,1000,1100,1,0001,0001,9,1001,1101,2,0010,0011,10,1010,1111,3,0011,0010,11,1011,1110,4,0100,0110,12,1100,1010,5,0101,0111,13,1101,1011,6,0110,0101,14,1110,1001,7,0111,0100,15,1111,1000,1-2-3,、其他编码,1-2,、,编 码,第,1,章 数制和编码,(1),格雷码,1-2-3,、其他编码,1-2,、,编 码,二进制,B=B,n,B,n-1,B,1,B,0,格雷码,G=G,n,G,n-1,G,1,G,0,1.,二进制数,格雷码,G,n,=B,n,G,i,=B,i+1,B,i,2.,格雷码,二进制数,B,n,=G,n,B,i,=B,i+1,G,i,B=,G=,0,1,1,1,0,1,0,1,G=,B=,0,1,0,1,0,1,1,1,第,1,章 数制和编码,(2),奇偶校验码,校验位,xx,码,1-2-3,、其他编码,奇校验码：,当信息位编码中有奇数个,1,时校验位为,0,，有偶数个,1,时校验位为,1,。也就是,使所形成的编码总是有奇数个,1,。,偶校验码：,当信息位编码中有偶数个,1,时校验位为,0,，有奇数个,1,时校验位为,1,。也就是,使所形成的编码总是有偶数个,1,。,1000001,奇,1,偶,0,1000001,1000001,1-2,、,编 码,第,1,章 数制和编码,1.,数制,二进制,八进制,十进制,十六进制,不同数制之间的转换,二进制算术运算,2.,编码,有符号数的编码,分数的编码,字符的编码,其他,小结,第,1,章 数制和编码,2-1,逻辑关系与数学描述方法,2-2,逻辑代数的物理与数学概念,2-3,基本运算与基本定理,2-4,不完全确定的逻辑函数,第,2,章 逻辑代数基本原理,阅读：,P50P94,作业,:,P95P99,练习题,2-1(1),2-4(2),2-5(1),2-7(2),2-8(1),2-10(2),2-11,习 题,2-1(3),2-3(2),2-4,2-5,2-7,2-1-1,、基本,逻辑关系,及其数学描述,2-1-2,、逻辑表达式及逻辑函数,2,2-1,、,逻辑关系与数学描述方法,基本内容,AND OR NOT XOR,A,B,F,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,A,B,F,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,A,F,0,1,1,0,A,B,F,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,0,2-1,A,B,or,AB,A,+,B,F=A,A,B,AB+AB,NAND,A,B,or,AB,NOR,A,+,B,XOR,A,B,XNOR,A,B,or,A,B,2-1-1,、基本,逻辑关系,及其数学描述,A+B+C,F=f(A,B,C)=AB+BC,逻辑表达式,逻辑函数,基本逻辑函数,F=f(A,B,C)=ABC+ABC+ABC,2-1,2-1-2,、逻辑表达式及逻辑函数,举例,:,2,个逻辑变量能构成几个逻辑函数？,AB,AB,AB,AB,i,3,i,2,i,1,i,0,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,2-2-2,、物理事件的逻辑描述,2-2-3,、逻辑函数的物理实现,2,2-2,、,逻辑代数的物理与数学概念,基本内容,逻辑表达式,真值表,时序图,逻辑图,状态图,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,举例,:,C,A,C,A,AB,C,B,A,f,+,+,=,),(,A=1,B=C=0,f(1,0,0)=1,0+,1,0+10,=1,解,:,逻辑表达式的标准形式,(1),积之和形式,SOP,(2),和之积形式,POS,(3),标准,SOP,形式,(4),标准,POS,形式,2-2,逻辑表达式,SOP,标准,SOP,POS,标准,POS,真值表,时序图,逻辑图,状态图,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,由乘积项,(,与项,),的逻辑和运算,(,逻辑或,),连接而成；,每个乘积项由多个原变量或原变量的反变量相,“,与,”,组成。,积之和,表达式就是,与或,表达式。,2-2,举例,:,C,A,C,A,AB,C,B,A,f,+,+,=,),(,逻辑表达式,SOP,标准,SOP,POS,标准,POS,真值表,时序图,逻辑图,状态图,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,N,变量逻辑函数写成,SOP,在每个乘积项,(,与项,),中，,N,个变量,分别,以原变量或反变量,的形式,出现且只现一次,最小项表达式,中的每个乘积项,(,与项,),称为,最小项,2-2,举例,:,BC,A,BC,A,ABC,C,B,A,f,+,+,=,),(,每个逻辑函数只有唯一的标准,SOP,逻辑表达式,SOP,标准,SOP,POS,标准,POS,真值表,时序图,逻辑图,状态图,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,由逻辑和项,(,或项,),的逻辑乘运算,(,逻辑与,),连接而成,每个逻辑和项由多个原变量或原变量的反变量相,“,或,”,组成,和之积表达式就是或与表达式,2-2,举例,:,(A+B)(A+C),C,B,A,f,=,),(,逻辑表达式,SOP,标准,SOP,POS,标准,POS,真值表,时序图,逻辑图,状态图,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,2-2,举例,:,f(A,B,C)=(A+B+C)(A+B+C),N,变量逻辑函数写成,POS,在每个和项,(,或项,),中，,N,个变量,分别,以原变量或反变量,的形式,出现且只现一次,最大项表达式,中的每个和项,(,或项,),称为,最大项,每个逻辑函数只有唯一的标准,POS,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,举例,:,C,A,C,A,AB,C,B,A,f,+,+,=,),(,解,:,A,B,C,F,A,B,C,F,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,1,1,0,1,0,0,1,0,0,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,逻辑表达式,SOP,标准,SOP,POS,标准,POS,真值表,时序图,逻辑图,状态图,2-2,每个逻辑函数只有唯一的真值表,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,逻辑表达式,SOP,标准,SOP,POS,标准,POS,真值表,时序图,逻辑图,状态图,举例,:,C,A,C,A,AB,C,B,A,f,+,+,=,),(,A,B,C,F,2-2,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,逻辑表达式,SOP,标准,SOP,POS,标准,POS,真值表,时序图,逻辑图,状态图,&,1,AND,OR,NOT,1,2-2,举例,:,C,A,C,A,AB,C,B,A,f,+,+,=,),(,&,&,&,1,A,B,A,C,C,AB,AC,AC,f,1,1,2-2-1,、逻辑函数的描述方法,逻辑表达式,SOP,标准,SOP,POS,标准,POS,真值表,时序图,逻辑图,状态图,(,状态机,),举例,:,0,1,X=1/Z=0,X=0/Z=1,X=1/Z=0,X=0/Z=1,状态,状态转移,输入,/,输出,2-2,2-2-2,、物理事件的逻辑描述,举例,:,设收费站有,A,、,B,和,C,三辆汽车在依次等待收费，试用逻辑函数描述三辆汽车交费的条件。,F,1,=P,F,2,=PF,1,F,3,=PF,1,F,2,解,:,(1),A,车,交费条件：,收费站有人收费,B,车,交费条件：,收费站有人收费,，且,A,车,已交费,C,车,交费条件：,收费站有人收费,，且,A,、,B,车,已交费,(2),F,1,、,F,2,、,F,3,：,A,、,B,和,C,三辆汽车,交费情况,P,：,收费站,是否,有人收费,2-2,能 交 费,：,1,不能交费,：,0,有人：,1,无人：,0,2-2-3,、逻辑函数的物理实现,1),逻辑函数,都是由实际的,数字逻辑电路,来实现的,2),数字逻辑电路,由一系列,基本逻辑,单元,串联和并联所组成的,3),基本逻辑,单元,门电路,4),门电路,是高速的电子开关器件，能够在几个纳秒内开或关,5),在逻辑图中，,门电路,用标准的,图形符号,来表示。,2-2,2-2-3,、逻辑函数的物理实现,2-2,1,、基本逻辑门,AND,F=AB,NAND,F=AB,NOT,F=A,OR,F=A,+,B,NOR,F=A,+,B,XOR,F=A,B,XNOR,F=A,B,A,B,F,=1,A,B,F,A,B,F,=1,A,B,F,A,B,F,A,B,F,A,B,F,1,A,B,F,A,F,A,F,1,A,B,F,1,A,B,F,A,B,F,A,B,F,2-2-3,、逻辑函数的物理实现,2,、实现方法,直接实现,组合实现,A,B,C,F,举例,:,F=ABC,举例,:,F=ABC,=(AB)C,A,B,AB,C,F,2-2,2-3,、,基本运算与基本定理,2-3-1,、布尔代数的定律和规则,2-3-2,、摩根定理,反演规则,2-3-3,、仙农定理,扩展定理,2-3-4,、转换为基本逻辑表达式,2,基本内容,2-3-1,、布尔代数的定律和规则,2-3,1,、布尔代数的定律,交换率,:,A,B=BA,A,+B=B+A,结合率,:,(A,B)C=,A,(BC),(A,+B)+C=,A,+(B+C),分配率,:,A,(,B+C)=,A,B+,A,C,A,+BC=(,A,+B)(,A,+C),1.A,0=0,A,+1=1,2.,A,1=A,A,+0=A,3.,A,A=0,A,+A=1,4.,A,A=A,A,+A=A,5.,A,=A,6.,A,B+,A,B=A (,A,+B)(,A,+B)=A,7.,A,+,A,B=A+B,A,(,A,+B)=AB,8.,A+A,B=A,A,(A+B)=A+B,9.AB,+,A,C+BC=,AB,+,A,C (,A+B)(A+,C)(B+C)=(,A+B)(A,+C),0,0=0,0,+0=0,0,1=0 0,+1=1,10=0,1+0=1,1,1=1,1,+1=1,2-3-1,、布尔代数的定理和规则,2-3,2,、布尔代数的规则,2-3-2,、摩根定理,反演规则,2-3,(1),两个以上变量的逻辑与非等效于这两个变量的反变量的逻辑或,A,B=,A,+B,(2),两个以上变量的逻辑或非等效于这两个变量的反变量的逻辑与,A,+B=,A,B,+,、,互换,0,、,1,互换,原变量,、,反变量,互换,。,保持原函数的运算次序，必要时适当地加入括号。,举例：,B,A,C,B,A,F,+,+,=,),(,2-3-3,、仙农定理,扩展定理,2-3,1,、扩展引理,作用：,把非基本逻辑函数或逻辑表达式，转换为基本逻辑函数或表达式,，即转换为最大项或最小项表达式,。,X,1,F(X,1,X,1,X,2,X,n,)=X,1,F(1,0,X,2,X,n,),举例,:,),(,B,A,B,A,C,ABC,A,+,+,+,X,1,F(X,1,X,1,X,2,X,n,)=X,1,F(0,1,X,2,X,n,),X,1,+F(X,1,X,1,X,2,X,n,)=X,1,+F(0,1,X,2,X,n,),X,1,+F(X,1,X,1,X,2,X,n,)=X,1,+F(1,0,X,2,X,n,),2-3-3,、仙农定理,扩展定理,2-3,2,、扩展定理,举例,:,D,B,A,CD,D,A,BD,B,A,+,=,+,+,+,F(X,1,X,1,X,2,X,n,)=X,1,F(1,0,X,2,.,X,n,)+X,1,F(0,1,X,2,.,X,n,),F(X,1,X,1,X,2,.,X,n,)=X,1,+F(0,1,X,2,.,X,n,)+X,1,+F(1,0,X,2,.,X,n,),2-3-4,、转换为基本逻辑表达式,2-3,举例,:,1,、使用扩展定理,2,、使用真值表,B,A,A,B,F,+,=,),(,B,A,A,+,=,B,A,B,A,+,+,+,=,),0,(,),1,(,),A,B,F,(,),(,A,B,F,+,+,B,A,B,A,AB,=,),0,(,),1,(,A,A,B,A,A,B,+,+,+,=,A,B,F,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,B,+,+,A,B,A,AB,=,),(,A,B,F,AB,AB,AB,2-4,、,不完全确定的逻辑函数,2-3,举例,:,1,、定义,2,、原因,一个函数要求必须包含某些最小项，而其他一些最小项可以作为可选项，这种逻辑函数称为不完全确定的逻辑函数。,某些输入组合永不会出现在特定逻辑系统中。,对于给定的逻辑系统，所有的输入组合都会出现，但输出只在一定的输入组合下才为,1(,或,0),，其他输入则可能使,输出为,0,或,1,，这些输入组合所对应,的最大项,或,最小项,就是,任意项,),(,C,A,B,F,),(,C,B,A,C,B,A,d,ABC,BC,A,C,B,A,+,+,+,+,=,3-,89,第,3,章,数字逻辑模型 建模方法,3-1,、,数字逻辑系统分类,3-2,、,组合逻辑的描述模型,3-3,、,时序逻辑的状态模型,3-4,、,逻辑函数化简,3-5,、,状态化简,阅读：,P100P180,作业,:,P181P185,练习题,3-1(1),3-2,3-3-4(1),3-5,3-6(2)(5),3-8(2),3-9,3-12,3-,90,3-1,、,数字逻辑系统分类,3,3-1-1,、,组合逻辑,3-1-2,、,时序逻辑,1,、,同步时序逻辑,2,、,异步时序逻辑,组合逻辑,X,Z,组合逻辑,记忆逻辑,Z,Y,X,Q,3-,91,3-1-1,、,组合逻辑,1,、定义,2,、结构,组合,无记忆,与时间无关,举例,:,f(A,B)=A+B,A,B,F,3-1,组合逻辑,X,Z,3-,92,3-1-2,、,时序逻辑,1,、概念,数字逻辑系统是一个,时间相关系统,其工作具有严格的,时间顺序,特性,3-1,2,、特征,逻辑系统具有多种,稳定状态,状态,之间的,转换,必须是,可控,的,3,、结构,组合逻辑,记忆逻辑,Z,Y,X,Q,Mealy,组合逻辑,记忆逻辑,Z,Y,Q,Moore,组合逻辑,X,举例：,路口红绿灯,3-,93,3-1-2,、,时序逻辑,4,、分类,同步时序逻辑,1),全系统统一的,同步信号,(,时钟,信号,),，具有固定的时间关系,2),两个状态之间不存在第三种过渡状态,(,暂态,),3),两个状态间的转换必须在一个时钟周期内完成,异步时序逻辑,(,脉冲异步和电平异步,),1),不需要,全系统统一的,同步信号,，没有固定的时间关系,2),两个状态之间可能存在,过渡状态,3),必须保证整个系统在任何时刻中,只能有一个输入逻辑变量,(,控制信号,),发生变化,3-1,3-,94,3-1-2,、,时序逻辑,十字路口交通信号灯,时钟,绿,黄,红,同步时序逻辑举例,3-1,3-,95,3-1-2,、,时序逻辑,异步计数器,异步时序逻辑举例,脉冲异步时序逻辑,(2),电平异步时序逻辑,R,S,Q,R,S,Q,0,0,X,0,1,0,1,0,1,1,1,Q,RS,触发器,3-1,CP,Q,0,Q,1,Q,2,3-,96,3-2,、,组合逻辑的描述模型,Y=F(X),3,1,、逻辑表达式,2,、真值表,3,、逻辑图,4,、时序图,组合逻辑,X,Z,3-,97,3-2,、,组合逻辑的描述模型,1,、逻辑表达式,2,、真值表,3,、逻辑图,4,、时序图,Y=F(X),写出因变量为真,(1),时的逻辑变量之间的关系,举例,:,A,B,C,F,A,B,C,F,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,1,1,0,1,0,0,1,0,0,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,ABC,C,AB,C,B,A,BC,A,C,B,A,+,+,+,+,=,C,B,A,f,),(,3-2,3-,98,3-2,、,组合逻辑的描述模型,1,、逻辑表达式,2,、真值表,3,、逻辑图,4,、时序图,Y=F(X),在表中填写输入变量所有可能的组合逻辑值以及对应的输出,举例,:,3-2,A,B,C,F,R,F,G,F,Y,A,B,C,F,R,F,G,F,Y,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,0,1,0,1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,BC,A,C,B,A,F,BC,A,C,B,A,F,C,B,A,F,Y,G,R,+,=,+,=,=,3-,99,3-2,、,组合逻辑的描述模型,1,、逻辑表达式,2,、真值表,3,、逻辑图,4,、时序图,Y=F(X),用,逻辑元件符号,描述数字逻辑系统的结果,举例,:,3-2,BC,A,C,B,A,F,BC,A,C,B,A,F,C,B,A,F,Y,G,R,+,=,+,=,=,1,1,A,B