数字电子技术基础课件

数字电子技术基础第一章第五章第四章第三章第二章第八章第七章第六章第九章第一章：数字逻辑基础1.1引言1.2数制的概念1.3常用数制间的转换1.4带符号数的表示方法1.5二进制数的算术运算1.6码制1.7逻辑代数基础1.8逻辑函数的表示方法及标准形1.9逻辑函数的化简1.10具有无关项逻函及其化简1.1引言1.1.1数字量和模拟量模拟量：随时间是连续变化的物理量。特点：具有连续性。表示模拟量的信号叫做模拟信号。工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。数字量：时间、幅值上不连续的物理量。特点：具有离散性。表示数字量的信号叫做数字信号。工作在数字信号下的电子电路称为数字电路。1.2数制的概念noiiimmnnnnDaaaaaaD101010101010110011通式：1.2.1十进制(Decimal)①有十个数码：0、1、┅┉9；②逢十进一（基数为十）；③可展开为以10为底的多项式。如：（48.63）＝21011031061081041.2.2二进制（Binary)①有两个数码：0、1；②逢二一（基数为2）；③可展为以2为底的多项式。如：DDB)375.5()2120212021()01.101(21012式中：同理：用同样方法可分析十六进制数，此处不再说明。i2称为位权。十进制二进制十进制二进制00000810001000191001200101010103001111101140100121100501011311016011014111070111151111下面说明十进制与二进制间的对应关系：二、数制转换1、二十方法：按位权展开再求和即可。2、十二整数部分：除2取余法19918148112024010011演算示例（19）D＝（）B小数部分：乘2取整法例：（0.625）D＝（）B0.625＊21.2500.501.00.1013、二十六方法：从小数点开始左右四位一组，然后按二、十进制的对应关系直接写出即可。如：（110110010.11011）B＝=（1B2.D8）HB21D81.6码制内容见下表例如，一位十进制数0~9十个数码，用四位二进制数表示时，其代码称为二——十进制代码，简称BCD代码。用不同的数码表示不同事物的方法，就称为编码。为便于记忆和处理，在编码时必须遵循一定的规则，这些规则就称为码制。BCD代码有多种不同的码制：8421BCD码、2421BCD码、余3码等，十进制编码种类0123456789权8421码00000001001000110100010101100111100010018421余3码00110100010101100111100010011010101111002421码（A）00000001001000110100010101100111111011112421余3循环码00100110011101010100110011011111111010102421码（B）000000010010001101001011110011011110111124215211码000000010100010101111000100111001101111152111.7逻辑代数基础逻辑代数(布尔代数)用来解决数字逻辑电路的分析与设计问题。参与逻辑运算的变量叫逻辑变量，用字母A，B……表示。每个变量的取值非0即1。逻辑变量的运算结果用逻辑函数来表示，其取值也为0和1。0、1的含义在逻辑代数及逻辑电路中，0和1已不再具有值的概念。仅是借来表示事物的两种状态或电路的两种逻辑状态而已。如：真－1合－1高－1取值；开关；电平。假－0分－0低－02、与逻辑真值表3、与逻辑函数式4、与逻辑符号5、与逻辑运算&ABY00=001=010=011=1Y=ABABY000110110001一、与逻辑运算1、与逻辑定义某一事件能否发生，有若干个条件。当所有条件都满足时，事件才能发生。只要一个或一个以上的条件不满足，事件就不发生，这种决定事件的因果关系“与逻辑关系”。1.7.1三种基本逻辑运算二、或逻辑运算AB011011Y01112、或逻辑真值表3、或逻辑函数式4、或逻辑符号Y=A+B0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=15、或逻辑运算≥1ABY1、或逻辑定义00某一事件能否发生，有若干个条件。只要一个或一个以上的条件满足，事件就能发生；只有当所有条件都不满足时，事件就不发生，这种决定事件的因果关系“或逻辑关系”。三、非运算条件具备时，事件不能发生；条件不具备时事件一定发生。这种决定事件的因果关系称为“非逻辑关系”。5、非逻辑运算4、非逻辑符号3、非逻辑函数式2、非逻辑真值表AY0110Y=A1AY0=11、非逻辑定义1=01.7.2几种最常见的复合逻辑运算1、与非Y=AB&ABYAB00011011Y11102、或非≥1ABYAB00011011Y1000Y=A+B3、同或AB00011011Y1001Y=AB+AB=A⊙BABY4、异或AB00011011Y0110ABY1Y=AB+AB=AB1.7.3逻辑代数的基本公式和常用公式序号公式序号公式910·A=021·A=A3A·A=A45A·B=B·A6A·(B·C)=(A·B)·C7A·(B+C)=A·B+A·C8A·A=0A·B=A+BA=A100=1111213141516171819A+A·B=A+B1=01+A=10+A=AA+A=AA+B=B+AA+(B+C)=(A+B)+CA+B·C=(A+B)·(A+C)A+A=1A+B=A·B1112131415161718试证明：A+AB=A1)列真值表证明2)利用基本公式证明1、A+AB=A+B的推广A+ABC=A+BCAB+ABC=AB+CA+AB=A+BAB+ABC=AB+C2、AB=A+B的推广ABC=A+B+C同理：A+B+C=ABC二、推广举例ABA+AB0+0·0=00+0·1=01+1·0=11+1·1=1A0011A+AB=A(1+B)=A·1=A常用公式的证明与推广一、证明举例000110113、冗余律AB＋AC＋BC＝AB＋AC1.7.4逻辑代数的基本定理1.4.1代入定理在逻辑代数中，如将等式两边相同变量都代之以另一逻函，则等式依然成立。如：A＋AB＝A＋B故：AC+D+AC+DB＝AC+D+B1.4.2反演定理将逻函中的“+”变“＊”，“＊”变“+”；“0”变“1”，“1”变“0”；原变量变反变量，反变量变原变量，所得新式即为原函数的反函数。将逻函中的“+”变“＊”，“＊”变“+”；“0”变“1”，“1”变“0”；变量不变，所得新式即为原函数的对偶式。如：Y＝（A+BCD）E，则Y＝A（B+C+D）+E＝A（B+CD）+E1.4.3对偶定理如：Y＝A（B+C），则Y‘＝A+BC1.8逻辑函数的表示方法及标准形式二、真值表一、逻辑函数表达式Y＝ABC+ABC+ABCABCY00000101001110010111011100000111上述逻函的真值表如右表所示。逻函是以表达式的形式反应逻辑功能。真值表是以表格的形式反应逻辑功能。1.8.1逻辑函数及表示方法1.8.1逻辑函数及表示方法三、逻辑图以逻辑符号的形式反应逻辑功能。与上述逻函对应的逻辑电路如下逻辑功能还有其它描述方法。&&&≥111ABCY四、各种逻辑功能描述方法间的转换关系逻函真值表逻辑图例：已知逻辑图，求其真值表。解：先由逻辑图写出逻函表达式，再将逻函表达式化为与或式并以此列出真值表。Y＝AAB·BAB＝AAB+BAB＝A（A+B）+B（A+B）＝AB+ABABY000110110011&&&&ABY1.8.2逻函的两种标准形式逻函有两种标准表达形式，即最小项和最大项表达形式，这里主要介绍最小项表达形式。一、最小项定义：设某逻函有ｎ个变量，ｍ是ｎ个变量的一个乘积项，若ｍ中每个变量以原变量或反变量的形式出现一次且只出现一次，则ｍ称为这个逻函的一个最小项。如：Y（A、B、C、D）＝ABCD+ABCD+ABC是不是1、最小项性质①、ｎ个变量必有且仅有2ｎ最小项000001010011100101110111ABCABCABCABCABCABCABCABC编号m0m1m2m3m4m5m6m7ABC最小项约定：原变量用“1”表示；反变量用“0”表示。注：用编号表示最小项时，变量数不同，相同编号所对应的最小项名也不同。如，ｍ6：对三变量逻函为ABC；对四变量逻函为ABCD②、所有最小项之和恒等于1②、所有最小项之和恒等于1根据这一性质知，逻函一般不会包含属于它的所有最小项。2、最小项的求法)7,6,5,3()()()(6735mmmmmCABABCBCACBACCABBCACBAABCBABAABCBAABABCBAABY注：●在真值表中，逻函所包含的最小项恰是逻函取值为“1”所对应的项，如：●逻函的最小项表达形式是唯一的。二、最大项——自学1.9.1化简的意义先看一例：1.9逻辑函数的化简11&&≥1BACY——与或表达式——与或非表达式——与非与非表达式——或非或非表达式——或与表达式=ABAC=(A+B)(A+C)=AB+ACY=AB+AC=AB+AC=A+B+A+C可见，同一逻函可以有多种表达方式，对应有不同的实现电路。那么哪种实现电路的方案最简单呢？因此，化简就成为最重要、最有实际意义的问题了。★化简的原则1、表达式中乘积项最少（所用的门最少）；2、乘积项中的因子最少（门的输入端数最少）；3、化为要求的表达形式（便于用不同的门来实现）。1.9.2公式化简法例1：Y＝AB+AB+ABC+ABCD+ABCD＝AB（1+C）+AB+（AB+AB）CD＝AB+AB+AB+ABCD＝AB+AB+CD例2：Y=ABC+AD+CD+BD+BED=ABC+AD+CD+BD=ABC+(A+C)D+BD=ABC+ACD+BD=ABC+ACD例3：Y=AB+BC+BC+AB=AB(C+C)+BC(A+A)+BC+AB=ABC+ABC+ABC+ABC+BC+AB=BC+AC+AB人的核心竞争力是“学习”1.9.3逻函的卡诺图化简法公式化简法建立在基本公式和常用公式的基础之上，化简方便快捷，但是它依赖于人们对公式的熟练掌握程度、经验和技巧，有时化简结果是否为最简还心中无数，而卡诺图化简法具有规律性，易于把握。一、逻函的卡诺图表示法（一）、逻辑相邻项定义：在逻函的两个最小项中，只有一个变量因互补而不同外，其余变量完全相同。如：CBA与CBAABCY00000101001110010111011100010111显然，在真值表中，几何相邻的两个最小项未必满足逻辑相邻。那么，能否将真值表中的最小项重新排列从而使得几何相邻必逻辑相邻呢？答案是：能，那就是真值表！ABCABCABCABCABCABCABCABCAAｍ0ｍ4ｍ3ｍ2ｍ1ｍ7ｍ6BCBCBCBC0100011110ｍ5ABC二变量：0101AB珍爱环境就是珍爱生命四变量：ABCD0001111000011110请同学们考虑它的相邻关系。（二）、相邻项的合并规则两个相邻项合并可消去一个变量，如：CBADCBADCBADACDABCDCBA四个相邻项合并可消去两个变量，如：CBCABCBADCABDCABDCBADCBAmmmm131254DBmmmm10820八个相邻项合并可消去三个变量，如：Dmmmmmmmm14121086420同理：十六个相邻项合并可湔去四个变量；以此类推。ABCD0001111000011110二、逻函的卡诺图化简法化简原则：●被圈最小项数应等于2ｎ个；●卡诺圈应为矩形且能大不小；●最小项可被重复圈但不能遗漏；●每圈至少应包含有一个新有最小项。例1：Y＝Σｍ（0，1，3，5，7）ABCD0001111000011110Y11111例2：Y＝Σｍ（0，4，5，7，15）11=A