《大學(xué)課件 數(shù)字邏輯基礎(chǔ) 1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大學(xué)課件 數(shù)字邏輯基礎(chǔ) 1（26頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、1.1.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號數(shù)字電路與數(shù)字信號1.2 數(shù)制數(shù)制1.3 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算1.4 二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼1.5 二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算1.6 邏輯函數(shù)及其表示方法邏輯函數(shù)及其表示方法1.1.1 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用1.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)1.1.3 模擬信號與數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號1.1.4 數(shù)字信號的描述方法數(shù)字信號的描述方法1.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號數(shù)字電路與數(shù)字信號1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用1.1數(shù)字電路與數(shù)
2、字信號數(shù)字電路與數(shù)字信號80年代后年代后- ULSI ， 1 0 億個(gè)晶體管億個(gè)晶體管/片片 、 ASIC 制作技術(shù)成熟制作技術(shù)成熟目前目前- 芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米(0.130.09 m)量級量級微處理器的時(shí)鐘頻率高達(dá)微處理器的時(shí)鐘頻率高達(dá)3GHz（109Hz）90年代后年代后- 97年一片集成電路上有年一片集成電路上有40億個(gè)晶體管。億個(gè)晶體管。6070代代-IC技術(shù)迅速發(fā)展：技術(shù)迅速發(fā)展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。10萬個(gè)晶體管萬個(gè)晶體管/片。片。將來將來- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結(jié)構(gòu)的電路高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結(jié)構(gòu)
3、的電路發(fā)展特點(diǎn)發(fā)展特點(diǎn): :以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)電子管時(shí)代電子管時(shí)代1906年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用一些大功率發(fā)射裝置中使用。電壓控制器件電壓控制器件電真空技術(shù)電真空技術(shù)晶體管時(shí)代晶體管時(shí)代電流控制器件電流控制器件 半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體二極管、三極管半導(dǎo)體二極管、三極管器件器件半導(dǎo)體集成電路半導(dǎo)體集成電路電路設(shè)計(jì)方法電路設(shè)計(jì)方法伴隨器件變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代伴隨器件變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代a)a)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：b)
4、b)現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法：現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法：采用自下而上的設(shè)計(jì)方法；由人工組裝采用自下而上的設(shè)計(jì)方法；由人工組裝, ,經(jīng)反復(fù)調(diào)試經(jīng)反復(fù)調(diào)試、驗(yàn)證驗(yàn)證、修改完成修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差。所用的元器件較多，電路可靠性差, ,設(shè)計(jì)周期長。設(shè)計(jì)周期長。現(xiàn)代現(xiàn)代EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化。采用從上到下設(shè)計(jì)方技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化。采用從上到下設(shè)計(jì)方法，電路設(shè)計(jì)法，電路設(shè)計(jì)、 分析、仿真分析、仿真 、修訂、修訂 全通過計(jì)算機(jī)完成全通過計(jì)算機(jī)完成。EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基本工具、借助于軟件設(shè)計(jì)平臺，自動完技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基本工具、借助于軟件設(shè)計(jì)平臺，自動完成數(shù)字系統(tǒng)的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最
5、后下載到成數(shù)字系統(tǒng)的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到芯片，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。使硬件設(shè)計(jì)軟件化。芯片，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。使硬件設(shè)計(jì)軟件化。1、設(shè)計(jì)：、設(shè)計(jì)：在計(jì)算機(jī)上利用軟件平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)上利用軟件平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)VerlogHDL語言設(shè)計(jì)語言設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法EDA（Electronics Design Automation)技術(shù)技術(shù)3 3、下載、下載2 2、仿真、仿真4 4、驗(yàn)證結(jié)果、驗(yàn)證結(jié)果實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)板下載線下載線數(shù)字技術(shù)數(shù)字技術(shù)根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對輸入信號的響應(yīng)規(guī)則的不同，根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對輸入信號的響應(yīng)規(guī)則的不同， -數(shù)字電路可分
6、為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。 從集成度不同從集成度不同 -數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。 從電路的形式不同，從電路的形式不同， -數(shù)字電路可分為集成電路和分立電路數(shù)字電路可分為集成電路和分立電路從器件不同從器件不同 -數(shù)字電路可分為數(shù)字電路可分為TTL 和和 CMOS電路電路1 1、數(shù)字集成電路的分類、數(shù)字集成電路的分類1.1.2、數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)、數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)可編程邏輯器件、多功能專用集成電可編程邏輯器件、多功能專用集成電路路1
7、06以上以上甚大規(guī)模甚大規(guī)模大型存儲器、微處理器大型存儲器、微處理器10,00099,999超大規(guī)模超大規(guī)模小型存儲器、門陣列小型存儲器、門陣列1009999大規(guī)模大規(guī)模計(jì)數(shù)器、加法器計(jì)數(shù)器、加法器1299中規(guī)模中規(guī)模邏輯門、觸發(fā)器邏輯門、觸發(fā)器最多最多12個(gè)個(gè)小規(guī)模小規(guī)模典型集成電路典型集成電路門的個(gè)數(shù)門的個(gè)數(shù)分類分類集成度集成度: :每一芯片所包含的門個(gè)數(shù)每一芯片所包含的門個(gè)數(shù)2、數(shù)字集成電路的、數(shù)字集成電路的特點(diǎn)特點(diǎn)1)電路簡單電路簡單, ,便于大規(guī)模集成便于大規(guī)模集成, ,批量生產(chǎn)批量生產(chǎn)2)可靠性、穩(wěn)定性和精度高可靠性、穩(wěn)定性和精度高, ,抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)3)體積小體積小,
8、,通用性好通用性好, ,成本低成本低. .4)具可編程性具可編程性, ,可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化5)高速度高速度 低功耗低功耗6)加密性好加密性好 3、數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測試數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測試(1)數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析數(shù)字電路的分析: :根據(jù)電路確定根據(jù)電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。(2) 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì)數(shù)字電路的設(shè)計(jì):從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫃慕o定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷O(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路器件，設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路。 設(shè)
9、計(jì)方式設(shè)計(jì)方式: :分為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和基于分為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和基于EDA軟件的設(shè)計(jì)方式。軟件的設(shè)計(jì)方式。 分析工具：分析工具：邏輯代數(shù)。邏輯代數(shù)。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。-時(shí)間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號，如正弦波、三角波等時(shí)間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號，如正弦波、三角波等 u uOt Otu u1.1.3 數(shù)字信號與數(shù)字信號數(shù)字信號與數(shù)字信號數(shù)字信號波形數(shù)字信號波形2 2、數(shù)字信號、數(shù)字信號 -在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的信號。在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的信號。3 3、模擬信號的數(shù)字表示、模擬信號的數(shù)字表示由于數(shù)字信
10、號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉(zhuǎn)換由于數(shù)字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號為數(shù)字信號. . 0 0 模擬信號模擬信號 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器 3 3 V V 數(shù)字輸出數(shù)字輸出 0 0 0 0 1 1 模數(shù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)電壓電壓(V)(V)二值邏輯二值邏輯電電 平平+51H( (高電平高電平) )00L( (低電平低電平) )邏輯電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯）邏輯電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯）1.1.4 數(shù)字信號的描述方法數(shù)字信號的描述方法1 1、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平 a a 、在電路中用低、高電平表示、在電路中用低、高電平表示0
11、0、1 1兩種邏輯狀態(tài)兩種邏輯狀態(tài) 0 0、1 1數(shù)碼數(shù)碼-表示方式表示方式二值數(shù)字邏輯二值數(shù)字邏輯 - -(a) (a) 用邏輯電平描述的數(shù)字波形用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b) 16(b) 16位數(shù)據(jù)的圖形表示位數(shù)據(jù)的圖形表示2 2、數(shù)字波形、數(shù)字波形數(shù)字波形數(shù)字波形-是信號邏輯電平對時(shí)間的圖形表示是信號邏輯電平對時(shí)間的圖形表示. .高電平高電平低電平低電平有脈沖有脈沖* *非歸零型非歸零型* *歸零型歸零型 比特率比特率 - - 每秒鐘轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的位數(shù)每秒鐘轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的位數(shù)無脈沖無脈沖(1)(1)數(shù)字波形的兩種類型數(shù)字波形的兩種類型: :(2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 非周期性數(shù)
12、字波形非周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形 例例1.1.1 某通信系統(tǒng)每秒鐘傳輸某通信系統(tǒng)每秒鐘傳輸15440001544000位位(1.544(1.544兆位兆位) )數(shù)數(shù)據(jù)，求每位數(shù)據(jù)的時(shí)間。據(jù)，求每位數(shù)據(jù)的時(shí)間。ns648s1067647s105441916 .解：解：按題意，每位數(shù)據(jù)的時(shí)間為按題意，每位數(shù)據(jù)的時(shí)間為例例1.1.2 設(shè)周期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)設(shè)周期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)6ms，低電平持續(xù)，低電平持續(xù)10ms，求占空比求占空比q。%.%q537100ms16ms6 解：因數(shù)字波形的脈沖寬度解：因數(shù)字波形的脈沖寬度tw=6ms，周期，周期T=6ms+10ms=16m
13、s。非理想脈沖波形非理想脈沖波形(3)(3)實(shí)際脈沖波形及主要參數(shù)實(shí)際脈沖波形及主要參數(shù)幾個(gè)主要參數(shù)幾個(gè)主要參數(shù): :占空比占空比 Q - - 表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比上升時(shí)間上升時(shí)間t tr r 和下降時(shí)間和下降時(shí)間t tf f -從脈沖幅值的從脈沖幅值的10%到到90% 上升上升 下降所經(jīng)歷的時(shí)間下降所經(jīng)歷的時(shí)間( ( 典型值典型值ns ) )脈沖寬度脈沖寬度 (tw )- 脈沖幅值的脈沖幅值的50%50%的兩個(gè)時(shí)間所跨越的時(shí)間的兩個(gè)時(shí)間所跨越的時(shí)間周期周期 (T) - - 表示兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔表示兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔 tr脈沖寬度脈沖寬度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值幅值=5.0V 0.0V 5.0V tf0.5V 2.5V 4.5V (4)(4)時(shí)序圖時(shí)序圖-表明各個(gè)數(shù)字信號時(shí)序關(guān)系的多重波形圖。表明各個(gè)數(shù)字信號時(shí)序關(guān)系的多重波形圖。 由于各信號的路徑不同，這些信號之間不可能嚴(yán)格保持同步關(guān)系。由于各信號的路徑不同，這些信號之間不可能嚴(yán)格保持同步關(guān)系。為了保證可靠工作，各信號之間通常允許一定的時(shí)差，但這些時(shí)差為了保證可靠工作，各信號之間通常允許一定的時(shí)差，但這些時(shí)差必須限定在規(guī)定范圍內(nèi)，各個(gè)信號的時(shí)序關(guān)系用時(shí)序圖表達(dá)。必須限定在規(guī)定范圍內(nèi)，各個(gè)信號的時(shí)序關(guān)系用時(shí)序圖表達(dá)。
大學(xué)課件 數(shù)字邏輯基礎(chǔ) 1
