数字电路 e C 要求 一、掌握基本概念，基本方法1）分析问题的能力（分析方法）；2）设计方法（解决问题的能力）。

Presentation on theme: "数字电路 e C 要求 一、掌握基本概念，基本方法1）分析问题的能力（分析方法）；2）设计方法（解决问题的能力）。"— Presentation transcript:

1 数字电路 e C 要求 一、掌握基本概念，基本方法1）分析问题的能力（分析方法）；2）设计方法（解决问题的能力）。
二、分数分配：平时30，考试70。 三、希望预习、复习；谈话式上课，我们是朋友。 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

2 e C 参考资料 阎石主编，数字电子技术基础，清华大学电子学教研组，第四版，1998、11
杨颂华等主编，数字电子技术基础，西安电子科技大学，2000、7 彭容修主编，数字电子技术基础，华中理工大学电子学教研室，2001、1 刘必虎等主编，数字逻辑电路，华东师范大学，1999、8 曹国清主编，数字电路与逻辑设计，中国矿业大学，1998、8 魏书衡等主编，数字电路与逻辑设计，1994、10 唐竟新主编，数字电子技术基础解题指南，清华大学，1999、11 白中英等主编，数字逻辑与数字系统解题实验指导，1999、9 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

3 第一章数字逻辑基础 e C § 1.1模拟信号与数字信号 一、模拟信号：
1、模拟信号：时间连续、数值也连续的物理量。（具有无穷多个数值）例：P2图1.1.1。 2、分析模拟量：在工程技术上，为了便于分析，常用传感器将模拟量转换为电流、电压或电阻等电学量。 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

4 3、典型的模拟信号包括：工频信号、射频信号、视频信号等。工频信号（50Hz)，调幅波的射频信号（350Hz~1600Hz),调频波的射频信号（880MHz~108MHz)。甚高频（vhf)和超高频（UHF)视频信号（>6GHz)。 4、介绍无线电频率的分类： 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

5 e C 二、数字信号： 1、数字信号：以方波为代表的在时间轴上有间断点的信号。 2、数字电路：处理数字信号的电子电路。
3、数字逻辑（二值数字逻辑）：逻辑0和逻辑1，它不是十进制的0和1，而是代表逻辑意义：如：是与非，真与假，开与关，低与高等等。 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

6 三、数字波形：是逻辑电平对时间的图形表示。
1、脉冲波形：当某波形仅有两个离散值时，通常称之为脉冲波形。 2、周期或频率：周期性数字波形常用周期T或频率f来描述，而脉冲波形的频率常称为脉冲重复频率PRR(Pulse Repetition Rate)。脉冲波形的脉冲宽度用tw表示，它表示脉冲的作用时间。 3、占空比：q(%)=tw/T，它表示脉冲宽度tw占整个周期T的百分数。 4、脉冲波形上升时间：从脉冲幅值的10%到90%所经历的时间。下降时间则相反。（ns） 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

7 5、例：设周期性数字波形的高电平持续6ms，低电平持续10ms，求占空比q。
解：tw=6ms,T=6+10=16ms,则q=tw/T q=6/16100%=37.5% 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

8 6、脉冲宽度：脉冲幅值的50%的两个时间点所跨越的时间。
西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

9 7、时序图：表明相互时间关系的多重数字波形图。时序图中的每一波形常称为时间信号。 四、模拟量的数字表示：模拟量可以用数字0，1的编码来表示
西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

10 e C §1.2数字电路 一、数字电路的发展与分类： 1、数字电路：组合逻辑电路、时序逻辑电路
2、数字集成电路（按集成度来分）：小规模，中规模，大规模，超大规模和甚大规模等五类。 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

11 e C 二、数字电路的分析方法与测试技术： 3、集成度：每一芯片所包含的三极管（BJT或FET）的个数。 1、分析方法：
1）研究对象：电路的输出与输入之间的逻辑关系。 2）分析工具：逻辑代数。采用的手段是：功能表、真值表、逻辑表达式及波形图。 2、测试技术：正确设计和安装后，必须进行严格测试。 3、所用仪器设备：数字电压表，电子示波器（看波形） 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

12 e C §1.3数制 一、十进制：就是以10为基数的计数体制。 1、位权（权）10n；对于任意一个十进制数N可用权展开式表示为：
ki---数字符号（0~9），n---整数部分的位数，m---小数部分的位数。 2、例：用权表示4567；435.86; (4567)10=4103+5102+6101+7100 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

13 e C 二、二进制：就是以2为基数的计数体制。 1、位权（权）：对于任意一个二进制数用权展开为：
Ki 数字（0，1），n---整数部分的位数，m---小数部分的位数。 2、例：（ )2; 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

14 e C 3、波形表示：20表1位，21表2位，22表4位，23表位。 西南交通大学微电子研究所
Institute of Microelectronics SWJTU e C

15 e C 4、数据的传输：串行的方式：所需设备简单，只需一根导线和一共同接地端即可，每传送1位数据需要一个时钟周期。
并行的方式：速度快。 5、优点：装置简单可靠，所用元件少，只有两个数码0和1；运算规则简单，操作方便。 6、缺点：表示一个数时，位数多。 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

16 e C 三、十 ~ 二进制之间的转换： 1、二进制数转换成十进制数只要将二进制数写成按权展开式并相乘后相加。
2、十进制转换成二进制数时，需将待转换的数分成整数部分和小数部分，并分别加以转换。整数部分采用“除2取余”法进行转换，一直除到商为零，从下向上。小数部分采用“乘2取整”法进行转换，直到小数部分为0或达到所要求的精度，误差“四舍五入”，式中的整数不参加连乘，从上向下。 例：二进制变十进制：（ )2= 例：十进制数变二进制数：（25）10= (133)10=; 57; 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

17 e C 四、十六进制和八进制 1、十六进制：以十六为基数的计数体制。 2、位权。
0，1，…9；A（10）；B(11)；C(12)；D（13）;E(14)；F(15)。 3、将二进制转换成八进制或十六进制数的方法是：从小数点开始，分别向左、右按3位（转换成八进制）或4位（转换成十六进制）分组，最后不满3位或4位的，则需加0，将每组以对应的八进制数或十六进制数代替，即为等值的八进制数和十六进制数。将八进制和十六进制数转换成二进制数时是上述的逆过程，转变成十进制就是按照权展开相加。 ( )2=( )16 (4E6)H=( )D ( )B=( )O (F156)H=( )B B(二进制，Binary);H(十六进制Hexadecimal);D(十进制Decimal);O(八进制Octal) 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

18 e C 五、十六进制的优点 ： 1、）与二进制之间的转换容易； 2、）计数容量较其它进制都大。假如同样采用四位数码，
二进制最多可计至( 1111)B =( 15)D； 八进制可计至 (7777)O = (2800)D； 十进制可计至 (9999)D； 十六进制可计至 (FFFF)H = (65535)D，即64K。其容量最大。 3、）书写简洁。 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

19 六、其它进制的转换： 1、将十进制数转换成为十六进制数时，先转换成二进制数，再转换成十六进制。2、两种任意，进制数之间的转换可把进制数用多项式替代法转换为十进制数，再把十进制数利用基数除/乘法转换成为进制的数。3、任意进制数的一般表达式为: 详见（曹国清主编的数字电路与逻辑设计）。 七、二进制数的算术运算参阅附录A。 八、几种数制之间的关系对照表： 任意进制数的一般表达式为: 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

20

21 e C §1.4 二进制码 数值：表示像二、十、八、十六等进制数来表示。
§1.4 二进制码 数值：表示像二、十、八、十六等进制数来表示。 文字符号：表示文字符号信息常采用一定位数的二进制数码表示，这个特定的二进制吗称为代码。 代码：不同信息的代号，不一定有数的含义，一般地一个码字是由若干信息位组成的，每位有0和1两种代码，n位代码可以组成2n个不同的码字，即它们可以代表2n种不同信息。 一、若所需编码的信息有N项，则需用的二进制数码的位数n应满足如下关系：2nN。 二、二~~十进制码：又称8421BCD码Binary Code Decimal 。 从4 位二进制数16种代码中,选择10种来表示0~9个数码的方案有很多种。每种方案产生一种BCD码。 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

22 e C （1）几种常用的BCD代码 BCD码十进制数码 8421码 2421 码 5421 码 余3码 余3循环码 0000 0011
0000 0011 0010 1 0001 0100 0110 2 0101 0111 3 4 5 1011 1000 1100 6 1001 1101 7 1010 1111 8 1110 9 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

23 e C 二~~十进制码:用4位二进制代码对十进制数字符号进行编码。它既有二进制的形式，又有十进制的特点，便于传递，处理。
十进制数与二进制码之间可用下式表示： (N)D=W3b3+W2b2+W1b1+W0b0；W3~W0为二进制码中各位的权；不能用该式表示其编码关系的码称为无权码。 三、8421BCD码由4位二进制数的00000到111115，16种组合中的前10种组合，即0000（0）~1001（9），其余6种组合是无效的。每一位的权是固定不变的，它属于有权代码。取前五种和后五种组合构成的二---十进制码又称2421BCD码。 对于8421BCD码：W3=8，W2=4，W1=2，W0=1 对于2421BCD码：W3=2，W2=4，W1=2，W0=1 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

24 四、余3码是由8421BCD码加3（0011）得来，它是一种无权码。余３码的特点:当两个十进制的和是10时，相应的二进制正好是16，于是可自动产生进位信号,而不需修正.0和9, 1和8,…..6和4的余３码互为反码,这对在求对于10的补码很方便。 余3码循环码：相邻的两个代码之间仅一位的状态不同。按余3码循环码组成计数器时，每次转换过程只有一个触发器翻转，译码时不会发生竞争－冒险现象。 ASCII码即美国标准信息交换码。 它共有128个代码，可以表示大、小写英文字母、十进制数、标点符号、运算符号、控制符号等，普遍用于计算机的键盘指令输入和数据等。 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

25 五、格雷码（无权码）。 格雷码的特点：相邻的两个码组之间仅有一位不同，因而常用于模拟量的转换中，当模拟量发生微小变化而可能引起数字量发生变化时，格雷码仅改变1位，这样与其他码同时改变两位或多位的情况相比更为可靠，即可减少出错的可能性。其它编码表见附录A。 (258)10=( )8421码 ( )8421码=( )10 (258)10=( )2421码 ( ) 8421码=( )10 (256)10=( )余3码 ( )余3码=( )10 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

26 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

27 §1.5基本逻辑运算 一、逻辑代数（布尔代数）：逻辑运算:当0和1表示逻辑状态时，两个二进制数码按照某种特定的因果关系进行的运算。逻辑运算使用的数学工具是逻辑代数。 它的变量只有两个值：0，1。它的基本运算是“与、或、非”，它的描述方法有：1）真值表：描述逻辑关系的表格；2）逻辑符号：用规定的图形符号来表示；3）卡诺图；4）波形图；5）硬件描述语言（HDL) 等。 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

28 二、与运算： 1、与逻辑：只有当一件事的几个条件全部具备之后，这件事才发生，这种关系称为与逻辑。2、与运算 ：L=A·B，又称逻辑乘。 符号： 电路状态表 开关S1 开关S2 灯 断 灭 合 亮  A B L=A·B 与逻辑符号 A B L & 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

29 三、或运算： 1、或逻辑：当一件事情的几个条件中只要有一个条件得到满足，这件事就会发生。 2、或运算：L=A+B； 符号：
电路状态表 开关S1 开关S2 灯 断 灭 合 亮 1 A B L=A+B 逻辑真值表 A B L 1 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

30 四、非运算： 1、非逻辑：一件事的发生是以其相反的条件为依据。 2、非运算：L= 符号： 五、基本逻辑运算：
A V NC 非逻辑举例 1 A L= 非逻辑举例状态表 A 灯 不通电 亮 通电 灭 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

31 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

32 e C 4. 几种常用复合逻辑运算 1)与非运算 A B L & 与非逻辑符号 两输入变量与非 逻辑真值表 A B L 1 与非逻辑表达式
4. 几种常用复合逻辑运算 1)与非运算 A B L & 与非逻辑符号 两输入变量与非 　　　逻辑真值表 A B L 1 　与非逻辑表达式 L = A · B 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

33 e C 2)或非运算 B A L 或非逻辑符号 两输入变量或非 逻辑真值表 A B L 1 L = A+B 或非逻辑表达式 ≥1
两输入变量或非 　　逻辑真值表 A B L 1 L = A+B 或非逻辑表达式 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

34 e C L= A  B 3 ) 异或逻辑 若两个输入变量的值相异，输出为1，否则为0。 B A L =1 异或逻辑符号 异或逻辑真值表 A
　　3 )　异或逻辑 　　若两个输入变量的值相异，输出为1，否则为0。 B A L =1 异或逻辑符号 异或逻辑真值表 A B L 1 1 1 异或逻辑表达式 L= A  B 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

35 e C 4 ) 同或运算 若两个输入变量的值相同，输出为1，否则为0。 同或逻辑逻辑符号 同或逻辑真值表 A B L 1 同或逻辑表达式
　　4 )　同或运算 　　若两个输入变量的值相同，输出为1，否则为0。 B = A L 同或逻辑逻辑符号 同或逻辑真值表 A B L 1 同或逻辑表达式 L=AB+ =AB 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

36 e C §1.6逻辑函数与逻辑问题的描述 1. 真值表表示 逻辑抽象，列出真值表 逻辑真值表 A B L A、B: 向上—1 向下--0
　　1. 真值表表示 楼道灯开关示意图 　　逻辑抽象，列出真值表 a b c d A B ～ 开关 A 灯 下 上 亮 灭 开关 B 开关状态表 逻辑真值表 A B L A、B: 向上—1 向下--0 L : 亮---1; 灭---0 确定变量、函数，并赋值 开关: 变量 A、B 灯 : 函数 L 1 1 1 1 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

37 e C 2、逻辑函数表达式表示。 逻辑表达式是用与、或、非等运算组合起来，表示逻辑函数与逻辑变量之间关系的逻辑代数式。
　　2、逻辑函数表达式表示。 逻辑表达式是用与、或、非等运算组合起来，表示逻辑函数与逻辑变量之间关系的逻辑代数式。 例：已知某逻辑函数的真值表，试写出对应的逻辑函数表达式。 逻辑真值表 A B L 1 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

38 e C 3. 逻辑图表示方法 用与、或、非等逻辑符号表示逻辑函数中各变量之间的逻辑关系所得到的图形称为逻辑图。
将逻辑函数式中所有的与、或、非运算符号用相应的逻辑符号 代替，并按照逻辑运算的先后次序将这些逻辑符号连接起来， 就得到图电路所对应的逻辑图 例：已知某逻辑函数表达式为 ，试画出其逻辑图 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

39 e C 4. 波形图表示方法 用输入端在不同逻辑信号作用下所对应的输出信号的波形图， 表示电路的逻辑关系。 真值表 A B L 1
1 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

40 e C 5. 正负逻辑问题 1. 正负逻辑的规定 正逻辑体制:将高电平用逻辑1表示，低电平用逻辑0表示
5. 正负逻辑问题 1. 正负逻辑的规定 正逻辑体制:将高电平用逻辑1表示，低电平用逻辑0表示 负逻辑体制:将高电平用逻辑0表示，低电平用逻辑1表示 1 1 负逻辑 正逻辑 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

41 e C 2. 正负逻辑等效变换 负逻辑 正逻辑 与非  或非 与  或 非  非 采用正逻辑 ___与非门 某电路输入与输出电平表 A
B L H A B L 1 A B L 1 采用负逻辑 ___或非门 负逻辑 正逻辑 与非  或非 与  或 非  非 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

42 e C 6. 基本逻辑门电路的等效符号及其应用 系统输入信号中，有的是高电平有效，有的是低电平有效。
6. 基本逻辑门电路的等效符号及其应用 系统输入信号中，有的是高电平有效，有的是低电平有效。 低电平有效，输入端加小圆圈；高电平有效，输入端不加 小圆圈。 1、 基本逻辑门电路的等效符号 与非门及其等效符号 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C

43 或非门及其等效符号 西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU e C