數(shù)字電路基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯電路_第1頁
數(shù)字電路基礎(chǔ)、數(shù)字邏輯電路_第2頁
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文檔簡介

數(shù)字信號隨時間連續(xù)變化的信號時間和幅度都是離散的數(shù)字電路基礎(chǔ)電子電路中的信號模擬信號模擬信號:tu正弦波信號t鋸齒波信號u★研究模擬信號時,我們注重電路輸入、輸出信號間的大小、相位關(guān)系。相應(yīng)的電子電路就是模擬電路,包括交直流放大器、濾波器、信號發(fā)生器等?!镌谀M電路中,晶體管一般工作在放大狀態(tài)。數(shù)字信號:數(shù)字信號產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計。數(shù)字表盤的讀數(shù)。數(shù)字電路信號:tu★研究數(shù)字電路時注重電路輸出、輸入間的邏輯關(guān)系,因此不能采用模擬電路的分析方法。主要的分析工具是邏輯代數(shù),電路的功能用真值表、邏輯表達式或波形圖表示?!镌跀?shù)字電路中,三極管工作在開關(guān)狀態(tài),即工作在飽和狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)。

在近代電子設(shè)備中,按照信號形式的不同,通常我們將電路分為兩大類:模擬電路與數(shù)字電路。模擬電路處理的是模擬信號;數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號。數(shù)字電子計算機(ElectronicDigitalComputer

我國自主研發(fā)的通用CPU芯片最高頻率,從龍芯1號的266兆赫茲提高到500兆赫茲,達到PentiumIII(“奔騰3”)的水平,性能上比龍芯1號提高了10倍。龍芯2號是在863計劃和中科院知識創(chuàng)新工程的共同支持下完成的,采用0.18微米的工藝,是國內(nèi)第一款64位的高性能通用CPU芯片。它支持64位Linux操作系統(tǒng)和X-window視窗系統(tǒng),能夠流暢地支持視窗系統(tǒng)、桌面辦公、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、DVD播放等應(yīng)用。同時,相比功耗動輒幾十瓦的國外同類芯片,龍芯2號功耗僅為3瓦至5瓦,成本也大大降低。中國芯預(yù)備知識

一、三極管開關(guān)特性RbRc+Ec1.三種工作狀態(tài)(以NPN管為例)(1)放大條件:

發(fā)射結(jié)(J1

)正偏UBE>0

集電結(jié)(J2

)反偏UCB>0或UCE>UBE

特點:IC=βIB

(2)截止(J1、J2反偏)狀態(tài)條件:UBE≤0特點:IB=0IC=0RbRc+Ec(3)飽和狀態(tài)(J1、J2正偏,UBE>0,UBC>0)

如果RB↓→IB↑→IC↑→UCE↓

當(dāng)IB↑>IBsat,IB↑,

UCE≈0不再下降,

IC=EC/RC

不再增加,飽和狀態(tài)

IBsat基極飽和電流條件:IB>IBsat

特點:UCE=0RbRc+Ec2.開關(guān)特性

T截止IC=0K斷開

T飽和UCE=0K閉合

C、E間:等效開關(guān)+ECCERC習(xí)題:判斷下列圖中三極管各工作在什么狀態(tài)?

β=30β=30β=4050k680Ω10V6V1k10k-3V6V1k20k6V截止

飽和IB=6/20=0.3mA放大

IB=EC/50=0.2mAIb>IBsatIB≯IBsat

數(shù)字邏輯基礎(chǔ)本章的主要內(nèi)容:

數(shù)字邏輯基礎(chǔ)在數(shù)字電路中,工作信號是二進制數(shù)的0和1。中間值沒有意義,這里的0和1只表示兩個對立的邏輯狀態(tài),如電位的低高(0表示低電位,1表示高電位)、開關(guān)的開合等。電路的運算完全基于二進制運算規(guī)則。另外數(shù)字電路也可以用于邏輯判斷和邏輯運算,所以計數(shù)制和邏輯代數(shù)(布爾代數(shù))成為分析數(shù)字電路的基礎(chǔ)。一、計數(shù)制(一)十進制數(shù)DecimalNumber58699512536874特點:1.基數(shù)為10(0--9)2.數(shù)碼處于不同位置,權(quán)不同(權(quán)以10為底)

權(quán)如586(右起)第1位(個)66×1001002(十)88×1011013(百)55×102102n

10n-1權(quán)展開式586=5×102+8×101+6×1003.運算規(guī)則加法:“逢十進一”;減法:“借一當(dāng)十”(二)二進制數(shù)BinaryNumber10111101110111101001基數(shù)為“2”(0,1)只有0、1兩個數(shù)碼之一。2.不同位置權(quán)不同(權(quán)以2為底)

權(quán)展開式101=1×22+0×21+1×203.運算規(guī)則加法:“逢二進一”;減法:“借一當(dāng)二”基本加法運算0+0=00+1=1+0=11+1=10(三)二進制→十進制按權(quán)展開:如10111=1×24+0×23+1×22+1×21+1×20=16+0+4+2+1=23十進制:0123456789

二進制:01101110010111011110001001(四)十進制→二進制1、整數(shù)轉(zhuǎn)換——除2取余法。例如,將(57)10轉(zhuǎn)換為二進制數(shù):2、小數(shù)轉(zhuǎn)換——乘2取整法。

例如,將(0.724)10轉(zhuǎn)換成二進制小數(shù)。二、邏輯代數(shù)基礎(chǔ)

邏輯是指事物因果之間所遵循的規(guī)律。為了避免用冗繁的文字來描述邏輯問題,邏輯代數(shù)采用邏輯變量和一套運算符組成邏輯函數(shù)表達式來描述事物的因果關(guān)系。邏輯代數(shù)中的變量稱為邏輯變量,一般用大寫字母A、B、C、…表示,邏輯變量的取值只有兩種,即邏輯0和邏輯1。0和1稱為邏輯常量。但必須指出,這里的邏輯0和1本身并沒有數(shù)值意義,它們并不代表數(shù)量的大小,而僅僅是作為一種符號,代表事物矛盾雙方的兩種狀態(tài)。(一)三種基本運算與運算(邏輯乘)(1)定義與運算(邏輯乘)表示這樣一種邏輯關(guān)系:只有當(dāng)決定一事件結(jié)果的所有條件同時具備時,結(jié)果才能發(fā)生。例如在上圖所示的串聯(lián)開關(guān)電路中,只有在開關(guān)A和B都閉合的條件下,燈F才亮,這種燈亮與開關(guān)閉合的關(guān)系就稱為與邏輯。如果設(shè)開關(guān)A、B閉合為1,斷開為0,設(shè)燈F亮為1,滅為0,則F與A、B的與邏輯關(guān)系可以用真值表來描述,所謂真值表,就是將自變量的各種可能的取值組合與其因變量的值一一列出來的表格形式。(2)與邏輯運算真值表ABF000110110001(3)與邏輯可以用邏輯表達式表示為F=A·B

有0出0,全1出1。2.或運算(邏輯加)(1)定義或運算(邏輯加)表示這樣一種邏輯關(guān)系:只有當(dāng)決定一事件結(jié)果的一個條件具備時,結(jié)果就能發(fā)生。例如在上圖所示的并聯(lián)開關(guān)電路中,只要開關(guān)A或B閉合的條件下,燈F就亮,這種燈亮與開關(guān)閉合的關(guān)系就稱為或邏輯。如果設(shè)開關(guān)A、B閉合為1,斷開為0,設(shè)燈F亮為1,滅為0,則F與A、B的與邏輯關(guān)系也可以用真值表來描述。(2)或邏輯運算真值表ABF000110110111(3)或邏輯可以用邏輯表達式表示為F=A+B

有1出1,全0出0。3.非運算(邏輯反)(1)定義

非運算(邏輯反)是邏輯的否定:當(dāng)條件具備時,結(jié)果不會發(fā)生;而條件不具備時,結(jié)果一定會發(fā)生。例如,的開關(guān)電路中,只有當(dāng)開關(guān)A斷開時,燈F才亮,當(dāng)開關(guān)A閉合時,燈F反而熄滅。燈F的狀態(tài)總是與開關(guān)A的狀態(tài)相反。這種結(jié)果總是同條件相反的邏輯關(guān)系稱為非邏輯。其邏輯表達式為通常稱A為原變量,A為反變量。AF0110(2)非邏輯運算真值表(二)邏輯代數(shù)的基本定律和規(guī)則1.基本定律(1)變量和常量的關(guān)系式邏輯變量的取值只有0和1,根據(jù)三種基本運算的定義,可推得以下關(guān)系式。

0—1律:A·0=0A+1=1

自等律:A·1=AA+0=A

重疊律:A·A=AA+A=A

互補律:A·A=0A+A=1(2)與普通代數(shù)相似的定律交換律A·B=B·AA+B=B+A

結(jié)合律(A·B)·C=A·(B·C)(A+B)+C=A+(B+C)

分配律A·(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A+C)

以上定律可以用真值表證明,也可以用公式證明。例如,證明加對乘的分配律A+BC=(A+B)(A+C)。證:(A+B)(A+C)=A·A+A·B+A·C+B·C

=A+AB+AC+BC

=A(1+B+C)+BC=A+BC

因此有A+BC=(A+B)(A+C)(3)邏輯代數(shù)中的特殊定律反演律(DeMorgan定律):還原律:反演律證明AB0001101111101110100010002.三個重要規(guī)則

(1)代入規(guī)則任何一個邏輯等式,如果將等式兩邊所出現(xiàn)的某一變量都代之以同一邏輯函數(shù),則等式仍然成立,這個規(guī)則稱為代入規(guī)則。由于邏輯函數(shù)與邏輯變量一樣,只有0、1兩種取值,所以代入規(guī)則的正確性不難理解。運用代入規(guī)則可以擴大基本定律的運用范圍。例如,已知A+B=A·B(反演律),若用F=B+C代替等式中的B,則可以得到適用于多變量的反演律,即(2)反演規(guī)則對于任意一個邏輯函數(shù)式F,如果將其表達式中所有的算符“·”換成“+”,“+”換成“·”,常量“0”換成“1”,“1”換成“0”,原變量換成反變量,反變量換成原變量,則所得到的結(jié)果就是。稱為原函數(shù)F的反函數(shù),或稱為補函數(shù)。若則若則

運用反演規(guī)則時應(yīng)注意兩點:①不能破壞原式的運算順序——先算括號里的,然后按“先與后或”的原則運算。②不屬于單變量上的非號應(yīng)保留不變。

反演規(guī)則是反演律的推廣,運用它可以簡便地求出一個函數(shù)的反函數(shù)。例如:(3)對偶規(guī)則對于任何一個邏輯函數(shù),如果將其表達式F中所有的算符“·”換成“+”,“+”換成“·”,常量“0”換成“1”,“1”換成“0”,而變量保持不變,則得出的邏輯函數(shù)式就是F的對偶式,記為F′(或F*)。例如:以上各例中F′是F的對偶式。不難證明F也是F′對偶式。即F與F′互為對偶式。

任何邏輯函數(shù)式都存在著對偶式。若原等式成立,則對偶式也一定成立。即,如果F=G,則F′=G′。這種邏輯推理叫做對偶原理,或?qū)ε家?guī)則。例如,已知乘對加的分配律成立,即A(B+C)=AB+AC,根據(jù)對偶規(guī)則有,A+BC=(A+B)(A+C),即加對乘的分配律也成立。3.若干常用公式(1)消去律

在邏輯代數(shù)中,如果兩個乘積項分別包含了互補的兩個因子(如B和B),而

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