数电 第一章 数字逻辑概论

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1、第一章数字逻辑概论1.1数字电路与数字信号1.2数制1.3二进制数的算术运算1.4二进制代码1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算1.6逻辑函数及其表示方法1.1数字电路与数字信号1.1.1数字技术的发展及其应用1.数字技术的发展1906年：美国李.德福雷斯特发明了真空三极管。1948年：晶体管之父威廉•肖克利发明了第一只晶体管。1958年：美国基尔比制成第一块集成电路，6个月后诺伊斯制成第一块硅集成电路。60～70代：IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI、VLSI。10万个晶体管/片，芯片中晶体管0.35

2、um；1971年：美国M.E.霍夫制成第一台四位微处理器4004；1976年：美国S.克雷制成第一部微型计算机“克雷-I”；80年代后：ULSI，10亿个晶体管/片、ASIC制作技术成熟；1983年：我国研制成功第一台速度为1亿次的“银河”巨型计算机;90年代后：ASIC、可编程逻辑器件（PLD）现场可编程门阵列;目前：芯片内部的布线细微到亚微米(0.13~0.09μm)量级微处理器的时钟频率高达2.8GHz（109Hz）。2.数字技术的应用人类进入到数字时代，数字技术是发展最快、应用最广泛的技术。航空航

3、天火星探测器雷达技术通信技术智能机器人智能仪器计算机技术数码相机1.1.2数字集成电路的分类及特点1.数字集成电路的分类按集成度不同划分：数字集成电路按集成度分为小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）、超大规模（VLSI）和甚大规模（ULSI）等。集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目。分类门的个数典型集成电路小规模最多12个逻辑门、触发器中规模12～99计数器、加法器大规模100～9999小型存储器、门阵列超大规模10000～99999大型存储器、微处理器甚大规模106以上可编程逻辑器

4、件、多功能专用集成电路按电路结构和工作特点不同划分：数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。2.数字集成电路的特点稳定性高，结果的再现性好；易于设计，精度高；便于大规模集成，批量生产，体积小，通用性好，成本低；具可编程性，可实现硬件设计软件化；高速度，低功耗；便于加密、解码。3.数字电路的分析、设计与测试（1）数字电路的分析方法内容模拟电路数字电路工作信号模拟信号数字信号器件工作状态放大饱和或截止研究对象放大性能逻辑功能基本单元电路放大电路逻辑门、触发器分析工具及方法图解法、微变等效电路法真值表、卡

5、洛图、逻辑表达式、状态转换图、布尔代数（2）数字电路的设计方法采用自下而上的设计方法；由人工组装，经反复调试、验证、修改完成；所用的元器件较多，电路可靠性差，设计周期长。传统的设计方法：采用从上到下设计方法；现代EDA技术实现硬件设计软件化；电路设计、分析、仿真、修订全通过计算机完成。现代的设计方法：EDA技术EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下载到芯片，实现系统功能。设计：在计算机上利用软件平台进行设计设计方法原理图设计VerlogH

6、DL语言设计状态机设计仿真（波形仿真）下载（下载到芯片）结果验证（3）数字电路的测试技术数字电压表电子示波器逻辑分析仪1.1.3模拟信号和数字信号1.模拟信号——时间和数值均连续变化的电信号。如正弦波、三角波等。2.数字信号——时间和数值均离散的电信号。3.模拟量的数字表示数字信号便于存储、分析和传输，通常将模拟信号转换为数字信号。模拟信号采样量化和编码A/D转换1.1.4数字信号的描述方法在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态。1.二值数字逻辑和逻辑电平（1）二值数字逻辑在数字电路中，0、1组成二进

7、制数可以表示数量大小，也可以表示两种对立的逻辑状态。二值数字逻辑：0、1表示的两种对立逻辑状态的逻辑关系。（2）逻辑电平电压二值逻辑电压3.5～5V1H（高电平）0～1.5V0L（低电平）2.数字波形（1）数字波形的两种类型：(a)非归零型；(b)归零型数字波形——是信号逻辑电平对时间的图形表示比特率——每秒钟转输数据的位数。（2）周期性和非周期性周期性数字波形的参数周期T（频率f）脉冲宽度tW占空比q=tw/T×100％（3）实际脉冲波形及主要参数上升时间tr—从脉冲幅值的10％上升至90％所经时间（典

8、型值ns）下降时间tf—从脉冲幅值的90％下降至10％所经时间（典型值ns）脉冲宽度tw—脉冲幅值的50％两个时间点所跨越的时间占空比—脉冲宽度tw占整个周期T的百分数（4）时序图时序图——表明各个数字信号时序关系的多重波形图。存储器写入数据的时序图1.2数制1.2.1十进制十进制：以10为基数的计数体制。数码为：0～9；基数是10。运算规律：逢十进一，即：9＋1＝10在数字电路中，计数的基本思想是要把电路的状态与数码一一对应