第八章数字逻辑电路
数字逻辑电路基础知识整理
数字逻辑电路基础知识整理数字逻辑电路是电子数字系统中的基础组成部分，用于处理和操作数字信号。
它由基本的逻辑门和各种组合和顺序逻辑电路组成，可以实现各种功能，例如加法、减法、乘法、除法、逻辑运算等。
下面是数字逻辑电路的一些基础知识整理：1. 逻辑门：逻辑门是数字逻辑电路的基本组成单元，它根据输入信号的逻辑值进行逻辑运算，并生成输出信号。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。
2. 真值表：真值表是描述逻辑门输出信号与输入信号之间关系的表格，它列出了逻辑门的所有输入和输出可能的组合，以及对应的逻辑值。
3. 逻辑函数：逻辑函数是描述逻辑门输入和输出信号之间关系的数学表达式，可以用来表示逻辑门的操作规则。
常见的逻辑函数有与函数、或函数、非函数、异或函数等。
4. 组合逻辑电路：组合逻辑电路由多个逻辑门组合而成，其输出信号仅取决于当前的输入信号。
通过适当的连接和布线，可以实现各种逻辑操作，如加法器、多路选择器、比较器等。
5. 顺序逻辑电路：顺序逻辑电路由组合逻辑电路和触发器组成，其输出信号不仅取决于当前的输入信号，还取决于之前的输入信号和系统状态。
顺序逻辑电路可用于存储和处理信息，并实现更复杂的功能，如计数器、移位寄存器、有限状态机等。
6. 编码器和解码器：编码器将多个输入信号转换成对应的二进制编码输出信号，解码器则将二进制编码输入信号转换成对应的输出信号。
编码器和解码器可用于信号编码和解码，数据传输和控制等应用。
7. 数字信号表示：数字信号可以用二进制表示，其中0和1分别表示低电平和高电平。
数字信号可以是一个比特（bit），表示一个二进制位；也可以是一个字（word），表示多个二进制位。
8. 布尔代数：布尔代数是逻辑电路设计的数学基础，它通过符号和运算规则描述了逻辑门的操作。
布尔代数包括与、或、非、异或等基本运算，以及与运算律、或运算律、分配律等运算规则。
总的来说，数字逻辑电路是由逻辑门和各种组合和顺序逻辑电路组成的，它可以实现各种基本逻辑运算和数字信号处理。
数字逻辑门电路
数字逻辑门电路数字逻辑门电路是现代电子技术领域中重要的基础概念。
它们是通过组合逻辑来实现逻辑运算的电子元件。
本文将介绍数字逻辑门电路的基本概念、常见的逻辑门类型以及它们在计算机和电子设备中的应用。
一、基本概念数字逻辑门电路由逻辑门组成，逻辑门是指一种通过输入信号产生输出信号的电子电路。
在数字电子系统中，逻辑门能够根据输入信号的逻辑值（通常为1或0）产生相应的输出信号。
常见的逻辑门类型有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）以及异或门（XOR）等。
与门（AND）是一种具有两个或多个输入端口和一个输出端口的逻辑门。
仅当所有输入端口的信号均为高电平时，输出端口才为高电平；否则，输出端口为低电平。
与门的符号通常是将输入端口以及输出端口连接的圆点和直线图形。
或门（OR）是一种具有两个或多个输入端口和一个输出端口的逻辑门。
只要有一个或多个输入端口的信号为高电平，输出端口就为高电平；只有所有输入端口的信号均为低电平时，输出端口才为低电平。
或门的符号通常是将输入端口以及输出端口连接的弧线和直线图形。
非门（NOT）是一种具有一个输入端口和一个输出端口的逻辑门。
当输入信号为高电平时，输出信号为低电平；当输入信号为低电平时，输出信号为高电平。
非门的符号通常是一个小圆圈加一个小三角形。
异或门（XOR）是一种具有两个输入端口和一个输出端口的逻辑门。
只有当输入端口的信号不全为1或不全为0时，输出端口才为高电平；否则，输出端口为低电平。
异或门的符号通常是将两个相连的弧线和直线图形。
二、常见逻辑门组合在数字电子系统中，不仅可以单独使用各种逻辑门，还可以通过多个逻辑门的组合构建出更为复杂的逻辑电路。
以下是一些常见的逻辑门组合。
1. 与非门（NAND）：是将与门的输出信号输入到非门中的一种组合。
当与门的输出信号为低电平时，非门的输出信号为高电平；当与门的输出信号为高电平时，非门的输出信号为低电平。
与非门因其功能的广泛应用而变得非常重要。
门电路和组合逻辑电路
解
8.1逻辑代数基础知识
二进制整数转换为十六进制数的方法是：将二进制整数从最低 位开始，每四位一组，将每组都转换为一位的十六进制数。 例8-3 写出二进制数10011101010的十六进制表示。 解 因为 0100 1110 1010 ↓ ↓ ↓ 4 E A 所以，（10011101010）2=（4EA）16 ②十六进制整数转换为二进制数 十六进制整数转换为二进制数的方法是：将十六进制整数的每 解 因为 3 B 9 ↓ ↓ ↓
8.1逻辑代数基础知识
第三步：根据题义及上述规定列出函数的真值表如表8-8所示。 一般地说，若输入逻辑变量A、B、C„的取值确定以后，输出 逻辑变量L的值也唯一地确定了，就称L是A、B、C的逻辑函 数，写作： L=f（A，B，C„） 逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特点： （1）逻辑变量和逻辑函数只能取两个值0和1。 （2）函数和变量之间的关系是由“与”、“或”、“非”三 种基本运算决定的。 2．逻辑函数的表示方法 逻辑函数的表示方法主要有三种，它们是真值表、函数表达 式和逻辑图。
8.1.1概述
逻辑代数是一种描述客观事物间逻辑关系的数学方法，它是英 国数学家乔治•布尔创立的，所以又称布尔代数，该函数表达 式中逻辑变量的取值和逻辑函数值都只有两个值，即0和1。这 两个值不具有数量大小的意义，仅表示客观事物的两种相反的 状态，如开关的闭合与断开；晶体管的饱和导通与截止；电位 的高与低；真与假等。数字电路在早期又称为开关电路，因为
第八章 门电路和组合逻辑电路
8.1逻辑代数基础知识 8.2基本逻辑门电路 8.3组合逻辑电路的分析与设计 8.4常用组合逻辑器件
8.1逻辑代数基础知识
数字电路是电子电路中的一类，它与模拟电路不同，数字电路 处理的信号是离散变化的脉冲信号，而模拟电路处理的是连续 变化的模拟信号。因为逻辑代数是分析和研究数字逻辑电路的 基本工具，而逻辑门电路是构成数字电路的基本单元，故本章 在介绍了逻辑代数的基础知识后，讲述了逻辑门电路及其构成， 最后介绍了组合逻辑电路的分析和设计方法以及常用的中小规 模组合逻辑器件。
数字逻辑电路
数字逻辑电路数字逻辑电路是现代电子领域中的重要概念，它是指在数字信号处理中使用的集成线路电子设备。
数字逻辑电路通过控制与门、或门、非门等组合来实现逻辑运算，从而处理数字信息。
数字逻辑电路在计算机、通信系统、数字信号处理等领域中都有着广泛的应用。
1. 数字逻辑电路的基本概念数字逻辑电路使用不同的门电路（如与门、或门、非门）来实现不同的逻辑功能。
其中，与门输出为1的条件是所有输入均为1；或门输出为1的条件是至少有一个输入为1；非门将输入反转。
数字逻辑电路的设计和分析通常基于布尔代数，它是由乔治·布尔于19世纪中叶创立的代数体系。
利用布尔代数，可以描述逻辑运算的基本规则，并通过代数表达式描述数字逻辑电路的功能。
2. 数字逻辑电路的分类数字逻辑电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。
•组合逻辑电路：组合逻辑电路的输出仅取决于当前输入的状态，与时间无关。
最简单的组合逻辑电路为三种基本门电路的组合，通过组合不同的门电路可以实现不同的逻辑功能。
•时序逻辑电路：时序逻辑电路的输出不仅受当前输入的影响，还受到系统内部状态的影响。
时序逻辑电路中通常包含寄存器、触发器等时序元件，可以实现存储和时序控制功能。
3. 通用逻辑门通用逻辑门是数字逻辑电路设计中常用的元件，它可以实现不同的逻辑功能。
常见的通用逻辑门包括与非门（NAND门）、或非门（NOR门）和异或门（XOR 门）等。
通用逻辑门的特点在于可以通过适当的电路连接和组合来实现各种复杂的逻辑功能，是数字逻辑电路设计中的核心组成部分。
4. 数字逻辑电路在计算机领域的应用数字逻辑电路在计算机体系结构设计中发挥着重要作用。
如CPU内部的控制逻辑、寄存器文件、算术逻辑单元（ALU）等模块，都是由数字逻辑电路实现的。
在计算机的数据通路设计中，数字逻辑电路用于数据的选择、传输、处理等操作，确保计算机可以正确高效地完成各种计算任务。
5. 结语数字逻辑电路作为数字电子技术的基础，对现代电子设备的设计和功能发挥起着至关重要的作用。
数字逻辑电路教案
数字逻辑电路教案
数字逻辑电路是组成数字电路的基本组件，是数字电路设计的核心。
本教案将介绍数字逻辑电路的基本概念、运算方式和设计方法。
一、基本概念
数字逻辑电路是由数字逻辑门组成的电路，其输入和输出在离散的时间点上取值。
数字逻辑门是用来实现逻辑运算的基本元件，包括与门、或门、非门、异或门等。
数字逻辑电路中的输入信号只能取0或1两个状态，输出信号也只能是0或1两个状态。
因此数字逻辑电路也称为二进制电路。
二、运算方式
数字逻辑电路的运算方式包括与运算、或运算、非运算、异或运算等。
与运算（AND）：当所有的输入信号都为1时，输出信号为1，否则为0。
或运算（OR）：当任意一个输入信号为1时，输出信号为1，否则为0。
非运算（NOT）：输入信号为0时，输出信号为1，输入信号为1时，输出信号为0。
异或运算（XOR）：当两个输入信号不相同时，输出信号为1，否则为0。
三、设计方法
数字逻辑电路的设计方法分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两种。
组合逻辑电路：输入信号直接决定输出信号，适合于处理实时信号。
时序逻辑电路：输出信号的状态由输入信号的变化以及之前的状态决定，适合于存储数据、计数器等应用。
数字逻辑电路的设计需要考虑输入、输出、中间信号的数量和取值范围，以及逻辑门的选择和连接方式等因素。
四、总结
数字逻辑电路是数字电路的基础，是计算机硬件系统的核心组成部分。
掌握数字逻辑电路的基本概念、运算方式和设计方法对于计算机专业的学生来说非常重要。
数字电路各章的重点、难点和教学要求
一、各章的重点、难点和教学要求（这里所的难点内容中的难点，不包括非重点内容中的难点。
）第一章逻辑代数基础逻辑代数是本书中分析和和设计数字逻辑电路时使用的主要数学工具，所以把它安排在第一章。
本章重点内容有：1、逻辑代数的基本公式和常用公式：2、逻辑代数的基本定理；3、逻辑函数的各种表示方法及相互转换；4、逻辑函数的化简方法；5、约束项、任意项、无关项的概念以及无关项在化简逻辑函数中的应用。
“最小项”和“任何一个逻辑函数式都可以化为最小项之和形式”是两个非常重要的概念，在逻辑函数的化简和变换中经常用到。
而“最大项”用得很少，不是本章的重点内容。
第一章里没有太难掌握的内容。
稍微难理解一点的是约束项、任意项、无关项这几个概念。
建议讲授过程中多举几个例子，这样可加深对这几个概念的理解。
第二章门电路虽然这章讨论的只是门电路铁外特性，但无论集成电路内部电路多么复杂，只要它们和这一章所讲的门电路具有相同的输入、输出电路结构，则这里对输入、输出特性的分析对它们也同样适同。
因此，这一章是全书对电路进行分析的基础。
本章的重点内容包括以下三个方面：1、半导体二极管三极管（包括双极型和MOS型）开关装态下的等效电路和外特性；2、TTL电路的外特性及其应用；3、CMOS电路的外特性及应用。
为了正确理解和运用这些外特性，需要了解TTL电路和CMOS电路的输入电路和输出电路结构及它们的工作原理。
内部的电路结构不是重点内容。
鉴于CMOS电路在数字集成电路中所占的比重已远远超过了TTL电路，建议在讲授时适当加大C MOS电路的比重，并相应压缩TTL电路的内容。
其他类型的双极型数字集成电路属于扩展知识面的内容。
第2.8节两种集成电路的接口问题可以作为学生自学时的阅读材料。
TTL电路的外特性是本章的一个难点，同时也是一个重点。
尤其是输入端采用多发射极三极管结构时，对输入特性的全面分析比较复杂。
从实用的角度出发，只要弄清输入为高/低时输入电流的实际方向和数值的近似计算就可以了。
数字逻辑电路 fan8
可编程逻辑器件的软件开发系统支持两种设计
输入方式： 图形设计输入； 硬件描述语言输入。 现 在 比 较 流 行 的 硬 件 描 述 语 言 有 ABEL 和 VHDL。 计算机对输入文件进行编译、综合、优化、 配置操作，最后生成供编程用的文件，可直接编 程到可编程逻辑器件的芯片中。
2. 可编程逻辑器件的开发方法
1
0
0
组合逻辑专用输出
1
1
1
组合逻辑带反馈双向I/O输出
0
1
1
时序逻辑组合I/O输出
0
1
0
时序逻辑寄存器输出
只要写入不同的结构控制字，就可以得到不同 类型的输出电路结构。
8. 3
复杂的可编程逻辑器件（CPLD）
CPLD是阵列型高密度可编程控制器，其基本结 构形式和PAL、GAL相似，都由可编程的与阵列、 固定的或阵列和逻辑宏单元组成，但集成规模都比 PAL和GAL大得多。 基本包含三种结构： 逻辑阵列块（LAB） 可编程I/O单元 可编程连线阵列（PIA）。
③ 有上电复位功能和加密功能，可以防止非法
复制。
2．通用可编程逻辑器件（GAL） 20世纪80年代初，美国Lattice半导体公司研制。 GAL的结构特点：输出端有一个组态可编程的输 出逻辑宏单元OLMC，通过编程可以将GAL设置成不 同的输出方式。这样，具有相同输入单元的GAL可以 实现PAL器件所有的输出电路工作模式，故而称之为 通用可编程逻辑器件。 GAL与PAL的区别： ① PAL是PROM熔丝工艺，为一次编程器件，而 GAL是E2 PROM工艺，可重复编程； ② PAL的输出是固定的，而GAL用一个可编程的 输出逻辑宏单元（OLMC）做为输出电路。GAL比 PAL更灵活，功能更强，应用更方便，几乎能替代所 有的PAＬ器件。
数字逻辑电路的原理和应用
数字逻辑电路的原理和应用前言数字逻辑电路是计算机系统中关键的组成部分，它可以实现数字信号的处理和控制。
本文将介绍数字逻辑电路的原理以及它们在实际应用中的一些常见场景。
数字逻辑电路的基本原理逻辑门逻辑门是数字逻辑电路的基本构建块，它可以根据输入信号的逻辑状态（通常为0或1）产生相应的输出信号。
常见的逻辑门包括与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）等。
这些逻辑门可以通过组合和连接实现更复杂的逻辑功能。
组合逻辑电路组合逻辑电路由逻辑门和连接它们的导线组成，其中逻辑门的输出信号直接取决于其输入信号的状态。
组合逻辑电路通常用于执行特定的操作或运算，如加法、乘法、选择等。
它使用了逻辑门的特性来实现所需的功能。
时序逻辑电路时序逻辑电路通过引入时钟信号来控制逻辑门的行为。
时序逻辑电路中的输出信号不仅取决于输入信号的状态，还取决于时刻。
这使得时序逻辑电路能够存储和处理信息，从而实现更复杂的功能，如计数器、存储器等。
数字逻辑电路的应用场景计算机系统在计算机系统中，数字逻辑电路被广泛应用于控制单元、算术逻辑单元（ALU）和存储器等核心部件。
控制单元使用时序逻辑电路来处理指令，从而控制计算机的运行。
ALU负责执行各种算术和逻辑运算。
存储器用于存储计算机的数据和程序。
通信系统数字逻辑电路在通信系统中起着重要的作用。
例如，在数字通信中，数据必须被编码成数字信号，然后通过数字逻辑电路进行调制和解调。
这些电路能够快速地将原始数据转换为数字信号，并将其传输到远程位置。
数字逻辑电路还可以实现各种编码和解码技术，如差分编码、哈夫曼编码等。
汽车电子系统数字逻辑电路在汽车电子系统中也有广泛的应用。
例如，车载娱乐系统中的音频处理和信号传输需要使用数字逻辑电路。
汽车安全系统中的传感器和控制单元也使用数字逻辑电路来实现各种功能，如碰撞检测、自动刹车等。
工业控制系统数字逻辑电路在工业控制系统中扮演着关键角色。
它们可以控制各种设备和机器的运行，如自动化生产线、机器人等。
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由于与非门是有源器件，当多级与非门串
联使用时，每级都有能量补充，因此各级输出 电平不会因负载增加而逐级恶化。这样逻辑量 可以连续通过多级门电路，但其级数还要受延 时的限制。
1. 双极型集成门电路 双极型集成门电路以与非
门为基础。图为与非门的逻辑 符号及逻辑表达式，其逻辑关 系可解释为：当输入有低电平 “0”时，输出为高电平“1”； 当输入全为高电平“1”时，输 出为低电平“0”。
由二极管和三极管组成的与非逻 辑电路，简称DTL与非门。前面 的一组二极管起到与的作用，后 面的三极管起到非的作用。
2. 或门电路 上图为简单的具有两个输入端的二极管或门电路、常用
逻辑符号、逻辑表达式及真值表。 其中A、B分别为两个输入端，F为输出端。这种电路之
所以能实现或运算，是因为输出端的电平被最高电平的输入 端钳位，只要输入端有一个高电平时，输出就是高电平。也 就是说输入有一个为1时，输出即为1。输入端全为0时，输 出才为0。
上图是数字频率计控制电路，其中的与
门是用来控制脉冲信号能否进入计数器的开 关经加。脉到A它冲端有形；两成控个电制输 路与入 变门端 成开； 计和被 数关测 脉的信 冲信（号号重（（复频门频率控率为制ffxx））信 号）加到B端。
二. 集成门电路
集成门电路可分为两大类： 一类是以半导体三极管为主要器件，称为 双极型集成门电路；另一类是以MOS型场效 应管为主要器件，称为MOS型或单极型集成 门电路。
一. 基本逻辑门电路
基本逻辑门电路有与门(AND gate)、或门 (OR gate)及非门(NOT gate)，分别可以完成 与、或、非三种逻辑运算。这三种逻辑运算可 以用晶体二极管和晶体三极管等分立元件组成 的电路来实现，也可以用集成电路来实现。
1. 与门电路 上图为简单的具有两个输入端的二极管与门电
TTL电路具有较快的开关速度，较强的抗 干扰能力以及足够大的输出摆幅，所以是目前 在各个领域包括医学电子设备中使用最广泛的 逻辑电路系统。实际的集成门电路比这里的要 复杂些，在输出端还有放大器和跟随器，用来 保证逻辑电平符合要求，增加负载能力。
在一个实际的数字系统中，往往需要能实现多种
多样逻辑功能的门电路，只有一种与非门作为基本单 元使用起来显然是不方便的。在TTL门电路的系列产 品中，常用的还有或非门、与或非门、与门、或门等 等。虽然门电路的种类很多，但它们或者是由与非门 稍加改动得到的，或者是由与非门中的若干部分组合 成的，有的就是与非门的一部分。如，与非门只有一 个输入端时成了非门；在与非门后再连一个非门成了 与门；在与非门前面对于每个输入端各接一个非门成 了或门。可以说与非门可以完成一切逻辑运算。因此， 只要掌握与非门典型电路的工作原理和分析方法，就 不难对其它形式的门电路进行分析了。
这种或门电路的局限性与前面的与门相类似。
3. 非门电路 非门电路只有一输入端，输出端与输入端的状态总是相
反。当输入端A是高电平时，输出端F是低电平；当输入端是 低电平时，输出端则是高电平。
简单的非门电路实际就是一个反相器，适当选择RC和RB， 当输入端A为高电平时，三极管饱和导通，输出端F为低电平 (约为0．2伏)；当输入端A为低电平时(0伏左右)，三极管截 止0；，输输入出0端时F，为输高出电1子，(实约现为了Ec非)。运这算就。是上说图，为输电入路1时、，逻输辑出符 号、逻辑表达式及真值表。
经被广泛应用在医疗仪器和设备介绍常用的计数器和A/D、D/A转换器。
主要内容
第一节 基本逻辑电路 第二节 双稳态触发器 第三节 脉冲的计数和显示 第四节 数模和模数转换
第一节 基本逻辑电路
所谓逻辑是指“条件”与“结果”的 关系。逻辑电路(logic circuit)是用电路的 输入信号反映“条件”，用电路的输出信 号反映“结果”。电路的输出与输入之间 构成一定的逻辑关系。
这种简单的非门电路具有如下特点：①由
于晶体三极管是有源器件，输出电平不但不会 逐级恶化，而且比输入端有所改善，作串联使 用时无电平偏移。所以常用它和与门、或门组 成与非门及或非门。②这种电路向负载提供电 流的能力一般比较差。③电路的延时主要发生 在输出电平由0变1时，这是由于三极管的延时 主要产生在由饱和变为截止的恢复阶段上。
为了扩展逻辑功能，由上述三种基本
逻辑门电路还可以组成多种复合门电路。如 与门和非门串联可组成与非门，或门和非门 串联可组成或非门，与门、或门和非门串联 组成与或非门等。实际应用的逻辑系统往往 具有较复杂的逻辑关系。它需要用一些基本 门电路和复合门电路组合起来，以实现一定 的逻辑功能。这种由若干个门电路组成的电 路称为组合逻辑电路。常用的组合逻辑电路 有编码器、译码器等，它们在数字电路中有 着广泛的应用。
路、常用逻辑符号、逻辑表达式及真值表。
其中A、B分别为两个输入端，F为输出端。这
种电路之所以能实现与运算，是因为输出端的电平
被最低电平的输入端钳位，只有在输入端全为高电 平时，输出端才能是高电平。也就是说输入全为1 时，输出才为1。
从电路的结构来看，这种基本的与门电路有它的
局限性：①输出低电平时，其值比输入端低电平高一 个二极管的正向电压降，因此一个逻辑量连续通过 2~3个这样的门电路后，代表0值的低电平就不再符 合要求。②输出端为高电平时，向负载供应电流的能 力受电阻R的限制，负载电流过大时，R两端的压降 就不容忽视，代表1值的高电平就不再符合要求。③ 当输入端电平变化时，输出端电平的变化总是要落后 一定的时间。此时间主要是由二极管在导通状态和截 止状态之间的转换过程而产生的，称为门电路的延迟 时间。
逻辑变量是指具有“真”、“假”两个 值的量，在逻辑运算中用0和1两个数码代 表逻辑值，0代表“假”，1代表“真”。 在电子线路中，如果一个电压变量只取高、 低两个电平，且在这两个电平之间的转换都 是快速的，那么它们就可以作为逻辑变量。 在正逻辑中，把低电平作为逻辑值0，把高 电平作为逻辑值1。而负逻辑则相反。以下 的内容只使用正逻辑。
第八章 数字逻辑电路
前面学习了能够处理随时间连续变化的信
号(模拟信号)的模拟电路，本章将继续学习能 够处理不连续的突变信号(数字信号)的数字电 路(digital circuit)。
目前，数字电路正快速向多功能、高集成
方向发展，其中电子计算机技术就是在此基础
上发展起来的。数字电路与电子计算机技术已