课题1数字逻辑基础与集成门电路.ppt

1、课题课题1数字逻辑基础与集成门电路数字逻辑基础与集成门电路实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的逻辑控制仿真照明灯的逻辑控制实训实训1.2 Multisim仿真分立元件门电路仿真分立元件门电路实训实训1.3 集成门电路的逻辑测试集成门电路的逻辑测试实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的逻辑控仿真照明灯的逻辑控制制1.1.1数字电路的概述数字电路的概述1.1.1.1数字信号与数字电路数字信号与数字电路 在自然界中存在的许多物理量中，有一类物理量如温度、湿度、在自然界中存在的许多物理量中，有一类物理量如温度、湿度、压力、速度等，它们在时间和数值上都具有连续变化的特点，这一类压力、速度等

2、，它们在时间和数值上都具有连续变化的特点，这一类物理量称为模拟量。表示模拟量的信号称为模拟信号，见物理量称为模拟量。表示模拟量的信号称为模拟信号，见图图12(a)用用以产生、传递和处理模拟信号的电路称为模拟电路以产生、传递和处理模拟信号的电路称为模拟电路 另一类物理量，如自动生产线上输出的零件数目等，在时间和另一类物理量，如自动生产线上输出的零件数目等，在时间和数量上都是离散变化的，即变化在时间上是不连续的，总是发生在一数量上都是离散变化的，即变化在时间上是不连续的，总是发生在一系列的离散瞬间，且数量大小和每次的增减变化都是某一个最小数量系列的离散瞬间，且数量大小和每次的增减变化都是某一个最小

3、数量单位的整数倍，而小于这个最小数量单位的数值是没有任何物理意义单位的整数倍，而小于这个最小数量单位的数值是没有任何物理意义的。这一类物理量称为数字量，见的。这一类物理量称为数字量，见图图1一一2(b)。表示数字量的信号称为。表示数字量的信号称为数字信号。用以产生、传递和处理数字信号的电路称为数字电路。数字信号。用以产生、传递和处理数字信号的电路称为数字电路。下一页返回实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的仿真照明灯的逻辑控制逻辑控制1.1.1.2数字电路特点数字电路特点 数字电路有许多区别于模拟电路的特点，主要如下。数字电路有许多区别于模拟电路的特点，主要如下。数字电路不仅能够完成算术

4、运算数字电路不仅能够完成算术运算(加、减、乘、除加、减、乘、除)，而且能够完成，而且能够完成逻辑运算逻辑运算(与、或、非等与、或、非等)，这在控制系统中是必不可少的，因此数字，这在控制系统中是必不可少的，因此数字电路也常常被称为数字逻辑电路或逻辑电路电路也常常被称为数字逻辑电路或逻辑电路 数字电路中，无论是算术运算还是逻辑运算，其信号代码符号只有数字电路中，无论是算术运算还是逻辑运算，其信号代码符号只有“0”和和“1”两种，电路的基本单元相对简单，便于集成和批量生产两种，电路的基本单元相对简单，便于集成和批量生产制造。随着半导体技术和工艺的飞速发展，数字电路几乎就是数字集制造。随着半导体技术和

5、工艺的飞速发展，数字电路几乎就是数字集成电路。批量生产的集成电路成本低廉，使用方便成电路。批量生产的集成电路成本低廉，使用方便 数字电路组成的数字系统，工作信号只有高、低两种电平，所以数数字电路组成的数字系统，工作信号只有高、低两种电平，所以数字电路的半导体器件一般工作在导通和截止这两种开关状态，抗干扰字电路的半导体器件一般工作在导通和截止这两种开关状态，抗干扰能力强，功耗低，可靠性高，稳定性好。能力强，功耗低，可靠性高，稳定性好。下一页上一页返回实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的仿真照明灯的逻辑控制逻辑控制 保密性好。保密性好。通用性强。通用性强。1.1.2数制与编码数制与编码 1

6、.1.2.1数制数制 数制是一种计数的方法，它是进位计数制的简称。进位计数制只数制是一种计数的方法，它是进位计数制的简称。进位计数制只用几个用几个“数码数码”就能将任意大小的数表示出来。就能将任意大小的数表示出来。1.常用进位计数制常用进位计数制 1)十进制十进制 在十进制中，每个数位使用的数码为在十进制中，每个数位使用的数码为0,1,2,，9，共，共10个，故个，故其进位基数其进位基数R为为10，其计数规则是，其计数规则是“逢十进一逢十进一”。各位的权值为。各位的权值为10 i,i是各数位的序号。是各数位的序号。十进制数用下标十进制数用下标“D”表示，也可省略。表示，也可省略。下一页上一页返

7、回实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的仿真照明灯的逻辑控制逻辑控制 2)二进制二进制 在二进制中，每个数位使用的数码为在二进制中，每个数位使用的数码为0，1，共，共2个，故其进位基个，故其进位基数数R为为2，其计数规则是，其计数规则是“逢二进一逢二进一”。各位的权值为。各位的权值为2 i,i是各数位是各数位的序号。的序号。二进制数用下标二进制数用下标“B”表示。表示。3)十六进制十六进制 在十六进制中，每个数位上规定使用的数码符号为在十六进制中，每个数位上规定使用的数码符号为0，1,2,，9,A,B，C,D,E,F，共，共16个，故其进位基数个，故其进位基数R为为16。其计数规则是。其

8、计数规则是“逢十六进一逢十六进一”，各位的权值为，各位的权值为16 i,i是各数位的序号。是各数位的序号。十六进制数用下标十六进制数用下标“H”表示。表示。下一页上一页返回实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的仿真照明灯的逻辑控制逻辑控制 2.数制转换数制转换 1)非十进制数转换成十进制数非十进制数转换成十进制数 不同数制之间的转换方式有若干种。把非十进制数转换成十进不同数制之间的转换方式有若干种。把非十进制数转换成十进制数采用按权展开相加的方法。具体步骤是，首先把非十进制数写成制数采用按权展开相加的方法。具体步骤是，首先把非十进制数写成按权展开的多项式，然后按十进制数的计数规则求其和。

9、按权展开的多项式，然后按十进制数的计数规则求其和。2)十进制数转换成其他进制数十进制数转换成其他进制数 对于既有整数部分又有小数部分的十进制数转换成其他进制数，对于既有整数部分又有小数部分的十进制数转换成其他进制数，首先要把整数部分和小数部分分别转换，再把两者转换结果相加。具首先要把整数部分和小数部分分别转换，再把两者转换结果相加。具体方法如下。体方法如下。(1)整数转换采用基数连除法整数转换采用基数连除法 把十进制整数把十进制整数N转换成转换成R进制数的步骤如下。进制数的步骤如下。将将N除以除以R，记下所得的商和余数，记下所得的商和余数 将上一步所得的商再除以将上一步所得的商再除以R，记下所

10、得的商和余数。，记下所得的商和余数。下一页上一页返回实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的仿真照明灯的逻辑控制逻辑控制 重复做第重复做第步，直到商为。步，直到商为。将各个余数转换成将各个余数转换成R进制的数码，并按照和运算过程相反的顺序把进制的数码，并按照和运算过程相反的顺序把各个余数排列起来，即为各个余数排列起来，即为R进制的数。进制的数。(2)纯小数转换采用基数连乘法纯小数转换采用基数连乘法 把十进制纯小数把十进制纯小数M转换成转换成R进制数的步骤如下。进制数的步骤如下。将将M乘以乘以R，记下整数部分。，记下整数部分。将上一步乘积中的小数部分再乘以将上一步乘积中的小数部分再乘以R，记

11、下整数部分。，记下整数部分。重复做第重复做第步，直到小数部分为。或者满足精度要求为止。步，直到小数部分为。或者满足精度要求为止。将各步求得的整数转换成将各步求得的整数转换成R进制的数码，并按照和运算过程相同的进制的数码，并按照和运算过程相同的顺序排列起来，即为顺序排列起来，即为R进制的数。进制的数。下一页上一页返回实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的仿真照明灯的逻辑控制逻辑控制 3)二进制数转换成十六进制数二进制数转换成十六进制数 二进制数转换成十六进制数时，其整数部分和小数部分可以同二进制数转换成十六进制数时，其整数部分和小数部分可以同时转换。其方法是时转换。其方法是:以二进制的小数

12、点为起点，分别向左、向右每四以二进制的小数点为起点，分别向左、向右每四位为一组。对于小数部分，最低一组不足四位时必须在有效位右边补位为一组。对于小数部分，最低一组不足四位时必须在有效位右边补0，使其足位。把每一组二进制数转换成十六进制数，并保持原排序。，使其足位。把每一组二进制数转换成十六进制数，并保持原排序。对于整数部分，最高位一组不足位时，可在有效位的左边补对于整数部分，最高位一组不足位时，可在有效位的左边补0，也可，也可不补。不补。4)十六进制数转换成二进制数十六进制数转换成二进制数 十六进制数转换成二进制数时，只要把十六进制数的每一位数十六进制数转换成二进制数时，只要把十六进制数的每一

13、位数码转换成四位二进制数，并保持原有排序即可。整数最高位一组左边码转换成四位二进制数，并保持原有排序即可。整数最高位一组左边的的0，以及小数最低位一组右边的，以及小数最低位一组右边的0。下一页上一页返回实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的仿真照明灯的逻辑控制逻辑控制1.1.2.2编码编码 数字系统中的信息可以分为两类，一类是数值信息，另一类是数字系统中的信息可以分为两类，一类是数值信息，另一类是文字、符号信息。数值的表示方法已如前述。为了表示文字符号信息，文字、符号信息。数值的表示方法已如前述。为了表示文字符号信息，往往也采用一定位数的二进制数码来表示，这个特定的二进制码称为往往也采用

14、一定位数的二进制数码来表示，这个特定的二进制码称为代码代码(code)。建立这种代码与文字、符号或特定对象之间的一一对应。建立这种代码与文字、符号或特定对象之间的一一对应关系则称为编码关系则称为编码(coding)。这就如同运动会上给所有运动员编上不同。这就如同运动会上给所有运动员编上不同的号码一样。的号码一样。下一页上一页返回实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的仿真照明灯的逻辑控制逻辑控制 1.二二十进制码十进制码(BCD码码)用四位二进制数来表示十进制中的用四位二进制数来表示十进制中的0 9十个数码称为二十个数码称为二十进制十进制代码代码(BinaryCoded Decimal)，

15、简称，简称BCD码。由于四位二进制数有十码。由于四位二进制数有十六种不同的组合状态，用以表示十进制中的十个数码时，只需选用其六种不同的组合状态，用以表示十进制中的十个数码时，只需选用其中十种组合，其余六种组合则不用中十种组合，其余六种组合则不用(称为无效组合称为无效组合)。因此，。因此，BCD码的码的编码有很多种。常用的编码有很多种。常用的BCD编码有以下几种。编码有以下几种。l)842lBCD码码(简称简称8421码码)842 1 BCD码是一种最基本的，应用十分普遍的码是一种最基本的，应用十分普遍的BCD码。它是码。它是一种有权码，一种有权码，8421就是指编码中各位的权分别是就是指编码中

16、各位的权分别是8、4、2、1。如。如表表1一一1所示。所示。2)余三码余三码 每个每个1位十进制数用余三码表示时，比位十进制数用余三码表示时，比8421码多码多3(即多即多0011)，故，故称为余三码。称为余三码。下一页上一页返回实训实训1.1 Multisim仿真照明灯的仿真照明灯的逻辑控制逻辑控制 2.格雷码格雷码(Gray码码)格雷码属于无权码，任意两组相邻码之间只有一位不同。它有很格雷码属于无权码，任意两组相邻码之间只有一位不同。它有很多种编码方式，典型的格雷码见多种编码方式，典型的格雷码见表表12。注。注:首尾两个数码即最小数首尾两个数码即最小数0000和最大数和最大数1000之间也符合此特点，故格雷码可称为循环码。它广之间也符合此特点，故格雷码可称为循环码。它广泛应用于输入、输出设备和模拟泛应用于输入、输出设备和模拟数字转换器等。数字转换器等。1.1.3逻辑代数的基本运算、公式、定理和规则逻辑代数的基本运算、公式、定理和规则1.1.3.1逻辑代数中的三种基本逻辑运算逻辑代数中的三种基本逻辑运算在逻辑代数中，最基本的逻辑运算是与、或、非三种运算在逻辑代数中，最基本的逻辑运算是