1、2022-4-291數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì) 主講教師：席 兵 副教授重慶郵電大學(xué) 2022-4-292教材教材：數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)：數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì) 鄒虹等編鄒虹等編 人民郵電出版社人民郵電出版社學(xué)時(shí)（理論）：56 or 64參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：1.王毓銀，數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)(第二版)2.閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，第4版，高等教育出版社，3.康華光、陳大欽,電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第4版 高等教育出版社4.劉寶琴，數(shù)字電路與系統(tǒng) 清華大學(xué)出版社先修課程先修課程: :電路分析基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)后續(xù)課程后續(xù)課程: :微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理與應(yīng)用、EDA技術(shù)2022-4-29321世紀(jì)

2、是信息數(shù)字化的時(shí)代，世紀(jì)是信息數(shù)字化的時(shí)代，“數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)”是數(shù)字技是數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)，是電子信息類各專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一。術(shù)的基礎(chǔ)，是電子信息類各專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一。脈沖與數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。脈沖與數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。電視技術(shù)電視技術(shù)雷達(dá)技術(shù)雷達(dá)技術(shù)通信技術(shù)通信技術(shù)計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制航空航天航空航天2022-4-2942022-4-2951.1.1數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)概念概念在時(shí)間上和數(shù)量上都不連續(xù)，變化總是發(fā)生在一系列離散在時(shí)間上和數(shù)量上都不連續(xù)，變化總是發(fā)生在一系列離散的瞬間，數(shù)量大小和每次的增減變化都是某一個(gè)最小單位的整的瞬間，數(shù)量大小

3、和每次的增減變化都是某一個(gè)最小單位的整數(shù)倍，這一類物理量叫做數(shù)倍，這一類物理量叫做數(shù)字量數(shù)字量。表示數(shù)字量的信號(hào)稱為。表示數(shù)字量的信號(hào)稱為數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)信號(hào)。工作在數(shù)字信號(hào)下的電路叫做。工作在數(shù)字信號(hào)下的電路叫做數(shù)字電路數(shù)字電路。數(shù)字電路中采用只有數(shù)字電路中采用只有0、1兩種數(shù)值組成的數(shù)字信號(hào)。兩種數(shù)值組成的數(shù)字信號(hào)。？回顧與思考：回顧與思考：數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)有何區(qū)別？數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)有何區(qū)別？模擬信號(hào)在時(shí)間上和數(shù)值上都具有連續(xù)變化的特點(diǎn)。在某模擬信號(hào)在時(shí)間上和數(shù)值上都具有連續(xù)變化的特點(diǎn)。在某一瞬間的值可以是一個(gè)數(shù)值區(qū)間內(nèi)的任何值。一瞬間的值可以是一個(gè)數(shù)值區(qū)間內(nèi)的任何值。2022-4-296

4、(b)(c)tt為一拍為一拍圖1-1 數(shù)字信號(hào)(a)1110110001表示方法表示方法(1) 用用0、1數(shù)值表示數(shù)值表示(2) 用用低低和和高高電位表示電位表示(3) 用脈沖信號(hào)的用脈沖信號(hào)的無無和和有有表示表示高電位高電位低電位低電位脈沖脈沖2022-4-2971.1.2數(shù)字電路數(shù)字電路對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路數(shù)字電路。將眾多的數(shù)字電路基本單元制作在一塊半導(dǎo)體基片上，稱為將眾多的數(shù)字電路基本單元制作在一塊半導(dǎo)體基片上，稱為集集成電路成電路。集成電路集成電路包含基本元件的數(shù)目包含基本元件的數(shù)目小規(guī)模集成電路（小規(guī)模集成電路（

5、SSIC）10100中規(guī)模集成電路（中規(guī)模集成電路（MSIC）1001 000大規(guī)模集成電路（大規(guī)模集成電路（LSIC）1 00010 000超大規(guī)模集成電路（超大規(guī)模集成電路（VLSIC）10 000以上以上2022-4-298 2022-4-2991. 十進(jìn)制例：（19991999）10 10 = =（1 110103 3+9+910102 2+9+910101 1+9+910100 0）1010：由數(shù)字符號(hào)構(gòu)成且表示物理量大小的數(shù)字和數(shù)字組合。（簡稱數(shù)制）：多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法，以及從低位到高位的進(jìn)制規(guī)則。l數(shù)字符號(hào)： 09l計(jì)數(shù)規(guī)則：逢十進(jìn)一l基數(shù)：10l權(quán)：10的冪2022-4

6、-2910l數(shù)字符號(hào)：0、1l計(jì)數(shù)規(guī)則：逢二進(jìn)一l基數(shù)：2l權(quán)：2的冪一般形式為： （N）2 =（bn-1bn-2b 1b0）2 = (bn-12n-1bn-22n-2b121b020)10例：（1011101）2 = （126+025+124+123+122+021+120）10 =（64+0+16+8+4+0+1）10 =（93）10數(shù)值越大，位數(shù)越多，讀寫不方便，容易出錯(cuò)！2022-4-2911l數(shù)字符號(hào)：07l計(jì)數(shù)規(guī)則：逢八進(jìn)一l基數(shù)：8l權(quán)：8的冪例：（127）8=（182+281+780）10 =（64+16+7）10 =（87）102022-4-2912l數(shù)字符號(hào)：09、A、B、

7、C、D、E、Fl計(jì)數(shù)規(guī)則：逢十六進(jìn)一l基數(shù)：16l權(quán)：16的冪例：（5D）16=（5161+13160）10 =（80+13）10 =（93）102022-4-29131. 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：除2取余法。例：求（217）10 =（）（）2 解： 2 217 余余1 b0 2 108 余余0 b1 2 54 余余0 b2 2 27 余余1 b3 2 13 余余1 b4 2 6 余余0 b5 2 3 余余1 b6 2 1 余余1 b7 0（217）10 =（11011001）22022-4-2914例：求（0.6875）10 =（ ）2 解： 0.6875 2 = 1.375

8、整數(shù)為整數(shù)為1 b- 1 0.375 2 = 0.75 整數(shù)為整數(shù)為0 b- 2 0.75 2 = 1. 5 整數(shù)為整數(shù)為1 b- 3 0. 5 2 = 1.0 整數(shù)為整數(shù)為1 b- 4 說明：有時(shí)可能無法得到0的結(jié)果，這時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求適當(dāng)取一定位數(shù)。小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：乘2 2取整法。（0.3125）10 =（0.1011）22022-4-2915 將（0.3）10 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，要求轉(zhuǎn)換后的精度達(dá)到0.1%。2022-4-29162. 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十六進(jìn)制整數(shù)部分：除R取余法小數(shù)部分：乘R取整法(217)10=( 331)8 =( D9)16R為基數(shù)2022-4-2917

9、（1）二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換 三位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位八進(jìn)制數(shù)。（101011100101）2 =（101，011，100，101）2=（5345）8（6574）8 =（110，101，111，100）2=（110101111100）2（0.11011）2 =（0.110，110）2 =（0.66）82022-4-2918例如：（9A7E）16 =（1001 1010 0111 1110）2 =（1001101001111110）2四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)。（10111010110）2 =（0101 1101 0110）2 =（5D6）162022-4-2919十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制0

10、0000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F2022-4-2920二進(jìn)制代碼：具有特定意義的二進(jìn)制數(shù)碼。編碼：代碼的編制過程。 BCD碼：用一個(gè)四位二進(jìn)制代碼表示一位十進(jìn)制數(shù)字的編碼方法。 1. 二十進(jìn)制編碼（BCD碼）2022-4-2921十進(jìn)制數(shù)8421碼5421碼余3碼00000000000111000100010100200100010010130011001101104010001

11、000111501011000100060110100110017011110101010810001011101191001110011002022-4-2922l選取00001001表示十進(jìn)制數(shù)09。l按自然順序的二進(jìn)制數(shù)表示所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字。l是有權(quán)碼，從高位到低位的權(quán)依次為8、4、2、1，故稱為8421碼，有時(shí)也稱為自然權(quán)碼。l10101111等六種狀態(tài)是不用的，稱為禁用碼。例：（1985）10 =（0001 1001 1000 0101）8421BCD2022-4-2923（3）余3碼選取00000100和10001100這十種狀態(tài)。01010111和11011111等六種狀態(tài)為禁

12、用碼。是有權(quán)碼，從高位到低位的權(quán)值依次為5、4、2、1。 選取00111100這十種狀態(tài)，是無權(quán)碼。 與8421碼相比，對(duì)應(yīng)相同十進(jìn)制數(shù)均要多3 （0011），故稱余3碼。 2022-4-2924（1）循環(huán)碼（又稱格雷碼）：任意兩個(gè)相鄰的數(shù)所對(duì)應(yīng)的代碼之間只有一位不同，其余位都相同。循環(huán)碼的這個(gè)特點(diǎn)，使它在代碼的形成與傳輸時(shí)引起的誤差比較小。2022-4-2925十進(jìn)制數(shù)循環(huán)碼十進(jìn)制數(shù)循環(huán)碼000008110010001911012001110111130010111110401101210105011113101160101141001701001510002022-4-2926 具有檢錯(cuò)能

13、力，能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)代碼位同時(shí)出錯(cuò)的情況。：信息位(可以是任一種二進(jìn)制代碼)及一位校驗(yàn)位。： ，使校驗(yàn)位和信息位所組成的每組代碼中含有奇數(shù)個(gè)1；，使校驗(yàn)位和信息位所組成的每組代碼中含有偶數(shù)個(gè)1。2022-4-29272022-4-2928：專門用來處理數(shù)字、字母及各種符號(hào)的二進(jìn)制代碼。最常用的：美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。 用7位二進(jìn)制數(shù)碼來表示字符?？梢员硎?7128個(gè)字符。2022-4-29292022-4-2930 當(dāng)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼表示數(shù)量大小時(shí),可以進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算,稱這種運(yùn)算為算術(shù)運(yùn)算. 1位二進(jìn)制數(shù)碼0和1，不僅可以表示數(shù)量大小，還可以表示兩種不同的狀態(tài),稱為邏輯狀態(tài)。 當(dāng)二進(jìn)制數(shù)碼0和1表示邏輯

14、狀態(tài)時(shí)，它們之間按照某種邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運(yùn)算。2022-4-29311.5.1 數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用科學(xué)研究中，先進(jìn)的儀器設(shè)備；傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè)，先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線； 通信、廣播、電視、雷達(dá)、醫(yī)療設(shè)備、新型武器、交通、電力、航空、宇航等領(lǐng)域；日常生活的家用電器； 電子計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)。 2022-4-29321.5.2 數(shù)字電路的特點(diǎn) （1）數(shù)字電路的基本工作信號(hào)是用1和0表示的二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，反映在電路上就是高電平和低電平。 （2）精度高，抗干擾能力強(qiáng)。 （3）可靠性高 （4）具有“邏輯思維”能力。數(shù)字電路能對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算、邏輯判斷，故又稱為數(shù)字邏輯電路。

15、 （5）保密性好。容易進(jìn)行加密處理。 （6）通用性強(qiáng)。結(jié)構(gòu)簡單、容易制造，便于集成及系列化生產(chǎn)。2022-4-29331.5.3 數(shù)字電路的分類1.按電路結(jié)構(gòu)分類 組合邏輯電路：電路的輸出信號(hào)只與當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。 時(shí)序邏輯電路：電路的輸出信號(hào)不僅與當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。2.按電路采用的工藝 雙極型:TTL、ECL、I2L MOS型：PMOS、NMOS、CMOS2022-4-293432022-4-29351.6 研究的主要問題和本課程的基本內(nèi)容一、研究的主要問題 數(shù)字電路和邏輯設(shè)計(jì)研究的主要是輸入和輸出的關(guān)系問題.由于電路的輸入和輸出可用0和1表示，因此數(shù)字邏輯研究的主要是輸出的0和1和輸入的0和1的關(guān)系問題。 主要包括兩個(gè)方面: 邏輯分析和邏輯設(shè)計(jì)2022-4-2936二、本課程的主要內(nèi)容 1、數(shù)字邏輯基礎(chǔ) 2、組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì) 3、時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì) 4、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及可編程邏輯器件2022-4-2937 （1）邏輯代數(shù)是分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路的重要工具，應(yīng)熟練掌握