[整理版]数字逻辑基础

《[整理版]数字逻辑基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、数字逻辑基础内容提要：本章主要介绍数制、代码、三种基本逻辑运算、逻辑代数的基本定理、逻辑函数及其化简方法。学习提示：二进制数及二进制代码是数字系统小信息的主要表示形式；与、或、非三种基木逻辑运算是逻辑代数的基础，熟练掌握三种基木逻辑运算是正确理解逻辑代数基木定理的前提。逻辑代数是分析数字电路和系统的基木工具，因此，正确理解并熟练掌握逻辑代数的基木定理、逻辑函数的代数化简法和卡诺图化简法是深入学习数字电了技术的关键。采用硬件描述语言对数字系统进行描述是现代数字系统设计的发展方向，逐步了解VHDL硬件描述语言I•分必要。1.1概述电子电路分为模拟电路和

2、数字电路两大部分，模拟电路所处理的信号是在时间上和数值上连续的模拟信号，数字电路则用于处理在吋间上和数值上不连续的离散信号或者叫做数字信号。如今，数字电路与技术已广泛应用于计算机、自动化装置、医疗仪器与设备、交通、电信、文娱活动等几乎所有的生产生活领域中，町以毫不夸张地说，几乎每人每天都在与数字技术打交道。本章将介绍冇关数字电了技术的一些基本概念、基木理论与基本分析方法，它们对于从最简单的开关接通和断开到最复杂的计算机等所有的数字系统都是适用的。1.1.1数字技术的特点经常看到H常'牛活中的电子仪器及相关技术屮，过去曾川模拟电路实现的功能，如今越来

3、越多地被数字技术所替代，向数字技术转移的主要原因在于数字技术具有下述优点：（1）数字系统容易设计。这是因为数字系统所使用的电路是开关电路，开关电路中电压或电流的精确值并不重要，重要的是其变化的范围（高电平或低电平）。（2）信息存储方便。信息存储由特定的器件和电路实现，这种电路能存储数字信息并根据需要长期保存。人规模存储技术能在相对较小的物理空间上存储几1亿位信息。相反，模拟存储能力是相当有限的。（3）整个系统的准确度及精度容易保持一致。信号一旦被数字化，在处理过程中其包含的信息不会降低精度。而在模拟系统屮，电压和电流信号由于受到信号处理电路小元器件

4、参数的改变、温度及湿度的影响会产生失真。（4）数字电路抗干扰能力强。在数字系统屮，因为电压的准确值并不重要，只要噪声信号不至于影响区别高低电平，则电压寄生波动（噪声）的影响就可忽略不计。（5）大多数数字电路能制造在集成电路芯片上。事实上，模拟电路也受益于快速发展的集成电路工艺，但是模拟电路相对复杂一些，所存器件无法经济地集成在一起（如大容量电容、精密电阻、电感、变压器等），它阻碍了模拟系统的集成化，使其无法达到与数字电路同样的集成度。虽然数字技术的优点明显，但采用数字技术时必须面对下述两大问题：一是口然界中大多数物理量是模拟量，二是信号的数字化过程

5、需要时间。应用系统屮被检测、处理、控制的输入、输出信号经常是模拟信号，如温度、压力、速度、液位、流速等。当涉及模拟输入、输出时，为了利用数字技术的优点，必须首先把实际中的模拟信号转换为数字形式，进行数字信息处理，最后再把数字信号变换为模拟输出。由于必须在信息的模拟形式与数字形式Z间进行转换，从何增加了系统的复杂性和费用。所需要的数据越精确，则处理过程花费的时间越长。1.1.2数字电路的发展数字技术的发展历程一般以数字逻辑器件的发展为标志，数字逻辑器件经历了从半导体分立元件到集成电路的过程，数字集成电路可分为小规模（SSI）、屮规模（MSI）、人规模

6、（LSI）和超人规模（VLSI）集成电路等，如表1.1所示。集成度是指一个芯片屮所含等效门电路（或晶体管）的个数。随着集成电路生产工艺的进步，数字逻辑器件的集成度越来越髙，目前所牛产的髙密度超大规模集成电路（GLSI）的一个芯片内所含等效门电路的个数己超过一百万。表1.1集成电路的分类类型晶体管个数典型集成电路小规模（SS1）W10逻辑门中规模（MSI）10〜100计数器，加法器大规模（LSI）100〜1000小型存储器，门阵列超大规模（VLSI）1000〜1()6大型存储器，可编程逻辑器件等数字逻辑器件有标准逻辑器件和专用集成电路（ASIC）两种

7、类型，标准逻辑器件包括TTL、CMOS、ECL系列，其中TTL、CMOS系列是过去30多年中构成数字电路的主要元器件，但随着专用集成电路中可编程逻辑器件的发展，新的系统设计正愈来愈多地采用可编程逻辑器件实现。因此，可编程逻辑器件代表了数字技术的发展方向。随着现代电子技术和信息技术的飞速发展，数字电路已从简单的电路集成走向数字逻辑系统集成，即把整个数字逻辑系统制作在一个芯片上（SOC）。电路集成与系统集成都属于硬件集成技术。硬件集成技术飞速发展的同时，系统设计软件技术也发展得很快。唤件集成技术与系统设计软件技术的迅猛发展，向实现彻底的、真止的电了系统

8、设计自动化的目标靠得更近。1.1.3数字电路的研究对象、分析工具及描述方法数字电路是以二值数字逻辑为基础的，电路的输入、输