【正文】 2022/5/24 1 新編數(shù)字邏輯電路 江國(guó)強(qiáng) 編制 桂林電子科技大學(xué) 信息科技學(xué)院 2022/5/24 2 目 錄 ? 第 1章 數(shù)制與編碼 ? 第 2章 邏輯代數(shù)基礎(chǔ) ? 第 3章 門(mén)電路 ? 第 4章 組合邏輯電路 ? 第 5章 觸發(fā)器 ? 第 6章 時(shí)序邏輯電路 ? 第 7章 脈沖單元電路 ? 第 8章 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換 ? 第 9章 程序邏輯電路 ? 第 10章 可編程邏輯器件 ? 設(shè)計(jì)實(shí)例 2022/5/24 3 第 1章 數(shù)制與編碼 ? 概述 ? 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 ? 編碼 ? 現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 2022/5/24 4 第 2章 邏輯代數(shù)基礎(chǔ) ? 邏輯代數(shù)基本概念 ? 邏輯代數(shù)運(yùn)算法則 ? 2 .3 邏輯函數(shù)的表達(dá)式 ? 邏輯函數(shù)的公式簡(jiǎn)化法 ? Verilog HDL基礎(chǔ) 2022/5/24 5 第 3章 門(mén)電路 ? 概述 ? 晶體管的開(kāi)關(guān)特性 ? 分立元件門(mén) ? TTL集成門(mén) ? 其他雙極型的集成門(mén) ? MOS集成門(mén) ? 基于 Verilog HDL的門(mén)電路設(shè)計(jì) 2022/5/24 6 第 4章 組合邏輯電路 ? 概述 ? 常用組合邏輯電路 ? 組合邏輯電路設(shè)計(jì) ? 組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng) 冒險(xiǎn)現(xiàn)象 2022/5/24 7 第 5章 觸發(fā)器 ? 概述 ? 基本 RS觸發(fā)器 ? 鐘控觸發(fā)器 ? 集成觸發(fā)器 ? 觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換 ? 觸發(fā)器的設(shè)計(jì) 2022/5/24 8 第 6章 時(shí)序邏輯電路 ? 概述 ? 寄存器和移位寄存器 ? 計(jì)數(shù)器 ? 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì) ? 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 2022/5/24 9 第 7章 脈沖單元電路 ? 概述 ? 施密特觸發(fā)器 ? 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 ? 多諧振蕩器 2022/5/24 10 第 8章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換 ? 概述 ? 數(shù)模（ D/A）轉(zhuǎn)換 ? 模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換 2022/5/24 11 第 9章 程序邏輯電路 ? 概述 ? 隨機(jī)存儲(chǔ)器 ? 只讀存儲(chǔ)器 ? 基于 Verilog HDL的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì) ? 程序邏輯電路的應(yīng)用 2022/5/24 12 第 10章 可編程邏輯器件 ? 可編程邏輯器件的基本原理 ? 可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)技術(shù) ? 可編程邏輯器件的編程與配置 2022/5/24 13 第 1章 數(shù)制與編碼 概述 模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù) 模擬電子技術(shù)是分析和處理模擬信號(hào)的技術(shù) ， 模擬信號(hào)（ 如正弦波 ） 具有在數(shù)值上和時(shí)間上都是連續(xù)的特點(diǎn) 。 使用的主要器件：晶體管 ——工作在線(xiàn)性區(qū) （ 即放大區(qū) ） ——用于構(gòu)成信號(hào)的放大和正弦振蕩電路 。 本章介紹脈沖信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換、二 十進(jìn)制編碼和字符編碼。 數(shù)字電子技術(shù)是分析和處理數(shù)字信號(hào)的技術(shù)，數(shù)字信號(hào)（如矩形波）具有在數(shù)值上和時(shí)間上都是不連續(xù)的特點(diǎn)，使用的主要器件：晶體管，但工作在非線(xiàn)性區(qū)（即截止區(qū)和飽和區(qū)），構(gòu)成信號(hào)的開(kāi)關(guān)電路。 2022/5/24 14 t 0 u t 0 u 脈沖電路 所謂 脈沖電壓或電流 是指在極短暫時(shí)間間隔內(nèi)作用于電路的電壓或電流。 t 0 u t 0 u 尖脈沖 方波 矩形脈沖 梯形脈沖 2022/5/24 15 脈沖上升時(shí)間：脈沖前沿從 上升到 脈沖下降時(shí)間：脈沖前沿從 x下降到 所需要的時(shí)間脈沖的主要參數(shù) Um 0 tw tr tf tp 脈沖幅度：脈沖電壓或電流由 0跳變至最大值 前沿 平頂 后沿 T 脈沖寬度：從脈沖前沿上升到始，到脈沖后沿下降到所持續(xù)的時(shí)間。也稱(chēng)有效脈寬。 脈沖周期：周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖間的時(shí)間間隔。 2022/5/24 16 脈沖信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 狹義：脈沖信號(hào)是指在短時(shí)間內(nèi)突然作用的信號(hào)。 廣義：除了正弦波或若干個(gè)正弦波合成的信號(hào)以外的信號(hào)都可以稱(chēng)為脈沖信號(hào)。 特點(diǎn)：脈沖波形是不連續(xù)的，但一般都有周期性。 圖 各種脈沖信號(hào)波形 (b) 矩形波 (d) 三角波 (e) 尖峰波 (f) 鐘形波 (a) 脈沖信號(hào) (c) 鋸齒波 2022/5/24 17 數(shù)字信號(hào)是指由高低兩種電平構(gòu)成的矩形波，通常用“ 1”表示高電平，用 “ 0”表示低電平。把矩形波按周期劃分，就可以得到由 0和 1構(gòu)成的符號(hào)組合，如： “ 110100011”，它可以代表二進(jìn)制數(shù)字，所以把矩形波稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)也是一種脈沖信號(hào)。 1 1 0 1 0 0 0 1 1 數(shù)字電路的特點(diǎn) ① 數(shù)字電路只有 “ 與 ”“ 或 ”“ 非 ” 三種基本電路 ， 電路簡(jiǎn)單 ， 而且容易實(shí)現(xiàn) 。 2022/5/24 18 ② 數(shù)字電路容易實(shí)現(xiàn)集成化 ， 數(shù)字集成電路 （ IC）具有體積小 、 功耗低 、 可靠性高 。 ③ 數(shù)字電路用 0和 1兩種狀態(tài)來(lái)表示信息 ， 便于信息的存儲(chǔ) 、 傳輸和處理 。 ④ 數(shù)字電路能夠?qū)斎氲臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 。 能按照人們?cè)O(shè)計(jì)好的規(guī)則 ， 進(jìn)行邏輯推理和邏輯判斷 ， 得出相應(yīng)的輸出結(jié)果 ， 即數(shù)字電路具有邏輯思維能力 ， 它是計(jì)算機(jī)以及智能控制電路的基本電路 2022/5/24 19 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 1. 數(shù)制 ——十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。 （ 1） 十進(jìn)制 用 0～ 9十個(gè)符號(hào)來(lái)表示數(shù) ， 基數(shù)： i = 10（ 符號(hào)個(gè)數(shù) ） 權(quán)值： 10i 進(jìn)位規(guī)則： “ 逢十進(jìn)一 ” 或 “ 借一當(dāng)十 ” ??????110 10)(nmiiikD()10= 1 102+2 101+5 100+6 101+2 102+5 103 2022/5/24 20 （ 2） 二進(jìn)制 用 0和 1兩個(gè)符號(hào)表示數(shù) ， 基數(shù)是 2， 權(quán)值為 2i。 進(jìn)位規(guī)則： “ 逢二進(jìn)一 ” 或 “ 借一當(dāng)二 ” ??????12 2)(nmiiikD任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù) D均可展開(kāi)為： ()2= 1 23+1 22+0 21+1 20+1 21+0 22+1 23 =()10 2022/5/24 21 （ 3） 八進(jìn)制 用 0～ 7八個(gè)符號(hào)表示數(shù) ， 基數(shù)： 8， 權(quán)值： 8i 進(jìn)位規(guī)則： “ 逢八進(jìn)一 ” 或 “ 借一當(dāng)八 ” 任意一個(gè)八進(jìn)制數(shù) D均可展開(kāi)為： ??????18 8)(nmiiikD()8= 3 82+7 81+6 80+6 81+5 82=()10 2022/5/24 22 （ 4） 十六進(jìn)制數(shù) 用 0～ 9和 A～ F十六個(gè)符號(hào)表示數(shù) ， 基數(shù)： 16， 權(quán)值： 16i 進(jìn)位規(guī)則： “ 逢十六進(jìn)一 ” 或 “ 借一當(dāng)十六 ” 任意一個(gè)十六進(jìn)制數(shù) D均可展開(kāi)為： ??????116 16)(nmiiikD()16= 1 162+15 161+13 160+6 161+12 162 =()10 2022/5/24 23 在數(shù)字電路中 ， 可以用括弧加下注腳的方式 ， 或者用在數(shù)字后面加數(shù)制前綴或后綴的方式 。 例如 ， 在 Verilog HDL中 十進(jìn)制數(shù)的前綴為 “ D”或 “ d” （ Decimal） 二進(jìn)制數(shù)的前綴為 “ B”或 “ b” （ Binary） 八進(jìn)制數(shù)的前綴為 “ O”或 “ o” （ Octonary） 十六進(jìn)制數(shù)的前綴為 “ H”或 “ h” （ Hexadecimal） 。 例如 (25)10=?d25（ 25D)=25 （ 十進(jìn)制數(shù)的前綴或后綴可略 ） ()2=?() ()8=?() ()16=?() 2022/5/24 24 2. 數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換 十進(jìn)制數(shù)到 N進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 整數(shù)部分： 除以 N看余數(shù) 小數(shù)部分： 乘以 N看向整數(shù)的進(jìn)位 例如：求 （ ） 10＝ ？ 2 62 … 余數(shù) = 0= k0 （ LSB） 2 31 … 余數(shù) = 1 = k1 2 15 … 余數(shù) = 1 = k2 2 7 … 余數(shù) = 1 = k3 2 3 … 余數(shù) = 1 = k4 2 1 … 余數(shù) = 1 = k5 （ MSB） 0 .625 2 1 .250 進(jìn)位 “ 1”（ MSB） 2 0 .50 進(jìn)位 “ 0” 2 1 .0 進(jìn)位 “ 1”（ LSB） （ ） 10＝（ ） 2 2022/5/24 25 （ 2） N進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) 方法：按權(quán)展開(kāi) ()2 = 1 23+1 22+0 21+1 20+0 21+1 22+1 23= 8+4+0+1+++=()10 ()8= 3 82+7 81+6 80+6 81+5 82=()10 ()16= 1 162+15 161+13 160+6 161+12 162 =()10 2022/5/24 26 （ 3） 二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 因?yàn)?23=8， 因此 3位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng) 1位八進(jìn)制數(shù) ， 而 1位八進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng) 3位二進(jìn)制數(shù) 。 例如： ()2=()8 ()8=()2 （ 4） 二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 因?yàn)?24=16， 所以 4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng) 1位十六進(jìn)制數(shù) ， 而 1位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)為 4位二進(jìn)制數(shù) 。 例如： ()2=()16 ()16=()2 2022/5/24 27 編碼 十進(jìn)制數(shù) 8421碼 2421碼 5211碼 余 3碼 0 0000 0000 0000 0011 1 0001 0001 0001 0100 2 0010 0010 0100 0101 3 0011 0011 0101 0110 4 0100 0100 0111 0111 5 0101 0101 1000 1000 6 0110 0110 1001 1001 7 0111 0111 1100 1010 8 1000 1110 1101 1011 9 1001 1111 1111 1100 權(quán)值 8421 2421 5211 無(wú) 二 十進(jìn)制編碼 （ BCD碼） 2022/5/24 28 000 001 010 011 100 101 110 111 0000 NUL DLE SP 0 @ P ` p 0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q 0010 STX DC2 ” 2 B R b r 0011 ETX DC3 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN amp。 6 F V f v 0111 BEL ETB ’ 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + 。 K [ k { 1100 FF FS , L \ l | 1101 CR GS = M ] m } 1110 SO RS . N ^ n ~ 1111 SI US / ? O o DEL 字符編碼 （ ASCII碼） 2022/5/24 29 ASCII（ American Standard Code for Information Interchange ） 用 7位二進(jìn)制符號(hào) （ a7a6a5a4a3a2a1） 來(lái)表示字符和命令 例如： 數(shù)字 ‘ 0?的 ASCII碼是 0110000B或 30H ?9?是 0111001B或 39H ?A?是 1000001B或 41H ?a?是 1100001B或 61H 用途與特點(diǎn)： （ 1） ASCII碼是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的字符編碼 計(jì)算機(jī) 外部設(shè)備 （鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī) ） ASCII碼 2022/5/24 30 ASCII碼有大小之分 空格 (20H)數(shù)字（ ‘ 0??1?… ?9?) 大