第1章绪论-数字电路逻辑设计-XX理工大学教学课件

19:01数字电路逻辑设计太原理工大学信息工程学院张文爱19:01课程介绍课程介绍课程教学安排19:011课程介绍1.课程的性质3.课程研究内容5.教材和参考书4.课程特点与学习方法2.教学目标19:011.1课程的性质本课程是电子类专业专业基础课，它是研究应用于数字系统的各种半导体器件和集成器件的性能、电路及其应用的学科。它具有自身的体系，是实践性很强的课程。19:011.2教学目标获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力，为以后深入学习数字电子技术及其相关学科和专业打好以下两方面的基础：正确分析、设计数字电路，特别是集成电路的基础；为进一步学习设计专用集成电路(ASIC)的基础。19:011.3课程研究内容数字逻辑电路的分析和设计方法，常用集成电路应用，数字系统的设计。19:011.4课程特点与学习方法a、发展快b、应用广2、学习方法打好基础、关注发展、主动更新、注重实践1、课程特点摩尔定律:集成度按10倍/6年的速度发展。c、工程实践性强a、掌握基本概念、基本电路和基本分析、设计方法b、能独立的应用所学的知识去分析和解决数字电路的实际问题的能力。19:011.5教材和参考书教材：《数字电路逻辑设计》王毓银主编高等教育出版社《数字电路硬件设计实践》贾秀美主编高等教育出版社参考资料：《数字电子技术基础》阎石主编高等教育出版社《电子技术基础(数字部分)》第五版，康华光，高等教育出版社19:012课程教学安排1.课程介绍3.学习方法2.教学章节19:012.1课程介绍本课程为必修课，4学分。共讲授52学时，实验12学时。考试形式为统一闭卷考试。课程成绩以期末考试为主，同时参考平时成绩（包括到课情况、作业、实验等）。本课程有课程设计，1.5学分。19:012.2教学章节绪论（数制和码制）（第一章）掌握逻辑函数及其简化（第二章）熟练掌握集成逻辑门（第三章）掌握、应用组合逻辑电路（第四章）熟练掌握、应用集成触发器（第五章）熟练掌握、应用时序逻辑电路（第六章）熟练掌握、应用半导体存储器（第七章）掌握可编程逻辑器件（第八章）了解脉冲单元电路（第九章）掌握、应用19:012.3学习方法熟练掌握数字逻辑基础知识。重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能、外部特性及典型应用。掌握基本的分析和设计方法。本课程实践性很强。应重视习题、实验等实践性环节。注意培养和提高查阅有关技术资料和数字集成电路产品手册的能力，养成良好的学习习惯。19:01第1章绪论数字信号数制及其转换BCD码本章内容：19:011.1数字信号1.1.1数字信号和模拟信号模拟量模拟信号：表示模拟量的信号叫做模拟信号；模拟电路：工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。数字量数字量：时间上、数量变化上都是离散的物理量；数字信号：表示数字量的信号叫做数字信号；数字电路：工作在数字信号下的电子电路称为数字电路。模拟量：时间上、数量变化上都是连续的物理量19:011.1.1模拟信号与数字信号模拟信号——时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波。uOtOtu19:011.1.1模拟信号与数字信号数字信号——在时间上和数值上均是离散的信号。数字信号波形19:011.1.1模拟信号与数字信号由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换为数字信号。00模拟信号模数转换器3V数字输出000011模数转换的实现（详见教材第十章）19:011.1.2数字信号的表示方法电压(V)二值逻辑电平+3.5~51H(高电平)0~1.50L(低电平)逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）在电路中用高、低电平表示1、0两种逻辑状态0、1数码---表示数量时称二进制数表示方式二值数字逻辑---表示事物状态时称二值逻辑19:011.1.3数字波形(a)用逻辑电平描述的数字波形(b)16位数据的图形表示数字波形——是信号逻辑电平对时间的图形表示.19:011.1.3数字波形高电平低电平有脉冲*非归零型*归零型无脉冲数字波形的两种类型:19:011.2数制及其转换数制常用的数制数制的转换本节内容：19:011.2.1数制数制——多位数码中的每一位数的构成及从低位向高位进位的规则。通用表达式iiiK（D）NN×=-=位权系数基数19:01基数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。位权（位的权数）：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。1.2.1数制19:011.2.2常用的数制1.十进制采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数码，进位的规则是：“逢十进一”。iii10=-=KD)N(一般表达式:4587.29=4103+5102+8101+7100+210-1+910-2(32.79)10=3101+2100+710-1+910-219:011.2.2常用的数制2.二进制只有0、1两个数码，进位的规则是：“逢二进一”。一般表达式:iiiBK)N(2=-=(1001.01)2=1×23+0×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。(1001.01)2=1×23+0×22+0×21+1×20+0×2-1+1×2-2=8+0+0+1+0+0.25=（9.25）1019:011.3.2常用的数制3.八进制采用0,1,2,3,4,5,6,7八个数码，进位的规则是：“逢八进一”。一般表达式:--==188)(nmiiiaN(5001.01)8=5×83+0×82+0×81+1×80+0×8-1+1×8-2将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。(5001.01)8=5×83+0×82+0×81+1×80+0×8-1+1×8-2=2560+0+0+1+0+0.015625=（2561.015625）1019:011.2.2常用的数制4.十六进制采用0～9、A、B、C、D、E、F十六个数码，进位的规则是：“逢十六进一”。一般表达式:--==1nmiiiH16a)N((3A.1)16=3×161+10×160+1×16-1(3A.1)16=3×161+10×160+1×16-1=48+10+0.0625=（58.0625）10将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。19:011.2.3数制的转换直接转换：十进制——二进制（八、十六进制）二进制——八进制（十六进制）间接转换：八进制——十六进制二进制十进制八进制十六进制19:011.2.3数制的转换1.各种数制转换成十进制按权展开求和2.十进制转换为二进制整数和小数分别转换整数部分：除2取余法小数部分：乘2取整法1.5001整数0.750025603011012(25)10=(11001)2×2×21.0001.37522220.375×2余数121读数顺序读数顺序.01119:011.2.3数制的转换3.二进制与八进制间的相互转换二进制→八进制:(11100101.11101011)2=(345.726)8(11100101.11101011)2=(?)811100101.11101011003457261110010111101011从小数点开始，以三位一组的方式向两侧扩展组合，最后不足三位时加0补成三位，按顺序写出各组对应的八进制数。19:011.2.3数制的转换每位八进制数用三位二进制数代替，再按原顺序排列。八进制→二进制:(745.361)8=(111100101.011110001)219:011.2.3数制的转换4.二进制和十六进制间的相互转换(10011111011.111011)2=(4FB.EC)16(10011111011.111011)2=(?)1610011111011.11101104FBEC0二进制→十六进制:从小数点开始，以四位一组的方式向两侧扩展组合，最后不足四位时加0补成四位，按顺序写出各组对应的十六进制数。19:011.2.3数制的转换(3BE5.97D)16=(11101111100101.100101111101)2十六进制→二进制:每位十六进制数用四位二进制数代替，再按原顺序排列。19:011.2.3数制的转换5.十进制转换为八进制（十六进制）方法一参考十进制到二进制的转换方法，将乘数和除数换成8（八进制）或者16（十六进制）即可。方法二先将十进制转换为二进制，再进行二进制到八进制（十六进制）的转换。方法二相对简单、实用。19:011.2.3数制的转换6.八进制和十六进制间的转换方法一将八进制转为十进制，再转换为十六进制。方法二将八进制转为二进制，再转换为十六进制。方法二相对简单、实用。19:011.3二—十进制码有权BCD无权BCDBCD码表示十进制数本节内容：19:011.3BCD码将若干个二进制数码0和1按一定规则排列起来表示某种特定含义的代码称为二进制代码，简称二进制码。用数码的特定组合表示特定信息的过程。常用二进制代码自然二进制码二-十进制码格雷码奇偶检验码ASCII码码制：编码：19:011.3二—十进制码BCD码（BinaryCodeDecimal)二-十进制代码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的0~9十个数码。简称BCD码。问题：为什么不用二进制数？19:011.3二—十进制码BCD码十进制数码8421码2421码5421码余3码余3循环码00000000000000011001010001000100010100011020010001000100101011130011001100110110010140100010001000111010050101101110001000110060110110010011001110170111110110101010111181000111010111011111091001111111001100101019:01对于恒权码，将代码为1的数权值相加即可得代码所代表的十进制数。1、有权码：8421、2421和5211BCD码是恒权码例如（1001）8421BCD=（1111）2421BCD=（0111，1001）8421BCD=（1011，1111）2421BCD=8+1=（9）102+4+2+1=（9）10（79）10（59）101.3.1有权BCD19:012、无权码：余3码、余3循环码、移存码和单位间距码是无权码1.3.2无权BCD19:01余3码的编码规律：在依次罗列的四位二进制的十六种态中去掉前三种和后三种。所以叫“余3码”。余3循环码的主要特点：相邻两个代码之间仅有一位的状态不同。因此将余3循环码计数器的输出状态译码时，不会产生竞争-冒险现象。编码特点：自然权、自补性、相邻性、移位等。1.3.2无权BCD19:011.3.3BCD表示十进制数3.用BCD代码表示十进制数BCD2421236810BCD84215364100010.0011110011102.8630101.0011011001005.463==不能省略！不能省略！19:011.二进制数的算术运算：基本同十进制数，只是“逢二进一”、“借一当二”；加、减、乘、除运算举例见P8。2.二进制数的逻辑运算：二进制0、1表示两种不同的状态，如：电位的高低、脉冲的有无、开关的通断，即逻辑状态，可以根据逻辑关系进行逻辑运算，是数字逻辑电路的重要部分，在下一章介绍。1.4算术运算与逻辑运算19:011.定义：对数字信号进行算术运算和逻辑运算的电路。2.特点：简单：只有0、1；集成化：SSIC、MSIC、LSIC、VLSIC（P9）中、小规模的硬件逻辑设计（本课程的主要内容）；大、超大规模的软件逻辑设计（如微处理器、单片机等）；兼有二者优点的专用集成电路设计（ASIC）。第8章简单介绍，将在后续课程中学习