数字逻辑概论
数字电路知识点总结(精华版)
数字电路知识点总结(精华版)数字电路知识点总结（精华版）第一章数字逻辑概论一、进位计数制1.十进制与二进制数的转换2.二进制数与十进制数的转换3.二进制数与十六进制数的转换二、基本逻辑门电路第二章逻辑代数逻辑函数的表示方法有：真值表、函数表达式、卡诺图、逻辑图和波形图等。
一、逻辑代数的基本公式和常用公式1.常量与变量的关系A + 0 = A，A × 1 = AA + 1 = 1，A × 0 = 02.与普通代数相运算规律a。
交换律：A + B = B + A，A × B = B × Ab。
结合律：(A + B) + C = A + (B + C)，(A × B) × C = A ×(B × C)c。
分配律：A × (B + C) = A × B + A × C，A + B × C = (A + B) × (A + C)3.逻辑函数的特殊规律a。
同一律：A + A = Ab。
摩根定律：A + B = A × B，A × B = A + Bc。
关于否定的性质：A = A'二、逻辑函数的基本规则代入规则在任何一个逻辑等式中，如果将等式两边同时出现某一变量 A 的地方，都用一个函数 L 表示，则等式仍然成立，这个规则称为代入规则。
例如：A × B ⊕ C + A × B ⊕ C，可令 L = B ⊕ C，则上式变成 A × L + A × L = A ⊕ L = A ⊕ B ⊕ C。
三、逻辑函数的化简——公式化简法公式化简法就是利用逻辑函数的基本公式和常用公式化简逻辑函数，通常，我们将逻辑函数化简为最简的与或表达式。
1.合并项法利用 A + A' = 1 或 A × A' = 0，将二项合并为一项，合并时可消去一个变量。
数电第01章数字逻辑概论康华光-课件
——相邻两组二进制数之间只变化一位二进制数
十进制数
0 1 2 3 4 5 6 7
8421码 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
格雷码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
十进制数
8 9 10 11 12 13 14 15
加法运算规则如下：
0＋0＝0 1＋0＝1
0＋1＝1 1＋1＝10
——逢2进1
进位
例 : 1101+ 1001=？
2、减法运算 减法运算规则如下： 0-0＝0 1-0＝1 1-1＝0 0-1＝11
借位
例 : 1110－1001=？
1101 +1001
10 0 1
10 1 1 0
1110 -1 0 0 1
(2)并行方式(P15图1.2.3)
——n 位数据需n根连接线进行传输。传输速度快，传 输时间为串行方式的1/n 。工作时， n 位数据信号在 一个时钟脉冲的控制下同时传输。
2、二进制数的波形表示方法
低电平表示数据“0” 高电平表示数据“1”
0
1
0
（1-17）
一组波形如何用二进制数表示出来？
①串行方式时：
（1-4）
第一章 数字逻辑概论
重点： 1.了解数字电路的基本概念、数制； 2.掌握基本逻辑门的逻辑符号、真值表和 逻辑表达式； 3.掌握逻辑函数的各种表示方法及其相互 转换方法。
§1.1 数字电路的基本概念
一、模拟信号与数字信号
1、模拟信号 ——随时间连续变化的信号
u t 正弦波信号
2、数字信号 ——时间和幅度都是离散的
A
第01章数字逻辑概论
❖ Daniel M. Kaplan. Hands-On Electronics. Cambridge University Press. 2003
数模和模数转换
• 模拟电路中讲授
2021/5/6
北京化工大学电工电子中心
8
课程安排
❖课程名称：数字电子技术 ❖英文名称：Digital Electronics Technology ❖课程性质：学科基础理论必修课 ❖考核方式：考试 ❖开课专业：自控、电科 ❖开课学期： 4 ❖总学时： 56 ❖总学分： 3.5
第1章
作业
❖1.1.4
❖1.2.2 （2）（4）
❖1.2.6 （2）
❖1.3.1（2） （3）
❖1.4.1 （1）
补充： 1、现车牌为六位，前三位为英文字母，后三位 为十进数，求车牌容量。 2、一千个梨分放入十个葙中，如给定小于一千 任意数，都能整葙取走，如何分放？
2021/5/6
北京化工大学电工电子中心
❖稳定性好，抗干扰能力强；
❖设计相对容易，集成度高；
❖信息处理能力强；
❖持久高精度；
❖便于存储和检索；
❖灵活的可编程能力；
❖低功耗；
1958年，Jack Kilby发明了集成电路（IC）
2021/5/6
北京化工大学电工电子中心
34
1.1.4 数字电路与模拟电路的混合应用
许多系统融合了模拟电路与数字电路各自的优势。 一个典型的例子是CD播放器。通过CD驱动器接收CD唱 盘上的数字数据，通过数模转换为模拟信号并进行信号 放大。
数电02(逻辑概论)
通电
灭
3.
非运算
非逻辑真值表
A 0 1 L 1 0
非逻辑举例状态表 A 不通电 通电 非逻辑符号
A
1
灯 亮
灭 表示反相
L A
L
逻辑表达式
L=A
4. 几种常用复合逻辑运算 1)与非运算
与非逻辑符号
与非逻辑真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 L 1 1 1 0
A
B
有 0 出 1 全 1 出 0
逻辑真值表
A 0 0 B 0 1 L 0 0
1
1
0
1
0
1
与逻辑符号 A B 逻辑表达式 L A B 与逻辑： &
L
L = A · = AB Ｂ
２、或运算
只要在决定某一事件的各种条件中，有一个或几个条件具 备时，这一事件就会发生。这种因果关系称为或逻辑关系。 或逻辑举例
S1 S2 开关S1 断 电路状态表 开关S2 断 合 断 合 灯 灭 亮 亮 亮
1、逻辑函数的表示方法
◆
逻辑图法
采用规定的图形符号，构成的逻辑运算关系的网 络图形。
◆ 卡诺图法 一种几何图形，是由美国工程师卡诺首先提出的，
可以用来表示和简化逻辑函数表达式。
◆ 波形图（时序图）法 输入端在不同逻辑信号作用下，对应的输出信号的 波形图。是一种表示输入、输出信号动态变化的图形，反 映了函数值随时间变化的规律。 几种表示方法可以互相转换。
1.数字逻辑概论 2.逻辑代数与硬件描述语言概述 3.逻辑门电路 4.组合逻辑电路 5.锁存器与触发器 6.时序逻辑电路 7.存储器、复杂可编程器件和 现场可编程门阵列 8.脉冲波形的变换与产生 9.模数与数模转换器
第一章数字逻辑概论
数字信号波形 •数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同， 数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同， 分析、 分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同
3、模拟信号的数字表示 由于数字信号便于存储、分析和传输， 由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换 为数字信号. 为数字信号. 模数转换的实现
2、数字波形 数字波形------是信号逻辑电平对时间的图形表示. 数字波形------是信号逻辑电平对时间的图形表示. ------是信号逻辑电平对时间的图形表示
(a) 用逻辑电平描述的数字波形
16位数据的图形表示 (b) 16位数据的图形表示
(1)数字波形的两种类型: (1)数字波形的两种类型: *非归零型 数字波形的两种类型 高电平
1.1数字电路与数字信号 数字电路与数字信号
1.1.1数字技术的发展及其应用 数字技术的发展及其应用
60~70代-IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。 代 技术迅速发展： 、 技术迅速发展 、 。 10万个晶体管 片。 万个晶体管/片 万个晶体管 80年代后 ULSI ， 1 0 亿个晶体管 片 、 ASIC 制作技术成熟 年代后亿个晶体管/片 年代后 90年代后 97年一片集成电路上有 亿个晶体管。 年代后年一片集成电路上有40亿个晶体管 年代后 年一片集成电路上有 亿个晶体管。 目前-- 芯片内部的布线细微到亚微米(0.13~0.09µm)量级 目前 芯片内部的布线细微到亚微米 µ 量级 微处理器的时钟频率高达3GHz（109Hz） （ 微处理器的时钟频率高达 ） 将来- 高分子材料或生物材料制成密度更高、 将来 高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路
2、数字集成电路的特点 、数字集成电路的特点 1)电路简单,便于大规模集成,批量生产 电路简单,便于大规模集成, 电路简单 2)可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强 可靠性、稳定性和精度高, 可靠性 3)体积小,通用性好,成本低. 体积小,通用性好,成本低. 体积小 4)具可编程性,可实现硬件设计软件化 具可编程性, 具可编程性 5)高速度 低功耗 高速度 6)加密性好 加密性好
数字电子技术基础：1-1 数字逻辑概论
考核
平时成绩 考试 作业
20% 80%
两本作业本，写上姓名、班级、学号
每周交1次作业
答疑 时间待定
1.数字逻辑概论
1.1数字电路与数字信号 1.2 数制 1.3 二进制数的算术运算 1.4 二进制码 1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算 1.6 逻辑函数及其表示方法
教学基本要求
1、了解数字信号与数字电路的基本概念 2、了解数字信号的特点及表示方法 3、掌握常用二～十、二～十六进制数的转换 4、了解常用二进制码，熟悉8421 BCD码 5、掌握基本逻辑运算及逻辑函数的表示方法
1. 1 数字电路与数字信号
1.1.1 数字技术的应用及其发展 1.1.2 数字集成电路的分类及特点 1.1.3 模拟信号和数字信号 1.1.4 数字信号的描述方法
1 .1.1 数字技术的应用及其发展
1 )数字技术的应用
人类进入到数字时代,数字技术是发展最快 、 应用最广泛的技术.
航空航天
“勇气”号 火星探测器
2）按电路结构和工作特点不同划分： 可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类
2.数字集成电路的特点
1 )稳定性高, 抗干扰能力强 2 )易于设计, 精度高 3 )便于大规模集成,批量生产, 体积小,通用性好,成本低 4 )具可编程性, 可实现硬件设计软件化 5 ) 速度高、功耗低 6 )便于加密、解码
数字电子技术基础
（第五版）
课程介绍
1. 课程的性质 2. 教学目标 3. 课程研究内容 4. 课程特点与学习方法 5. 教材和参考书 6. 考核
1.课程性质
是电类专业的：
具入门性质的、重要的专业基础课
2.课程目标 获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、 基本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力， 为以后学习与数字电子技术相关学科和专业应用打好以 下两方面的基础: 1）正确分析、设计数字电路，特别是集成电路
数字逻辑概论英语版
1.Introduction to digital logic1.1Digital circuit and digital signal1.2Numerical systems1.3Binary arithmetic operation in1.4Binary Code1.5Binary logic variables and basic logical operation1.6 Logical function and its expression2. Logical algebra and foundation for hardware description language（HDL）2.1 Logic algebra2.2 Karnaugh Map simplification of logical function2.3 Fundamental of Verilog hardware description language3. Logic gates3.1 MOS Logic gate3.2 TTL Logic gate3.3 Emitter coupled logic gate3.4 Gallium arsenide logic gate3.5 Problems concerning logic description3.6 Problems in logic gate application3.7 Description of logic gate by Verilog hardware description language4. Combinational logic circuit4.1 Analysis of combinational logic circuit4.2 Design of combinational logic circuit4.3 Competition risks in combinational logic circuits4.4 Typical integrated combinational logic circuit4.5 Programmable combinational logic devices4.6 Description of combinational logic circuit by Verilog hardware description language 5．Latch and trigger5.1 Bistable memory unit circuit5.2 Latch5.3 Trigger circuit and working principle5.4 Trigger logic function5.5 Description of latch and trigger by Verilog hardware description language6. Sequential logic circuit6.1 Concept of sequential logic circuit6.2 Analysis of synchronous sequential logic circuit6.3 Design of synchronous sequential logic circuit6.4 Analysis of asynchronous sequential logic circuit6.5 Typical integrated sequential logic circuits6.6 Description of sequential logic circuit by Verilog hardware description language6.7 Sequential programmable logic devices7. Memory, complex programmable logic devices and field programmable gate array7.1 ROM7.2 RAM7.3 Complex programmable logic device7.4 Field programmable gate array7.5 Examples for designing programmable device by EDA technique8. Conversion and creation of pulse wave8.1 Monostable trigger8.2 Schmidt trigger8.3 Multi vibrator8.4 555 Timer and its applications9. D/A and A/D Convertors9.1 D/A Convertor9.2 A/D Convertor10. Fundamental for digital system design10.1 Introduction to digital system10.2 Arithmetic state machine10.3 Register transmission language10.4 Realization of digital system by programmable logic devices。
数字逻辑朱勇ppt课件
仿真工具
用于模拟和测试数字电 路的行为和功能。
布局布线工具
将逻辑电路转换为物理 版图，并生成制程需要
的掩膜。
05 数字信号处理
数字信号的特点
01
02
03
04
离散性
数字信号在时间或幅度上都是 离散的，表现为信号状态的突
然跳变。
稳定性
数字信号的幅度值范围较小， 因此信号相对稳定，不易受到
噪声干扰。
可存储性
数字信号可以方便地存储在计 算机存储器、数字磁带等介质
上。
抗干扰能力强
由于数字信号是离散的，因此 具有较强的抗干扰能力，传输
过程中不易失真。
数字信号处理的方法
时域分析法
频域分析法
通过观察信号在不同时间点的取值来分析 信号的特性。
将信号转换为频域表示，通过分析信号的 频率成分来理解信号特性。
数字逻辑还可以应用于加密、编码、图像处理等领域，为现代信息社会提供了重 要的技术支持。
02 数字逻辑基础
基本逻辑门
OR门
实现逻辑或运算， 当输入有一个为真 时，输出为真。
NAND门
实现逻辑与非运算 ，当输入都为真时 ，输出为假。
AND门
实现逻辑与运算， 当输入都为真时， 输出为真。
NOT门
实现逻辑非运算， 对输入取反。
时序逻辑电路
总结词
具有记忆功能的电路，输出不仅取决于当前的输入，还与过 去的输入状态有关。
详细描述
时序逻辑电路具有存储元件（如触发器），可以保存之前的 输入状态，因此其输出不仅取决于当前的输入，还与之前的 输入和状态有关。常见的时序逻辑电路有寄存器、计数器、 微处理器等。
可编程逻辑电路
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1.1 数字电路与数字信号
1.1.3 模拟信号和数字信号
3 模拟量的数字表示
由于数字信号便于存储、分析和传输，通常将模 拟信号转换成数字信号。
模数转换的实现
1.1 数字电路与数字信号
1.1.3 模拟信号和数字信号
3 模拟量的数字表示
采样：按一定时间间隔采集模拟 信号，得到离散的取样信号。
量化：选取一个量化单位，将 取样信号除以量化量单位并取 整。
a、设计 在计算机上利用软件平
台进行设计。
原理图输入
输入
HDL文本输入
状态机设计
1.1 数字电路与数字信号
1.1.2 数字电路的分类及特点
3 数字电路的分析、设计与测试
b、测试和仿真 c、下载
d、验证结果
1.1 数字电路与数字信号
1.1.2 数字电路的分类及特点
3 数字电路的分析、设计与测试
(3) 数字电路的测试技术
6
1
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 2 数字波形 (2) 周期性和非周期性数字波形
(a)非周期性数字波形
(b) 周期性数字波形
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 2 数字波形 周期性数字波形的参数 周期 (period) T 频率 (frequency) f
脉冲宽度 (pulse width) tW 高电平持续的时间
占空比 (duty ratio) q 脉冲宽度与周期的比值
tW q(% ) 100% T
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 2 数字波形
例1.1.2 设周期性数字波形的高电平持续6ms，低电平持
续10ms，求占空比q。 解：因数字波形的脉冲宽度tW = 6ms, 周期T = 6ms + 10ms = 16ms。
多位数码中每一位的构成方式，以及从低位到高位 的进位规则称为数制。 1.2.1 十进制 以10为基数的计数体制
数码： 位权：
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
统一表达式：
进位规则：逢十进一
10i
按权展开：
( 368.258 )D = 3×102+6×101+8×100
+2×10-1+5×10-2+ 8×10-3
1.1 数字电路与数字信号
1.1.2 数字集成电路的分类及特点 1 数字集成电路的分类 集成度分类
分类 SSI MSI LSI VLSI ULSI
门数（一 个芯片）
10 100 104 105 >105
典型电路 逻辑门、触发器 计数器、加法器 小型存储器、门阵列 大型存储器、微处理器
专用集成电路 ASIC 可编程逻辑器件 PLD
1.1 数字电路与数字信号
1.1.2 数字集成电路的分类及特点 2、数字集成电路的特点
① 稳定性高、结果的再现性好。 ② 电路简单、易于设计 ③ 体积小、成本低，便于大规模集成，批量生产。 ④ 可编程性，可实现硬件设计的软件化。
⑤ 高速度，低功耗
⑥加密性好。 ⑦抗干扰能力强。
1.1 数字电路与数字信号
高频模拟电路
电子电路 组合逻辑电路 数字电路 时序逻辑电路
1.1 数字电路与数字信号
1.1.2 数字集成电路的分类及特点 二极管、晶体管、场效应管工作在开关 状态，时而导通，时而截止，构成电子开关，
是组成逻辑门电路的基本单元。
将门电路集成在一块半导体芯片上就构 成了数字集成电路。
1.1 数字电路与数字信号
电子管时代
1.1 数字电路与数字信号
1.1.1 数字技术的发展及其应用
晶体管时代：半导体技术
半导体二极管、三极管
1.1 数字电路与数字信号
1.1.1 数字技术的发展及其应用
半导体集成电路
1.1 数字电路与数字信号
1.1.1 数字技术的发展及其应用 数字技术应用的典型代 表是电子计算机，数字电
子技术的发展导致计算机
tW q(%) 100 % T 6ms 100% 37 .5% 16 ms
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 2 数字波形 (3) 实际数字信号波形
非理想脉冲波形
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 2 数字波形
上升时间 tr
从脉冲幅值的10%上升到90%所用时间 下降时间 tf 从脉冲幅值的90%下降到10%所用时间 脉冲宽度 tw 脉冲幅值的50%的两个时刻所跨时间
n 1 (N)D K 10i i i m
1.2 数制
任意进制数的表达式： 系数
1.1.2 数字集成电路的分类及特点
1 数字集成电路的分类
SSI Small-Scale Integration
MSI Medium-Scale Integration 集成度
LSI Large-Scale Integration
VLSI Very-Large-Scale Integration
ULSI Ultra-Large-Scale Integration
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 2 数字波形 (4) 时序图 (timing diagram)
表明各信号之间时序关系的波形图。
由于各信号的路径不同 ，
它们之间不可能保持严格 的同步关系，各信号之间 允许一定的误差，但这些 误差必须限定在规定的范 围内。
时序图
1.2 数制
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 2 数字波形 又称为二值位形图。非归零信号的每 位数据占用一个位时间。
比特率 (Bit rate) 每秒钟转输数据的位数。 例1.1.1 某通信系统每秒传输1544000位数据，求每位数 据传输的时间。 解：每位数据传输的时间为
1.54410 9 647 . 67 10 s 648ns s
1.1 数字电路与数字信号
1.1.2 数字电路的分类及特点
3 数字电路的分析、设计与测试
(2) 数字电路的设计
基于EDA软件的设计方式借助于计算机来快速准确地完成
电路的设计。设计者提出方案后，利用计算机进行逻辑分析、性 能分析和时序测试，如发现错误或方案不理想，可以重复上述过
程直到得到满意的电路，然后进行硬件电路的实现。
Agilent
XMM1
XLA1
1
测试设备：
数字电压表、电子示波 器、逻辑分析仪等。 具体测试技术将在实验
XSC2
Tektronix
P G 1 2 3 4 T
课中进行介绍。
F
C Q T
1.1 数字电路与数字信号
1.1.3 模拟信号和数字信号 1 模拟信号 模拟量 在时间上连续变化、数值上也连续取值的物理 量，如温度、压力、模拟声音的音频信号等。 模拟信号 表示模拟量的信号,如正弦变化的交流信号。 模拟电路 处理模拟信号的电子电路。
的不断发展和完善。 数字技术被广泛应用于：
广播、电视、通信、医学
诊断、测量、控制、文化 娱乐以及家庭生活等方面。
1.1 数字电路与数字信号
1.1.1 数字技术的发展及其应用
数字技术被广泛应用于：
广播、电视、通信、医学诊 断、测量、控制、文化娱乐 以及家庭生活等方面。
1.1 数字电路与数字信号
1.1.2 数字集成电路的分类及特点 低频模拟电路 模拟电路
1.1 数字电路与数字信号
1.1.2 数字电路的分类及特点
3 数字电路的分析、设计与测试
(2) 数字电路的设计 传统的硬件电路设计全均由人工完成，硬件电路的
验证和调试是在电路构成后进行的，故电路中存在的
问题只能在验证后发现。若问题重大，可能要重新设
计，多数需经反复的调试、验证、修改后完成。设计
的周期长，资源的浪费大，不能满足大规模集成电路 设计的需要。
1.1 数字电路与数字信号
1.1.3 模拟信号和数字信号 1 模拟信号 用传感器将模拟量转换为成比例的电
压或电流信号，送到电子系统处理。
模拟信号波形
1.1 数字电路与数字信号
1.1.3 模拟信号和数字信号 2 数字信号 数字量 在时间和数值上都离散的物理量，如每
隔1小时测量的某天温度，各种脉冲信号等。 数字信号 表示数字量的信号。 数字电路 处理数字信号的电子电路。
采样信号
编码：用适当位数的0和1表示数字信号。
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 1.二值数字逻辑和逻辑电平 二值数字逻辑：数字信号用0、1两个数码表示，称 为二值数字逻辑，也简称为数字逻辑。
－－表示数量时称为二进制数。 －－表示两种不同的逻辑状态时称为二值数字逻辑
表示方式
在电路中用高、低电平表示0、1两种逻辑状态。
1.1.2 数字集成电路的分类及特点 1 数字集成电路的分类 双极型 (BJT) 电子器件 （结构、 工艺） 单极型 (FET) TTL(晶体管逻辑) ECL(射极耦合逻辑)
I2L(集成注入逻辑)
PMOS (P沟道金属氧化物半导体) NMOS(N沟道MOS) CMOS(互补MOS)
1.1 数字电路与数字信号
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 2 数字波形 是信号逻辑电平对时间的图形表示。
(a) 用逻辑电平表示数字波形
(b) 16位数据的图形表示
1.1 数字电路与数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法 2 数字波形 (1) 数字波形的类型
① 非归零型
在一个时间拍内用高电平代表1，低电平
电子技术基础（数字部分）
1.本课程的性质