数字电路与逻辑设计(周洪敏)第10章
数字电路与逻辑设计方案课件
数字电路及逻辑设计
数字逻辑基础
数字电路及逻辑设计
数字逻辑基础
数字电路及逻辑设计
学时安排及考核办法
课堂教学共计54学时 实验教学18学时
72学时
考核：闭卷 期末50％＋综合50％ （综合＝实验15％＋期中平时测验25％＋作业10％）
数字逻辑基础
数字电路及逻辑设计
其余码制还有2421码，其权值依次为2、4、2、1；余3码， 由8421BCD码每个代码加0011得到；格雷码是一种循环码， 其特点是任意相邻的两个数码，仅有一位代码不同，其它位 相同。
数字逻辑基础
数字电路及逻辑设计
种类 十进制
常用的几种BCD码
8421码
2421码
0
0000
0000
1
0001
0001
数字逻辑基础
数字电路及逻辑设计
②位权：任一计数制中的每一位数，其大小都对应该位上的 数码乘上一个固定的数，这个固定的数称作各位的权，简称 位权。位权是各种计数制中基数的幂。
十进制数(2368)10＝2×103＋3×102＋6×101＋8×100
其中各位上的数码与10的幂相乘表示该位数的实际代表 值，如2×103代表2000，3×102代表300，6×101代表60， 8×100代表8。而各位上的10的幂就是十进制数各位的权。
数字逻辑基础
把下列二进制数转换成十六进制数。
(1001101110011011)2=( 9B9B)16 (11100100110110)2=( 3936 )16
把下列十进制数转换成二进制、八进制和十六进制数。
(364.5)10=( 101101100.1 )2=(16C.8 )16 =( 554.4 )8 (74)10=( 1001010 )2=( 4A )16 =( 112 )8
数字电路与逻辑设计
数字电路与逻辑设计前⾔：这个⼀周多都在看数电，因为过的会⽐较快，进⾏整理，到时候好回顾只记录到时序电路为⽌，后⾯的就没看了，因为考试没要求，总体感受时序电路那边感觉有点不好理解，关于级联的知识点可能也需要花点时间理解，其他的都还好视频看的是西电的任爱锋⽼师的，课程地址：基础门电路基础逻辑代数式(8 )、( 8′ )称为同⼀律；式( 9 )、( 9 ′ )称为交换律；式( 10 )、( 10 ′ )称为结合律；式(11 )、( 11 ′ )称为分配律；式( 12 )、( 12 ′ )称为德·摩根( De.Morgan )定律；式( 13 )称为还原律。
这⾥的话德·摩根( De.Morgan )定律会⽐较有⽤，但是后⾯学了三个规则中的“反演规则”，可以直接根据这个规则可以写出来三个规则代⼊规则这个如何理解？其实就是A + B，这⾥的话就设置B = C + D，那么原式就是 A + (C+D) 这样即可反演规则反演规则⼀般都是相当于求反函数的时候注意：如果是多个代数整体上⾯求⾮的时候，这时候这个⾮不在反演规则的范围之内，举个例⼦如下，如下红线圈出来的部分，在反演规则中就不需要进⾏取反操作只要是两个代数以上的，整体帽⼦就不存在“反演规则”以内对偶规则这个跟“反演规则”不同，不同之处在于，取反的范围缩⼩的，只有如下⼏个点，也就是不需要对“原变量变反变量”注意：如果两个函数相等，则它们的对偶函数亦相等。
这⾥来讲下异或与同或，这两个既是对偶函数，⼜是互补函数关于合并律/吸收律合并律推导吸收律推导吸收律1的逻辑代数推导吸收律2的逻辑代数推导这⾥的话其实不⽤下⾯这样也可以，通过上⾯的吸收律1 A=A+AB，将下⾯的A进⾏替换，同样也可以化出来吸收律3的逻辑代数推导推导⽅法都是⼀样的，这⾥就把图放上去⽅便做个记录，以后想看的话就直接看逻辑运算符的完备性⾃⼰的理解，⽐如“与或⾮”这三种运算符，在逻辑代数中可以通过这三种来组成任意想要的逻辑函数，所以这⾥将“与、或、⾮”称作为“完备集”这⾥理解了运算符的完备集之后，再来思考下，这⾥通过这三个“与或⾮”来实现电路中的需求的话，在实际中就需要⽤到这三个电路门，难免会很⿇烦但是如果通过⼀个运算符（也就是⼀个电路门），同样可以实现所需要的电路中的需求的话，那么我们只需要单⼀的采集这个电路门即可！与⾮ / 或⾮实现完备集这⾥就来学习下，如何通过与⾮门 / 或⾮门来实现这三种基本运算，使其成为完备集。
数字电路与逻辑设计实验教材
目录引言实验一TTL与非门的静态参数测试 (4)实验二组合逻辑电路分析与设计 (8)实验三利用MSI设计组合逻辑电路 (10)实验四译码显示电路 (15)实验五组合电路中的竞争与冒险 (20)实验六同步计数器的设计 (22)实验七计数、译码、显示综合实验 (23)实验八8421码检测电路的设计 (25)实验九555时基电路及其应用 (28)实验十D-A、A-D转换器 (34)实验十一三位半直流数字电压表 (40)实验十二智力竞赛抢答装置 (46)附录所用集成电路型号及外引线排列图 (48)引言《数字电路与逻辑设计》是一门实践性很强的基础课，在学习中不仅要掌握基本原理和基本方法，更重要的是学会灵活应用。
要真正掌握它，必需经过实验环节。
《数字电路与逻辑设计》是其后续课程。
通过本课程，可巩固和扩充学过的理论知识，更重要的是，通过实验训练，使同学掌握必要的实验技能和培养科学的实验作风。
课程要求学生了解所用仪器的基本原理；熟练使用仪器；熟悉各单元电路的工作原理，各集成器件的逻辑功能和使用方法，从而有效地培养学生理论联系实际和解决实际问题的能力。
实验内容是设计、安装、调试型的，要求学生独立完成设计、安装、调整、测试的全过程。
学生在实验中遇到问题，原则由他们自行解决，教师不予具体的帮助，必要时只给思考或方法上的指导。
实验的基本过程，应包括确定实验内容，选定最佳的实验方法和实验线路，拟出较好的实验步骤，合理选择仪器设备和元器件，进行连接安装和调试，最后写出完整的实验报告。
在进行数字电路实验时，充分掌握和正确利用集成元件及其构成的数字电路独有的特点和规律，可以收到事半功倍的效果，对于完成每一个实验，应做好实验预习，实验记录和实验报告等环节。
一、实验预习认真预习是做好实验的关键，预习好坏，不仅关系到实验能否顺利进行，而且直接影响实验效果，预习应按本教材的实验预习要求进行，在每次实验前首先要认真复习有关实验的基本原理，掌握有关器件使用方法，对如何着手实验做到心中有数，通过预习还应做好实验前的准备，写出一份预习报告，其内容包括：1．绘出设计好的实验电路图，该图应该是逻辑图和连线图的混合，既便于连接线，又反映电路原理，并在图上标出器件型号、使用的引脚号及元件数值，必要时还须用文字说明。
数字电路与逻辑设计课后习题答案蔡良伟(第三版)
F7 A C B D C AB D （8） F8 = ( A + D )( B + C ) + ( A + C + B ) AB + CD
F8 A D BC AC B A B C D
1-8
（1） F1 = AB + CD
'
F1 = ( A + B)(C + D ) （2） F2 = ( A + B)(C + D )
00 0 0 1 0 01 0 0 1 1 11 1 1 1 1 10 1 1 1 1
8
数字电路答案
A B C DF A B C DF 0 0 0 00 1 0 0 00 0 0 0 10 1 0 0 11 0 0 1 01 1 0 1 01 0 0 1 11 1 0 1 11 0 1 0 01 1 1 0 00 0 1 0 11 1 1 0 10 0 1 1 01 1 1 1 00 0 1 1 11 1 1 1 10
0 00 1 0 0 01 1 0
0 10 0 11
00 00
1 00 1 0 1 11 1 0
1 10 1 11
0 1 0 00 1 1 0 10
01 01
0 01 1 1 1 10 1 1
0 11 1 10
0 1 1 11 1 1 1 11
（3） F3 = AB + B(C + AD)
CD AB 00 01 11 10
F2' = AB + CD （3） F3 = A(B + D) + B( A + C)
F3' = ( A + BD )( B + AC)
数字电路与逻辑设计电子教案
数字电路与逻辑设计电子教案第一章：数字电路概述1.1 数字电路的基本概念数字信号与模拟信号的区别数字电路的基本组成1.2 数字电路的分类组合逻辑电路时序逻辑电路1.3 数字电路的特点与优势数字电路的可靠性数字电路的可编程性第二章：逻辑门电路2.1 基本逻辑门电路与门、或门、非门2.2 组合逻辑门电路缓冲器、译码器、多路选择器2.3 常用逻辑门电路与非门、或非门、异或门第三章：逻辑函数与逻辑代数3.1 逻辑函数的概念逻辑函数的定义逻辑函数的表示方法3.2 逻辑代数的基本运算逻辑与、逻辑或、逻辑非逻辑乘、逻辑除、逻辑乘方3.3 逻辑函数的化简逻辑函数的代数化简方法卡诺图化简方法第四章：数字电路的设计方法4.1 组合逻辑电路的设计方法模块化的设计思想组合逻辑电路的实现方法4.2 时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路的时序要求时序逻辑电路的设计步骤4.3 数字电路设计工具硬件描述语言（HDL）数字电路设计软件第五章：数字电路的仿真与验证5.1 数字电路仿真的概念数字电路仿真的意义数字电路仿真工具5.2 逻辑函数的仿真与验证逻辑函数的仿真方法逻辑函数的验证方法5.3 数字电路的测试与维护数字电路的测试方法数字电路的维护与故障排除第六章：触发器与计数器6.1 触发器的基本概念触发器的定义与功能触发器的类型与特点6.2 常见触发器SR触发器、D触发器、JK触发器T触发器、CP触发器6.3 计数器的基本概念计数器的定义与功能计数器的类型与特点6.4 常见计数器同步计数器、异步计数器二进制计数器、十进制计数器第七章：数字电路的应用7.1 数字电路在通信系统中的应用数字调制与解调数字信号处理器7.2 数字电路在计算机中的应用存储器与缓存7.3 数字电路在其他领域的应用数字电路在工业控制中的应用数字电路在医疗设备中的应用第八章：数字电路的优化与改进8.1 数字电路的优化方法最小化逻辑函数降低逻辑电路的复杂度8.2 数字电路的改进方法提高电路的可靠性提高电路的性能8.3 数字电路的节能设计节能电路的设计原则节能电路的应用实例第九章：数字电路project 9.1 数字电路设计项目流程需求分析电路设计仿真与验证实物制作与测试9.2 数字电路设计实例简易计算器数字音调发生器9.3 数字电路设计竞赛与创新国内外数字电路设计竞赛简介数字电路设计创新案例分享第十章：数字电路的发展趋势与展望10.1 数字电路技术的最新发展新型逻辑门电路量子计算与光子计算10.2 数字电路在物联网中的应用物联网概述数字电路在物联网中的应用案例10.3 未来数字电路技术的展望更加高效的计算能力更加可靠的电路性能更加广泛的应用领域重点和难点解析重点环节一：数字电路的基本概念与分类数字电路与模拟电路的区别：需要明确数字电路处理的是数字信号，具有离散的电压水平，而模拟电路处理的是连续变化的信号。
数字电路与逻辑设计(人民邮电出版社)课后答案(邹红主编)
《数字电路与逻辑设计》课程教学大纲
《数字电路与逻辑设计》课程教学大纲第一篇：《数字电路与逻辑设计》课程教学大纲《数字电路与逻辑设计》课程教学大纲先修课程：高等数学、普通物理、电路与电子学（一）课程地位、性质和任务《数字电路与逻辑设计》是计算机科学与技术专业的主干课程，是一门专业技术基础课。
它不仅为《计算机组成原理与汇编程序设计》、《微机接口技术》、《计算机系统结构》、《数据通信与计算机网络》等后续课程提供必要的基础知识，而且是一门理论与实践结合密切的硬件基础课程。
（二）课程教学基本要求本课程是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程，通过本课程的学习，使学生熟悉数字电路的基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和设计方法，具有应用数字逻辑电路，初步解决数字逻辑问题的能力，为学习计算机硬件打下扎实的基础。
（三）课程主要内容及学时分配第一章逻辑代数基础逻辑代数是分析和设计数字电路的数学工具，本章主要介绍逻辑代数的公式、定理及逻辑函数的化简方法，要求掌握常用进制及其转换，基本和常用逻辑运算，逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简化，逻辑函数的五种表示方法及相互之间的转换。
教学重点：逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简法。
教学难点：公式、定理、规则的正确应用，逻辑函数化简的准确性。
方法提示：通过多举例子，多做练习以提高对公式应用的熟练性。
第二章逻辑门电路集成逻辑门是构成数字电路的基本单元，本章主要介绍MOS和TTL集成逻辑门的逻辑功能的电气特性。
要求掌握高、低电平与正、负逻辑的概念，二极管、三极管、MOS管的开关特性，熟悉二极管与门和或门，三极管非门的电路结构及工作原理，掌握其电气特性和功能。
掌握与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、三态门、OC门、CMOS传输门的逻辑符号、逻辑功能，熟悉各种门电路的特点和使用方法。
教学重点：CMOS和TTL集成门电路重点是外部特性，即逻辑功能和电气特性。
数字电路与逻辑设计（40课时）教学内容（5篇范例）
数字电路与逻辑设计（40课时）教学内容（5篇范例）第一篇：数字电路与逻辑设计(40课时)教学内容第一章数制与编码1.1、数制：二进制、八进制、十六进制、十进制间的转换(掌握)1.2、编码1.2.1带符号数的原码、反码和反码（掌握）1.2.23、二进制编码：自然二进制码、格雷码（理解）1.2.3BCD 码：8421BCD码、余三码、2421码（理解）第二章逻辑函数及其化简2.1逻辑代数的基本运算及复合运算：（掌握）2.2逻辑运算基本公式及常用规则（正确理解）2.3逻辑函数表示方法（重点掌握）2.4逻辑函数的卡诺图化简（重点掌握）第三章组合逻辑电路3.1集成电路主要电气指标（了解）3.2常用组合逻辑模块（掌握）3.3组合逻辑电路分析（重点掌握）3.4组合电路的设计（重点掌握）3.5逻辑竞争与险象（理解）第四章时序电路分析4.1各类触发器及其应用（理解）4.2同步时序电路的分析（重点掌握）4.3集成计数器74163工作原理、功能及应用（重点掌握）4.4集成计数器74192工作原理、功能及应用（理解）第五章同步时序电路设计5.1建模（理解）5.2用触发器实现同步时序电路（重点掌握）5.3 用MSI时序模块设计同步时序电路。
（了解）第二篇：数字电路与逻辑设计实验报告实验报告书课程名称数字电路与逻辑设计专业计算机科学与技术班级姓名刘腾飞学号09030234指导教师王丹志成绩2010年年 11月月 10 日实验题目：译码器、数据选择器及其应用一、实验目的1、掌握中规模集成译码器与数据选择器的逻辑功能与使用方法2、熟悉数码管的使用3、学习用数据选择器构成组合逻辑电路的方法二、实验原理 1 1、中规模集成译码器 74 LS 13874LS138是集成3线－8线译码器，在数字系统中应用比较广泛。
图-1是其引脚排列。
其中 A2、A1、A0为地址输入端，0Y～ 7Y为译码输出端，S1、2S、3S为使能端。
图-1 74LS138真值表图-2如下：图-2 74HC138工作原理为：当S1=1，S— 2+S — 3=0时，器件使能，电路完成译码功能，输出低电平有效。
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8
10.2 PLD的基本结构
一、PLD实现各种逻辑功能的依据
在数字系统设计中，任何组合逻辑函数都能用 “与–或”式表达，从而可用“与”门和“或” 门实现，而任何时序电路都是由组合电路加上 存储元件（FF）构成的，这就是PLD实现各种 逻辑功能的理论依据。
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9
…
… …
二、传统PLD的总体结构
2.专用型：
把系统的全部或部分模块集成在一个芯片内，称
为专用集成电路ASIC (Application Specific Integrated
Circuit)。可以降低功耗、提高系统的可靠性、保密性
及工作速度。
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2
ASIC是一种由用户定制的集成电路。又可以分 为全定制电路和半定制电路。
全定制电路：制造厂按用户提出的逻辑要求，专 门设计和制造的芯片。这类芯片专业性强，适合 在大批量定性生产的产品中使用。常用的有电子 表机芯、存储器、中央处理器CPU芯片等。
半定制电路：首先由制造厂制成标准的半成品， 然后由制造厂根据用户提出的逻辑要求，再对半 成品进行加工，实现预定的数字系统芯片。
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3
PLD的出现
随着集成电路制造工艺和编程技术的提高， 早期的半定制电路的设计和编程都离不开制造厂。
从20世纪70年代末开始，发展了一种称为 可编程逻辑器件（PLD）的半定制芯片。PLD芯 片内的硬件资源和连线资源也是由制造厂生产好 的，但用户可以借助功能强大的设计自动化软件 （也称设计开发软件）和编程器，进行设计编程， 实现所希望的数字系统。
10ms,上千次。 4.采用SRAM结构的PLD（SRAM工艺）
无限次。
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16
10.5 可编程1逻辑阵列 PLA
一、PLA基本结构
A1
B1
D
C1
输入 & 电路
与 阵列
≥1
F F F
1 2 3
或阵列
图10.4.1 PL精选App的t 基本结构
17
二、PLA应用举例
例 用PLA器件实现函数
F 1 ( A 2 ,A 1 ,A 0 ) m ( 3 , 4 , 6 , 7 ) , F 2 ( A 2 ,A 1 ,A 0 )m ( 0 ,2 ,3 ,4 ,7 ) 。
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20
I
1
输入行
&
≥1
&
≥1
1O
O
图10.6.2 专用输出结构 特点：或非门输出或互补输出
目前常用的产品有 PAL10H8(10输入，8输出，高电平输
出有效)、PAL10L8、 PAL16C1(16输入，1输出，互补型输
图10.4.1 PLD的密度分类
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13
1.低密度可编程逻辑器件(LDPLD:Low-Density PLD)
… …
外部 数据 输入
输入项 乘积项
和项
输入 电路
与 阵列
或 阵列
输出 电路
数据 输出
反馈
分 类 与阵列 或阵列 输出电路 出现年代
PROM 固定 可编程 固定 70年代初
PLA 可编程 可编程 固定 70年代中
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11
5.与逻辑Z=ACEΒιβλιοθήκη & A BC DE
6.或逻辑
Z=A+C+E
A BC DE
7、多路选择器
A
00
B
01
C
10
D
11
C0 C1
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F
12
10.4 PLD的分类
一、PLD的集成度分类
可编程逻辑器件PLD
低密度可编程逻 辑器件LDPLD
高密度可编程逻 辑器件HDPLD
PROM PLA PAL GAL CPLD FPGA
PAL 可编程 固定
固定 70年代末
GAL 可编程
固定 精选ppt
可配置 80年代初 14
2.高密度可编程逻辑器件(HDPLD:High-Density PLD)
结构与LDPLD不同，通常采用一系列独立的 可编程逻辑模块阵列组成，通过布线资源将其连 接。
(1)CPLD (Complex PLD) 20世纪 80年代中。
解 ：用PLA器件实现，需3个输入端，2个输出端。
用卡诺图法化简，得出F1、F2的最简与或式：
F 1 ( A 2 ,A 1 ,A 0 ) A 2 A 0 A 1 A 0
F 2 ( A 2 ,A 1 ,A 0 ) A 1 A 0 A 2 A 1 A 1 A 0
相应的实现电路如图10.5.2所示。
A
B
AB
C
(2) FPGA(Field Programmable Gate Array) 20世纪 80年代中。 精选ppt
C
15
二、 PLD的制造工艺分类
1.一次性编程的PLD（熔丝、反熔丝工艺） 2.紫外线可擦除的PLD(EPLD) （EPROM工艺）
20min ,几十次。 3.电可擦除的PLD(EEPLD（) E2PROM、Flash工艺）
外部 数据 输入
…
输入项 乘积项
和项
输入 电路
与 阵列
或 阵列
输出 电路
数据 输出
反馈
图10.2.1 传统PLD的总体结构
X1 X
Xj
…
Z1
Z Zk
Q1
W1
…
Q Qm
Wl W
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10
图6.1.1 时序电路的结构框图
10.3 PLD的表示方法
1、互补缓冲电路
A
1
AA
A
A A
2.固定连接 3.编程连接 4.断开（被擦除）
第10章 可编程逻辑器件
PLD: Programmable Logic Device
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1
概述
按逻辑功能来分，数字电路芯片可划分为:
1. 通用型: TTL74系列、CMOS4000系列等
每个器件的逻辑规模小，功耗相对比 较大，用 其构成的系统布线复杂，占 用PCB ( Printed Circuit Board) 板面积大。
硬精选件pp的t 软化设计
4
中小规模可编程器件
可编程器件外形图
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5
PLD的开发流程图
算法设计和电路划分
图形输入和文本输入
编译和逻辑仿真
设计实现
目标文精件选下ppt 载
6
可编程器件的下载方式
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通用编程器 7
用专用下载电缆下载 （JTAG标准口）
接 计 算 机 并 口
用下载电缆下载示意图
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18
F 1(A 2,A 1,A 0)A 2A 0A 1A 0
F 2 (A 2 ,A 1 ,A 0 ) A 1 A 0 A 2 A 1 A 1 A 0
A0
1
A1
1
A2
1
&
≥1
F F
1 2
图10.5.2 用PLA精选实ppt现组合函数的设计
19
10.6 可编程阵列逻辑 PAL
除了具有与阵列(可编程)和或阵列（固定） 以外，还有输出和反馈电路： ❖ 专用输出结构 ❖ 可编程输入/输出结构 ❖ 寄存器输出结构 ❖ 异或输出结构