数字逻辑基础(共享)

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1、数字逻辑基础内容提要：木章主要介绍数制、代码、三种基本逻辑运算、逻辑代数的基木定理、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中信息的主要表示形式，与、或、非三种基本逻辑运算是逻辑代数的基础，逻緝代数是分析数字电路和系统的基本工具。熟练掌握三种基本逻辑运算是正确理解逻辑代数基本泄理的前提，正确理解并熟练学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。1.1概述电子电路分为模拟电路和数字电路两人部分，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

2、理在时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、家用电器等儿乎所冇的生产生活领域中，可以毫不夸张地说，儿乎每人每天都在与数字技术打交道。从木章开始，将分别介绍冇关数字电了技术的一些基木概念、S本理论打基本分析方法，它们对丁从最简单的开关接通和断开到比较复杂的计算机等所有的数字系统都是适用的。1.1.1数字技术的特点无论在简单的数字电路或复杂的数字系统中，i般仅涉及两种可能的逻辑状态，它们分别用高电平和低电平表示，高低电平通常用1和()表示。当用

3、1和()分别表示高低电平时，称Z为」E逻辑。它是冃前各种数字系统中普遍采用的逻辑体系。这里的0和1不代表数值的大小，而代表两种不同的逻辑状态。经常看到FI常牛活屮的电子仪器及相关技术屮，过去曾卅模拟电路实现的功能，如今越来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启较多的优点:(1)数字系统一般容易设计与调试。数字系统所使用的电路是开关电路，开关电路屮电压或电流的精确值并不重要，重要的是其所处的状态(高电平或低电平)。数字电子技术基础（第2版）（2）数字信息存储方便。信息存储由特定的器件和电路实现，这种电路

4、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札I对较小的物理空间上存储几十亿位信息。（3）数字电路抗干扰能力强。在数字系统中，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。而在模拟系统中，电压和电流信号由于受到信号处理电路中元器件参数的改变、环境温度的影响等会产生失真。（4）数字电路易于集成化。数字电路中涉及的主要器件是开关元件，如二极管、三极管、场效应管等，它们便于集成在一个芯片上。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，所冇

5、器件无法经济地集成在一起（如人容量电容、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。（5）数字集成电路的可编程性好。现代数字系统的设计，越来越多地采用可编程逻辑器件，硬件描述语言的发展，促进了数字系统硬件电路设计的软件化，为数字系统研发带来了极人的方便与灵活性。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：一是自然界中人多数物理量是模拟量，二是模拟信号的数字化过程需要时间。应用系统中被检测、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

6、涉及模拟输入输岀时，为了利用数字技术的优点，必须首先把实际屮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信号输出。由于必须在信息的模拟形式与数字形式之间进行转换，从而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氏。1.1.2数字电路的发展数字技术的发展历程一燉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）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路等，如表1.1所示。集成度是指一个芯片中所

7、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來越高，冃前所生产的高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已超过一百万。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（SSI）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、门阵列超人规模（VLSI）1000〜106大型存储器、可编程逻辑器件等数字逻辑辭件有标准逻辑器件、专用集成电路（ASIC）、可编程逻辑器件（PLD）三种类型，标准逻辑器件包括TTL、CMO

8、S、ECL系列，其中TTL、CMOS系列是过去40多年中构成数字电路的主要元器件，但随着可编程逻辑器件的发展，新的系统设计正越来越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，数字电路己从简单的电路集成走向数字