《数字电路原理及应用》课件.ppt

数字电路原理及应用

课程简介：目标、内容、考核方式课程目标掌握数字电路的基本概念、理论和方法，并能够进行简单的数字电路设计和分析。课程内容本课程涵盖数字电路的基本概念、数制与编码、逻辑代数、组合逻辑电路、时序逻辑电路、半导体存储器、可编程逻辑器件、VHDL语言基础以及数字系统设计等内容。考核方式

数字系统的概念与特点数字系统是由离散信号和逻辑门电路构成的，信号只有高低电平两种状态。数字系统具有可靠性高、抗干扰能力强、易于实现逻辑功能、易于扩展等特点。

数制与编码：二进制、八进制、十六进制二进制基数为2，只有0和1两种数字，每一位对应2的幂次。八进制基数为8，使用0到7八个数字，每一位对应8的幂次。十六进制基数为16，使用0到9十个数字和A到F六个字母，每一位对应16的幂次。

进制转换：各种进制之间的转换方法十进制转二进制采用除2取余法，将十进制数不断除以2，直到商为0，并将每次余数倒序排列。二进制转十进制将二进制数的每一位乘以相应的权值，然后相加。十进制转八进制先将十进制数转换为二进制数，然后将二进制数每三位分组（不足三位用0补齐），并将每组转换为八进制数。八进制转十进制将八进制数的每一位乘以相应的权值，然后相加。

二进制算术运算：加、减、乘、除加法遵循“逢二进一”的规则。减法采用补码运算，将减数的补码与被减数相加。乘法与十进制乘法类似，采用“移位相加”的方法。除法采用“试商减”的方法。

常用编码：BCD码、格雷码、ASCII码1BCD码用4位二进制数表示一位十进制数。2格雷码相邻的两个代码只有一位不同，可防止误码。3ASCII码用7位二进制数表示一个字符，包括字母、数字、符号等。

逻辑代数基础：逻辑变量与逻辑函数逻辑变量表示逻辑状态，通常用字母表示，取值只有真（1）和假（0）两种。逻辑函数由逻辑变量和逻辑运算构成的表达式，表示逻辑运算关系。

基本逻辑运算：与、或、非与运算只有所有输入都为真时，输出才为真，用符号“·”或“∧”表示。或运算只要有一个输入为真，输出就为真，用符号“+”或“∨”表示。非运算输入为真时输出为假，反之亦然，用符号“?”或“~”表示。

复合逻辑运算：与非、或非、异或、同或与非运算与运算的非运算，用符号“·”或“∧”表示。1或非运算或运算的非运算，用符号“+”或“∨”表示。2异或运算当输入不同时，输出为真，用符号“⊕”表示。3同或运算当输入相同时，输出为真，用符号“⊙”表示。4

逻辑代数的公式与定理A·0=0A+1=1A·1=AA+0=AA·A=AA+A=AA·?A=0A+?A=1?(?A)=AA·(B+C)=A·B+A·CA+(B·C)=(A+B)·(A+C)

逻辑函数的表示方法：真值表、表达式、逻辑图1真值表列出所有可能的输入组合及其对应的输出值。2表达式用逻辑运算符和逻辑变量表示逻辑函数。3逻辑图用逻辑门电路符号表示逻辑函数。

逻辑函数的化简：公式法1代入用其他等价表达式替换逻辑函数中的部分。2合并利用逻辑代数的公式合并相同项。3消去利用逻辑代数的公式消除冗余项。

逻辑函数的化简：卡诺图法（两变量）1卡诺图用方格表示所有可能的输入组合，每个方格对应一个最小项。2圈取将卡诺图中相邻的1圈起来，每个圈的面积应尽可能大。3化简每个圈对应一个最小项，将所有圈对应的最小项相加，得到简化的逻辑函数表达式。

逻辑函数的化简：卡诺图法（三变量）变量三变量卡诺图的圈取规则与两变量卡诺图相同，但需要考虑相邻格的“环绕”关系。

逻辑函数的化简：卡诺图法（四变量）四变量卡诺图包含16个方格，每个方格对应一个最小项。圈取规则圈取的规则与三变量卡诺图相同，但需要考虑“环绕”关系更复杂。

逻辑函数的化简：具有无关项的卡诺图化简无关项指逻辑函数中输入组合的输出值不确定的最小项。化简方法在卡诺图中，无关项可以圈取或不圈取，根据需要选择最简化方法。

组合逻辑电路分析与设计组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入信号，没有记忆功能。组合逻辑电路的分析方法：真值表法、表达式法、逻辑图法。组合逻辑电路的设计方法：卡诺图法、VHDL语言设计。

门电路：TTL门电路、CMOS门电路1TTL门电路双极型晶体管逻辑门电路，速度快、功耗高。2CMOS门电路互补金属氧化物半导体逻辑门电路，速度慢、功耗低。

常用组合逻辑器件：编码器、译码器编码器将十进制数转换为二进制数，每个输入对应一个输出，只有一个输出为真。译码器将二进制数转换为十进制数，每个输入对应多个输出，多个输出为真。

数据选择器：原理与应用原理数据选择器根据控制信号选择一个输入数据，并将该数据输出。1应用数据选择器可用于实现多路选择、数据切换、数据分配等功能。2

加法器：半加器、全加器半加器只进行两位二进制数的加法运算，