数字电路与逻辑设计 教学课件 作者 邹虹 第1章-数字逻辑基础.ppt

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1、数字电路与逻辑设计第1章数字逻辑基础引论1.1数制和编码1.2逻辑代数1.31.1引论1.1.1数字电路的由来及发展1.1.2模拟/数字信号两类物理量：一类称为模拟量(AnalogQuantity)，有时间和数值都连续变化。另一类称为数字量(DigitalQuantity)，在时间上还是在数值上都是离散变化的。数字电路中数字信号的取值只有“0”和“1”，描述两种完全对立的状态，数字信号一个“0”或“1”的持续时间称为一拍，即1比特（bit）。数字信号有两种传输波形，一种称为电位型，另一种称为脉冲型。电位型数字

2、信号是以一个节拍内信号是高电平还是低电平来表示“1”或“0”，也称为不归零型（NonReturnZero,NRZ）数字信号。而脉冲型数字信号是以一个节拍内有无脉冲来表示“1”或“0”，也称为归零型（ReturnZero,RZ）数字信号。如图1-1所示。1.1.3数字电路的特点1.精度高2.可靠性高3.容易处理信息4.保密性5.快速6.经济性1.1.4数字集成电路的分类按规模的大小，集成电路可分为以下几种。（1）小规模集成电路(SmallScaleIntegration，SSI)：指一个芯片上具有

3、少于12个逻辑门的数字集成电路。（2）中规模集成电路(MediumScaleIntegration，MSI)：指一个芯片上逻辑门数目介于12～99之间的数字集成电路。（3）大规模集成电路(LargeScaleIntegration，LSI)：指一个芯片上逻辑门数目介于99～2999之间的数字集成电路。（4）超大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegration，VLSI)：指一个芯片上逻辑门数目介于3000～99999之间的数字集成电路。（5）特大规模集成电路(UltraLargeSc

4、aleIntegration，ULSI)：指一个芯片上逻辑门数目超过100000的所有数字集成电路。到2006年，一个芯片上已可集成2亿个晶体管。表1-1集成电路特征参数的进展情况按应用，集成电路可分为以下几种。（1）通用型集成电路（2）专用性集成电路（ApplicationSpecificIC，ASIC）（3）可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevice，PLD）按有源器件及工艺类型的不同，集成电路可分为以下几种。(1)双极型晶体管集成电路(2)单极型MOS集成电路(3)双极与M

5、OS混合集成电路1.2数制和编码1.2.1数制数制是计数进位制的简称，常用的数制有：十进制、二进制、八进制和十六进制。有基数(radix）和位权值(weight)两个基本概念。基数是指表示计数进位制所用字符或数码的个数，位权值是指数制中每个数位对应的位值。1.十进制十进制(DecimalNumberSystem)。十进制有0，1，2，3，4，5，6，7，8，9共10个基本数码，其基数为10，遵循的计数规则是“逢十进一，借一当十”。第n位十进制整数的位权值是10n-1，第m位十进制小数的位权值是10-m。可以用

6、位权值展开的方法描述一个十进制数。（536.9）10＝5×103-1＋3×102-1＋6×101-1＋9×10-1任意一个形如dn-1dn-2…d1d0·d-1…d-m的十进制数N10都可按位权展开为：N10＝dn-1×10n-1＋dn-2×10n-2＋…+d1×101＋d0×100+d-1×10-1+…+d-m×10-m=2.二进制二进制(BinaryNumderSystem)。二进制只有0，1两个基本数码，其基数为2，遵循的计数规则是“逢二进一，借一当二”。第n位二进制整数的位权值是2n-1，第m位二进

7、制小数的位权值是2-m。表1-2二进制各位的位权值同样，任意一个二进制数N2都可按位权展开为：二进制具有如下的优点。（1）数字系统常采用具有两个稳定开关状态的开关元件的状态来表示“0”和“1”这两个计数符号。例如，继电器的通与断，触发器的饱和与截止等。在电路技术和工程实现上都非常容易获得这些元件，而且它们可靠性很高，抗干扰能力很强。（2）二进制运算非常简单，只需定义“加”和“乘”两种基本运算便能实现其他各种运算。（3）数字系统具有存储信息的优点，而存储二进制信息所需要的设备量接近最低。（4）有非常成熟

8、的布尔代数作为分析和设计数字系统提供数学基础。二进制的缺点是：书写长，难于辨认，难于记忆，不符合人类使用十进制数的习惯，人机对话时需要转换等。3.八进制和十六进制八进制有0，1，2，3，4，5，6，7共8个基本数码，其基数为8，遵循的计数规则是“逢八进一，借一当八”。第n位八进制整数的位权值是8n-1，第m位八进制小数的位权值是8-m。任意一个八进制数N8都可按位权展开为十六进制的基数为16，有