《數(shù)字電子技術》ppt課件

1、數(shù)字電子技術,湖南計算機高等?？茖W校李中發(fā) 胡錦 制作,第1章 數(shù)字電子技術基礎,學習要點： 二進制、二進制與十進制的相互轉換 邏輯代數(shù)的公式與定理、邏輯函數(shù)化簡 基本邏輯門電路的邏輯功能,第1章 數(shù)字電子技術基礎,1.1 數(shù)字電子技術基礎,1.2 數(shù)制與編碼,1.3 邏輯代數(shù)基礎,1.4 邏輯函數(shù)的化簡,1.5 邏輯函數(shù)的表示方法及其相互轉換,1.6 門電路,退出,1.1 數(shù)字電路概述,1.

2、1.1 數(shù)字信號與數(shù)字電路,1.1.2 數(shù)字電路的特點與分類,退出,1.1.1 數(shù)字信號與數(shù)字電路,,模擬信號：在時間上和數(shù)值上連續(xù)的信號。,數(shù)字信號：在時間上和數(shù)值上不連續(xù)的（即離散的）信號。,u,u,,模擬信號波形,數(shù)字信號波形,t,t,,對模擬信號進行傳輸、處理的電子線路稱為模擬電路。,對數(shù)字信號進行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。,,,,,1.1.2 數(shù)字電路的的特點與分類,（1）工作信號是二進制的數(shù)字信號，在

3、時間上和數(shù)值上是離散的（不連續(xù)），反映在電路上就是低電平和高電平兩種狀態(tài)（即0和1兩個邏輯值）。（2）在數(shù)字電路中，研究的主要問題是電路的邏輯功能，即輸入信號的狀態(tài)和輸出信號的狀態(tài)之間的關系。 （3）對組成數(shù)字電路的元器件的精度要求不高，只要在工作時能夠可靠地區(qū)分0和1兩種狀態(tài)即可。,1、數(shù)字電路的特點,2、數(shù)字電路的分類,（2）按所用器件制作工藝的不同：數(shù)字電路可分為雙極型（TTL型）和單極型（MOS型）兩類。,（3）按照電路的

4、結構和工作原理的不同：數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩類。組合邏輯電路沒有記憶功能，其輸出信號只與當時的輸入信號有關，而與電路以前的狀態(tài)無關。時序邏輯電路具有記憶功能，其輸出信號不僅和當時的輸入信號有關，而且與電路以前的狀態(tài)有關。,（1）按集成度分類：數(shù)字電路可分為小規(guī)模（SSI，每片數(shù)十器件）、中規(guī)模（MSI，每片數(shù)百器件）、大規(guī)模（LSI，每片數(shù)千器件）和超大規(guī)模（VLSI，每片器件數(shù)目大于1萬）數(shù)字集成電路。集成電路從應

5、用的角度又可分為通用型和專用型兩大類型。,,,,本節(jié)小結,數(shù)字信號的數(shù)值相對于時間的變化過程是跳變的、間斷性的。對數(shù)字信號進行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。模擬信號通過模數(shù)轉換后變成數(shù)字信號，即可用數(shù)字電路進行傳輸、處理。,1. 2 數(shù)制與編碼,1.2.1 數(shù)制,1.2.2 數(shù)制轉換,1.2.3 編碼,退出,（1）進位制：表示數(shù)時，僅用一位數(shù)碼往往不夠用，必須用進位計數(shù)的方法組成多位數(shù)碼。多位數(shù)碼每一位的構成以及從低

6、位到高位的進位規(guī)則稱為進位計數(shù)制，簡稱進位制。,1.2.1 數(shù)制,,（2）基 數(shù)：進位制的基數(shù)，就是在該進位制中可能用到的數(shù)碼個數(shù)。,（3） 位 權（位的權數(shù)）：在某一進位制的數(shù)中，每一位的大小都對應著該位上的數(shù)碼乘上一個固定的數(shù)，這個固定的數(shù)就是這一位的權數(shù)。權數(shù)是一個冪。,,,數(shù)碼為：0～9；基數(shù)是10。運算規(guī)律：逢十進一，即：9＋1＝10。十進制數(shù)的權展開式：,1、十進制,５?。怠。怠。?５×１０３＝５０００,５

7、×１０２＝?。担埃?５×１０１＝　　５０,５×１００＝　　?。?,,,,,＝５５５５,103、102、101、100稱為十進制的權。各數(shù)位的權是10的冪。,同樣的數(shù)碼在不同的數(shù)位上代表的數(shù)值不同。,＋,任意一個十進制數(shù)都可以表示為各個數(shù)位上的數(shù)碼與其對應的權的乘積之和，稱權展開式。,即：(5555)10＝5×103 ＋5×102＋5×101＋5×100,又如：(209

8、.04)10＝ 2×102 ＋0×101＋9×100＋0×10－1＋4 ×10－2,2、二進制,數(shù)碼為：0、1；基數(shù)是2。運算規(guī)律：逢二進一，即：1＋1＝10。二進制數(shù)的權展開式：如：(101.01)2＝ 1×22 ＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1 ×2－2 　＝(5.25)10,加法規(guī)則：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1

9、+1=10乘法規(guī)則：0.0=0， 0.1=0 ，1.0=0，1.1=1,運算規(guī)則,各數(shù)位的權是２的冪,,,,,,,二進制數(shù)只有0和1兩個數(shù)碼，它的每一位都可以用電子元件來實現(xiàn)，且運算規(guī)則簡單，相應的運算電路也容易實現(xiàn)。,數(shù)碼為：0～7；基數(shù)是8。運算規(guī)律：逢八進一，即：7＋1＝10。八進制數(shù)的權展開式：如：(207.04)10＝ 2×82 ＋0×81＋7×80＋0×8－1＋4 ×

10、8－2 ＝(135.0625)10,3、八進制,4、十六進制,數(shù)碼為：0～9、A～F；基數(shù)是16。運算規(guī)律：逢十六進一，即：F＋1＝10。十六進制數(shù)的權展開式：如：(D8.A)2＝ 13×161 ＋8×160＋10 ×16－1＝(216.625)10,各數(shù)位的權是8的冪,,,,,,各數(shù)位的權是16的冪,,,,結論,①一般地，N進制需要用到N個數(shù)碼，基數(shù)是N；運算規(guī)律為

11、逢N進一。②如果一個N進制數(shù)M包含ｎ位整數(shù)和ｍ位小數(shù)，即 (an-1 an-2 … a1 a0 · a－1 a－2 … a－m)2則該數(shù)的權展開式為：(M)2 ＝ an-1×Nn-1 ＋ an-2 ×Nn-2 ＋ … ＋a1×N1＋ a0 ×N0＋a－1 ×N-1＋a－2

12、×N-2＋… ＋a－m×N-m ③由權展開式很容易將一個N進制數(shù)轉換為十進制數(shù)。,1.2.2 數(shù)制轉換,（1）二進制數(shù)轉換為八進制數(shù)： 將二進制數(shù)由小數(shù)點開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每3位分成一組，不夠3位補零，則每組二進制數(shù)便是一位八進制數(shù)。,將N進制數(shù)按權展開，即可以轉換為十進制數(shù)。,1、二進制數(shù)與八進制數(shù)的相互轉換,1 1 0 1 0

13、 1 0 . 0 1,,,0 0,0,,＝ (152.2)8,（2）八進制數(shù)轉換為二進制數(shù)：將每位八進制數(shù)用3位二進制數(shù)表示。,= 011 111 100 . 010 110,,,(374.26)8,2、二進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉換,1 1 1 0 1 0 1 0 0 . 0 1 1,,,0 0 0,0,,＝ (1E8.6)16,= 1010 1111 0100 .

14、 0111 0110,(AF4.76)16,二進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉換，按照每4位二進制數(shù)對應于一位十六進制數(shù)進行轉換。,3、十進制數(shù)轉換為二進制數(shù),采用的方法 — 基數(shù)連除、連乘法原理：將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進行轉換。 整數(shù)部分采用基數(shù)連除法，小數(shù)部分 采用基數(shù)連乘法。轉換后再合并。,,整數(shù)部分采用基數(shù)連除法，先得到的余數(shù)為低位，后得到的余數(shù)為高位。,小數(shù)部分采用基數(shù)連乘法，先得到的

15、整數(shù)為高位，后得到的整數(shù)為低位。,所以：(44.375)10＝(101100.011)2,,,采用基數(shù)連除、連乘法，可將十進制數(shù)轉換為任意的N進制數(shù)。,用一定位數(shù)的二進制數(shù)來表示十進制數(shù)碼、字母、符號等信息稱為編碼。,用以表示十進制數(shù)碼、字母、符號等信息的一定位數(shù)的二進制數(shù)稱為代碼。,1.2.3 編碼,,,數(shù)字系統(tǒng)只能識別0和1，怎樣才能表示更多的數(shù)碼、符號、字母呢？用編碼可以解決此問題。,二-十進制代碼：用4位二進制數(shù)b3b2b1

16、b0來表示十進制數(shù)中的 0 ~ 9 十個數(shù)碼。簡稱BCD碼。,,2421碼的權值依次為2、4、2、1；余3碼由8421碼加0011得到；格雷碼是一種循環(huán)碼，其特點是任何相鄰的兩個碼字，僅有一位代碼不同，其它位相同。,用四位自然二進制碼中的前十個碼字來表示十進制數(shù)碼，因各位的權值依次為8、4、2、1，故稱8421 BCD碼。,本節(jié)小結,日常生活中使用十進制，但在計算機中基本上使用二進制，有時也使用八進制或十六進制。利用權展開式可將任意進制

17、數(shù)轉換為十進制數(shù)。將十進制數(shù)轉換為其它進制數(shù)時，整數(shù)部分采用基數(shù)除法，小數(shù)部分采用基數(shù)乘法。利用1位八進制數(shù)由3位二進制數(shù)構成，1位十六進制數(shù)由4位二進制數(shù)構成，可以實現(xiàn)二進制數(shù)與八進制數(shù)以及二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間的相互轉換?！　《M制代碼不僅可以表示數(shù)值，而且可以表示符號及文字，使信息交換靈活方便。BCD碼是用4位二進制代碼代表1位十進制數(shù)的編碼，有多種BCD碼形式，最常用的是8421 BCD碼。,1.3 邏輯代數(shù)基礎,1.3.

18、1 邏輯代數(shù)的基本概念,1.3.2 邏輯代數(shù)的公式、定理和規(guī)則,1.3.3 邏輯函數(shù)的表達式,退出,事物往往存在兩種對立的狀態(tài)，在邏輯代數(shù)中可以抽象地表示為 0 和 1 ，稱為邏輯0狀態(tài)和邏輯1狀態(tài)。,邏輯代數(shù)是按一定的邏輯關系進行運算的代數(shù)，是分析和設計數(shù)字電路的數(shù)學工具。在邏輯代數(shù)，只有０和１兩種邏輯值，有與、或、非三種基本邏輯運算，還有與或、與非、與或非、異或幾種導出邏輯運算。,邏輯代數(shù)中的變量稱為邏輯變量，用大寫字母

19、表示。邏輯變量的取值只有兩種，即邏輯0和邏輯1，0 和 1 稱為邏輯常量，并不表示數(shù)量的大小，而是表示兩種對立的邏輯狀態(tài)。,邏輯是指事物的因果關系，或者說條件和結果的關系，這些因果關系可以用邏輯運算來表示，也就是用邏輯代數(shù)來描述。,,,1.3.1 基本邏輯運算,1、與邏輯（與運算）,與邏輯的定義：僅當決定事件（Y）發(fā)生的所有條件（A，B，C，…）均滿足時，事件（Y）才能發(fā)生。表達式為：,,開關A，B串聯(lián)控制燈泡Y,Ｙ＝ＡＢＣ…,兩個開關

20、必須同時接通，燈才亮。邏輯表達式為：,Ｙ＝ＡＢ,A、B都斷開，燈不亮。,A斷開、B接通，燈不亮。,A接通、B斷開，燈不亮。,A、B都接通，燈亮。,,,這種把所有可能的條件組合及其對應結果一一列出來的表格叫做真值表。,將開關接通記作1，斷開記作0；燈亮記作1，燈滅記作0?？梢宰鞒鋈缦卤砀駚砻枋雠c邏輯關系：,,功能表,實現(xiàn)與邏輯的電路稱為與門。與門的邏輯符號：,Ｙ＝ＡＢ,真值表,邏輯符號,,2、或邏輯（或運算）,或邏輯的定義：當決定事件（Y

21、）發(fā)生的各種條件（A，B，C，…)中，只要有一個或多個條件具備，事件（Y）就發(fā)生。表達式為：,,開關A，B并聯(lián)控制燈泡Y,Ｙ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…,兩個開關只要有一個接通，燈就會亮。邏輯表達式為：,Ｙ＝Ａ+Ｂ,A、B都斷開，燈不亮。,A斷開、B接通，燈亮。,A接通、B斷開，燈亮。,A、B都接通，燈亮。,,,,,,,實現(xiàn)或邏輯的電路稱為或門。或門的邏輯符號：,Y=A+B,真值表,功能表,,邏輯符號,3、非邏輯（非運算）,非邏輯指的是邏輯的否定。

22、當決定事件（Y）發(fā)生的條件（A）滿足時，事件不發(fā)生；條件不滿足，事件反而發(fā)生。表達式為：,開關A控制燈泡Y,實現(xiàn)非邏輯的電路稱為非門。非門的邏輯符號：,A斷開，燈亮。,,,A接通，燈滅。,真值表,功能表,邏輯符號,,4、常用的邏輯運算,（1）與非運算：邏輯表達式為：,（2）或非運算：邏輯表達式為：,,,（3）異或運算：邏輯表達式為：,,,,（4） 與或非運算：邏輯表達式為：,,,5、邏輯函數(shù)及其相等概念,（1）邏輯表達式：由邏輯變量和與

23、、或、非3種運算符連接起來所構成的式子。在邏輯表達式中，等式右邊的字母A、B、C、D等稱為輸入邏輯變量，等式左邊的字母Y稱為輸出邏輯變量，字母上面沒有非運算符的叫做原變量，有非運算符的叫做反變量。,,（2）邏輯函數(shù)：如果對應于輸入邏輯變量A、B、C、…的每一組確定值，輸出邏輯變量Y就有唯一確定的值，則稱Y是A、B、C、…的邏輯函數(shù)。記為,,注意：與普通代數(shù)不同的是，在邏輯代數(shù)中，不管是變量還是函數(shù)，其取值都只能是0或1，并且這里的0和1

24、只表示兩種不同的狀態(tài)，沒有數(shù)量的含義。,（3）邏輯函數(shù)相等的概念：設有兩個邏輯函數(shù),它們的變量都是A、B、C、…，如果對應于變量A、B、C、…的任何一組變量取值，Y1和Y2的值都相同，則稱Y1和Y2是相等的，記為Y1=Y2。,若兩個邏輯函數(shù)相等，則它們的真值表一定相同；反之，若兩個函數(shù)的真值表完全相同，則這兩個函數(shù)一定相等。因此，要證明兩個邏輯函數(shù)是否相等，只要分別列出它們的真值表，看看它們的真值表是否相同即可。,,證明等式：,1.3.

25、2 邏輯代數(shù)的公式、定理和規(guī)則,1、邏輯代數(shù)的公式和定理,（1）常量之間的關系,（2）基本公式,,,分別令A=0及A=1代入這些公式，即可證明它們的正確性。,（3）基本定理,,利用真值表很容易證明這些公式的正確性。如證明A·B=B·A：,(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC,分配率A(B+C)=AB+AC,=A+AB+AC+BC,等冪率AA=A,=A(1+B+C)+BC,分配率A(B+C)=AB+AC,=A

26、+BC,0-1率A+1=1,證明分配率：A+BA=(A+B)(A+C),證明：,,,,（4）常用公式,,分配率A+BC=(A+B)(A+C),0-1率A·1=1,,,分配率A(B+C)=AB+AC,,0-1率A+1=1,,,,例如，已知等式 　　　　　　，用函數(shù)Y=AC代替等式中的A，根據(jù)代入規(guī)則，等式仍然成立，即有：,2、邏輯代數(shù)運算的基本規(guī)則,（1）代入規(guī)則：任何一個含有變量A的等式，如果將所有出現(xiàn)A的位置都用同一個

27、邏輯函數(shù)代替，則等式仍然成立。這個規(guī)則稱為代入規(guī)則。,（2）反演規(guī)則：對于任何一個邏輯表達式Y，如果將表達式中的所有“·”換成“＋”，“＋”換成“·”，“0”換成“1”，“1”換成“0”，原變量換成反變量，反變量換成原變量，那么所得到的表達式就是函數(shù)Y的反函數(shù)Y（或稱補函數(shù)）。這個規(guī)則稱為反演規(guī)則。例如：,,,,,,（3）對偶規(guī)則：對于任何一個邏輯表達式Y，如果將表達式中的所有“·”換成“＋”，“＋”換成“

28、·”，“0”換成“1”，“1”換成“0”，而變量保持不變，則可得到的一個新的函數(shù)表達式Y＇，Y＇稱為函Y的對偶函數(shù)。這個規(guī)則稱為對偶規(guī)則。例如：,,對偶規(guī)則的意義在于：如果兩個函數(shù)相等，則它們的對偶函數(shù)也相等。利用對偶規(guī)則,可以使要證明及要記憶的公式數(shù)目減少一半。例如：,注意：在運用反演規(guī)則和對偶規(guī)則時，必須按照邏輯運算的優(yōu)先順序進行：先算括號，接著與運算，然后或運算，最后非運算，否則容易出錯。,,,,,,1.3.3 邏輯函

29、數(shù)的表達式,一個邏輯函數(shù)的表達式可以有與或表達式、或與表達式、與非-與非表達式、或非-或非表達式、與或非表達式5種表示形式。,一種形式的函數(shù)表達式相應于一種邏輯電路。盡管一個邏輯函數(shù)表達式的各種表示形式不同，但邏輯功能是相同的。,1、邏輯函數(shù)的最小項及其性質,（1）最小項：如果一個函數(shù)的某個乘積項包含了函數(shù)的全部變量，其中每個變量都以原變量或反變量的形式出現(xiàn)，且僅出現(xiàn)一次，則這個乘積項稱為該函數(shù)的一個標準積項，通常稱為最小項。,,3個變

30、量A、B、C可組成8個最小項：,（2）最小項的表示方法：通常用符號mi來表示最小項。下標i的確定：把最小項中的原變量記為1，反變量記為0，當變量順序確定后，可以按順序排列成一個二進制數(shù)，則與這個二進制數(shù)相對應的十進制數(shù)，就是這個最小項的下標i。,3個變量A、B、C的8個最小項可以分別表示為：,,,,,（3）最小項的性質：,①任意一個最小項，只有一組變量取值使其值為1。,③全部最小項的和必為1。,,,②任意兩個不同的最小項的乘積必為0。,

31、2、邏輯函數(shù)的最小項表達式,任何一個邏輯函數(shù)都可以表示成唯一的一組最小項之和，稱為標準與或表達式，也稱為最小項表達式,如果列出了函數(shù)的真值表，則只要將函數(shù)值為1的那些最小項相加，便是函數(shù)的最小項表達式。,,,,,將真值表中函數(shù)值為0的那些最小項相加，便可得到反函數(shù)的最小項表達式。,本節(jié)小結,邏輯代數(shù)是分析和設計數(shù)字電路的重要工具。利用邏輯代數(shù)，可以把實際邏輯問題抽象為邏輯函數(shù)來描述，并且可以用邏輯運算的方法，解決邏輯電路的分析和設計問題

32、。　　與、或、非是3種基本邏輯關系，也是3種基本邏輯運算。與非、或非、與或非、異或則是由與、或、非3種基本邏輯運算復合而成的4種常用邏輯運算?！　∵壿嫶鷶?shù)的公式和定理是推演、變換及化簡邏輯函數(shù)的依據(jù)。,1.4 邏輯函數(shù)的化簡,1.4.1 邏輯函數(shù)的最簡表達式,1.4.2 邏輯函數(shù)的公式化簡法,1.4.3 邏輯函數(shù)的圖形化簡法,1.4.4 含隨意項的邏輯函數(shù)的化簡,退出,邏輯函數(shù)化簡的意義：邏輯表達式越簡單，實現(xiàn)它的

33、電路越簡單，電路工作越穩(wěn)定可靠。,1.4.1 邏輯函數(shù)的最簡表達式,1、最簡與或表達式,乘積項最少、并且每個乘積項中的變量也最少的與或表達式。,,最簡與或表達式,2、最簡與非-與非表達式,非號最少、并且每個非號下面乘積項中的變量也最少的與非-與非表達式。,①在最簡與或表達式的基礎上兩次取反,②用摩根定律去掉下面的非號,,,3、最簡或與表達式,括號最少、并且每個括號內相加的變量也最少的或與表達式。,,①求出反函數(shù)的最簡與或表達式,,②利

34、用反演規(guī)則寫出函數(shù)的最簡或與表達式,4、最簡或非-或非表達式,非號最少、并且每個非號下面相加的變量也最少的或非-或非表達式。,,①求最簡或非-或非表達式,,②兩次取反,,５、最簡與或非表達式,非號下面相加的乘積項最少、并且每個乘積項中相乘的變量也最少的與或非表達式。,①求最簡或非-或非表達式,,③用摩根定律去掉下面的非號,,②用摩根定律去掉大非號下面的非號,1.4.2 邏輯函數(shù)的公式化簡法,1、并項法,邏輯函數(shù)的公式化簡法就是運用邏輯

35、代數(shù)的基本公式、定理和規(guī)則來化簡邏輯函數(shù)。,若兩個乘積項中分別包含同一個因子的原變量和反變量，而其他因子都相同時，則這兩項可以合并成一項，并消去互為反變量的因子。,,運用摩根定律,,,,,運用分配律,,,,,,運用分配律,2、吸收法,如果乘積項是另外一個乘積項的因子，則這另外一個乘積項是多余的。,,,,,運用摩根定律,（１）利用公式Ａ＋ＡＢ＝Ａ，消去多余的項。,,,,,,如果一個乘積項的反是另一個乘積項的因子，則這個因子是多余的。,３、

36、配項法,,,（２）利用公式Ａ＋Ａ＝Ａ，為某項配上其所能合并的項。,,,４、消去冗余項法,,,例：化簡函數(shù),解：①先求出Y的對偶函數(shù)Y＇，并對其進行化簡。,②求Y＇的對偶函數(shù)，便得Ｙ的最簡或與表達式。,,,1.4.3 邏輯函數(shù)的圖形化簡法,1、卡諾圖的構成,邏輯函數(shù)的圖形化簡法是將邏輯函數(shù)用卡諾圖來表示，利用卡諾圖來化簡邏輯函數(shù)。,將邏輯函數(shù)真值表中的最小項重新排列成矩陣形式，并且使矩陣的橫方向和縱方向的邏輯變量的取值按照格雷碼的順序排

37、列，這樣構成的圖形就是卡諾圖。,卡諾圖的特點是任意兩個相鄰的最小項在圖中也是相鄰的。（相鄰項是指兩個最小項只有一個因子互為反變量，其余因子均相同，又稱為邏輯相鄰項） 。,,,,,,,,,,每個2變量的最小項有兩個最小項與它相鄰,每個3變量的最小項有3個最小項與它相鄰,每個4變量的最小項有4個最小項與它相鄰,,,,,,最左列的最小項與最右列的相應最小項也是相鄰的,最上面一行的最小項與最下面一行的相應最小項也是相鄰的,兩個相鄰最小項可以合并

38、消去一個變量,邏輯函數(shù)化簡的實質就是相鄰最小項的合并,2、邏輯函數(shù)在卡諾圖中的表示,（1）邏輯函數(shù)是以真值表或者以最小項表達式給出：在卡諾圖上那些與給定邏輯函數(shù)的最小項相對應的方格內填入1，其余的方格內填入0。,m1,m3,m4,m6,m7,m11,m14,m15,,,,,,,,,（2）邏輯函數(shù)以一般的邏輯表達式給出：先將函數(shù)變換為與或表達式（不必變換為最小項之和的形式），然后在卡諾圖上與每一個乘積項所包含的那些最小項（該乘積項就是這些

39、最小項的公因子）相對應的方格內填入1，其余的方格內填入0。,,變換為與或表達式,,,,,,,,,,,,,,,,,,3、卡諾圖的性質,（1）任何兩個（21個）標1的相鄰最小項，可以合并為一項，并消去一個變量（消去互為反變量的因子，保留公因子）。,,,,,,,,,,,,（2）任何4個（22個）標1的相鄰最小項，可以合并為一項，并消去2個變量。,,,,,,ＢＤ,（3）任何8個（23個）標1的相鄰最小項，可以合并為一項，并消去3個變量。,,Ｄ,

40、小結：相鄰最小項的數(shù)目必須為個才能合并為一項，并消去個變量。包含的最小項數(shù)目越多，即由這些最小項所形成的圈越大，消去的變量也就越多，從而所得到的邏輯表達式就越簡單。這就是利用卡諾圖化簡邏輯函數(shù)的基本原理。,,,,,,,4、圖形法化簡的基本步驟,邏輯表達式或真值表,卡諾圖,,,1,1,合并最小項,,①圈越大越好，但每個圈中標１的方格數(shù)目必須為　個。②同一個方格可同時畫在幾個圈內，但每個圈都要有新的方格，否則它就是多余的。③不能漏掉任何一個

41、標１的方格。,最簡與或表達式,,,,,ＢＤ,ＣＤ,冗余項,,2,,2,,3,,3,將代表每個圈的乘積項相加,兩點說明：,① 在有些情況下，最小項的圈法不只一種，得到的各個乘積項組成的與或表達式各不相同，哪個是最簡的，要經過比較、檢查才能確定。,,,,,,,,,,,不是最簡,,,最簡,② 在有些情況下，不同圈法得到的與或表達式都是最簡形式。即一個函數(shù)的最簡與或表達式不是唯一的。,,,,,,,,,,,1.4.4 含隨意項的邏輯函數(shù)的化簡,

42、隨意項：函數(shù)可以隨意取值（可以為0，也可以為1）或不會出現(xiàn)的變量取值所對應的最小項稱為隨意項，也叫做約束項或無關項。,1、含隨意項的邏輯函數(shù),例如：判斷一位十進制數(shù)是否為偶數(shù)。,輸入變量A，B，C，D取值為0000～1001時，邏輯函數(shù)Y有確定的值，根據(jù)題意，偶數(shù)時為1，奇數(shù)時為0。,A，B，C，D取值為1010 ～1111的情況不會出現(xiàn)或不允許出現(xiàn)，對應的最小項屬于隨意項。用符號“φ”、“×”或“d”表示。,隨意項之和構成的

43、邏輯表達式叫做 隨意條件或約束條件，用一個值恒為 0 的條件等式表示。,含有隨意條件的邏輯函數(shù)可以表示成如下形式：,2、含隨意項的邏輯函數(shù)的化簡,在邏輯函數(shù)的化簡中，充分利用隨意項可以得到更加簡單的邏輯表達式，因而其相應的邏輯電路也更簡單。在化簡過程中，隨意項的取值可視具體情況取0或取1。具體地講，如果隨意項對化簡有利，則取1；如果隨意項對化簡不利，則取0。,不利用隨意項的化簡結果為：,利用隨意項的化簡結果為：,3、變量互相排斥的邏輯函

44、數(shù)的化簡,在一組變量中，如果只要有一個變量取值為1，則其它變量的值就一定為0，具有這種制約關系的變量叫做互相排斥的變量。變量互相排斥的邏輯函數(shù)也是一種含有隨意項的邏輯函數(shù)。,,,,簡化真值表,,本節(jié)小結,邏輯函數(shù)的化簡有公式法和圖形法等。公式法是利用邏輯代數(shù)的公式、定理和規(guī)則來對邏輯函數(shù)化簡，這種方法適用于各種復雜的邏輯函數(shù)，但需要熟練地運用公式和定理，且具有一定的運算技巧。圖形法就是利用函數(shù)的卡諾圖來對邏輯函數(shù)化簡，這種方法簡單直觀，

45、容易掌握，但變量太多時卡諾圖太復雜，圖形法已不適用。在對邏輯函數(shù)化簡時，充分利用隨意項可以得到十分簡單的結果。,1.5 邏輯函數(shù)的表示方法及其相互轉換,1.5.1 邏輯函數(shù)的表示方法,1.5.2 邏輯函數(shù)表示方法之間的轉換,退出,1.5.1 邏輯函數(shù)的表示方法,1、真值表,真值表：是由變量的所有可能取值組合及其對應的函數(shù)值所構成的表格。,真值表列寫方法：每一個變量均有0、1兩種取值，n個變量共有2i種不同的取值，將這2i種不

46、同的取值按順序（一般按二進制遞增規(guī)律）排列起來，同時在相應位置上填入函數(shù)的值，便可得到邏輯函數(shù)的真值表。,,,例如：當A=B=1、或則B=C=1時，函數(shù)Y=1；否則Y=0。,,,,,,2、邏輯表達式,邏輯表達式：是由邏輯變量和與、或、非3種運算符連接起來所構成的式子。,函數(shù)的標準與或表達式的列寫方法：將函數(shù)的真值表中那些使函數(shù)值為1的最小項相加，便得到函數(shù)的標準與或表達式。,3、卡諾圖,卡諾圖：是由表示變量的所有可能取值組合的小方格所構

47、成的圖形。,邏輯函數(shù)卡諾圖的填寫方法：在那些使函數(shù)值為1的變量取值組合所對應的小方格內填入1，其余的方格內填入0，便得到該函數(shù)的卡諾圖。,,,,,,4、邏輯圖,邏輯圖：是由表示邏輯運算的邏輯符號所構成的圖形。,,Ｙ＝ＡＢ＋ＢＣ,ＡＢ,ＢＣ,５、波形圖,波形圖：是由輸入變量的所有可能取值組合的高、低電平及其對應的輸出函數(shù)值的高、低電平所構成的圖形。,,Ｙ＝ＡＢ＋ＢＣ,０　０?。啊。?０?。啊。薄。?０?。薄。啊。?０?。薄。薄。?１?。啊?/p>

48、０?。?１?。啊。薄。?１　１?。啊。?１?。薄。薄。?０?。啊。啊。?,,,,Ｙ,1.5.2 邏輯函數(shù)表示方法之間的轉換,1、由真值表到邏輯圖的轉換,真值表,邏輯表達式或卡諾圖,,,1,1,,最簡與或表達式,化簡,2,或,,2,畫邏輯圖,,3,最簡與或表達式,B,A,A,C,AC,Y,B,A,A,C,Y,若用與非門實現(xiàn)，將最簡與或表達式變換乘最簡與非-與非表達式,,3,2、由邏輯圖到真值表的轉換,邏輯圖,邏輯表達式,,,1,1,,最

49、簡與或表達式,化簡,2,,,2,從輸入到輸出逐級寫出,最簡與或表達式,,3,真值表,,3,本節(jié)小結,①邏輯函數(shù)可用真值表、邏輯表達式、卡諾圖、邏輯圖和波形圖5種方式表示，它們各具特點，但本質相通，可以互相轉換?！、趯τ谝粋€具體的邏輯函數(shù)，究竟采用哪種表示方式應視實際需要而定?！、墼谑褂脮r應充分利用每一種表示方式的優(yōu)點。由于由真值表到邏輯圖和由邏輯圖到真值表的轉換，直接涉及到數(shù)字電路的分析和設計問題，因此顯得更為重要。,1.6 門電

50、路,1.6.1 半導體器件的開關特性,1.6.2 分立元件門電路,1.6.3 TTL集成門電路,1.6.4 CMOS集成門電路,退出,獲得高、低電平的基本方法：利用半導體開關元件的導通、截止（即開、關）兩種工作狀態(tài)。,邏輯0和1： 電子電路中用高、低電平來表示。,1.6.1 半導體器件的開關特性,1、二極管的開關特性,邏輯門電路：用以實現(xiàn)基本和常用邏輯運算的電子電路。簡稱門電路。,,,,基本和常用門電路有與門、或門、非

51、門（反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。,二極管符號：,正極,負極,＋　uD ?。?uo,uo,ui＝0V時，二極管截止，如同開關斷開，uo＝0V。,,,,,,ui＝5V時，二極管導通，如同0.7V的電壓源，uo＝4.3V。,二極管的反向恢復時間限制了二極管的開關速度。,Ui<0.5V時，二極管截止，iD=0。,Ui>0.5V時，二極管導通。,2、三極管的開關特性,截止狀態(tài),飽和狀態(tài),iB≥IBS,,ui=UIL&

52、lt;0.5V,uo=+VCC,ui=UIH,uo=0.3V,,,飽和區(qū),,截止區(qū),,放,大,區(qū),②ui=0.3V時，因為uBE<0.5V，iB=0，三極管工作在截止狀態(tài)，ic=0。因為ic=0，所以輸出電壓：,①ui=1V時，三極管導通，基極電流：,因為0<iB<IBS，三極管工作在放大狀態(tài)。iC=βiB=50×0.03=1.5mA，輸出電壓：,三極管臨界飽和時的基極電流：,uo=uCE=UCC-iCRc=

53、5-1.5×1=3.5V,uo=VCC=5V,③ui＝3V時，三極管導通，基極電流：,而,因為iB>IBS，三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓：,uo＝UCES＝0.3V,3、場效應管的開關特性,工作原理電路,轉移特性曲線,輸出特性曲線,截止狀態(tài),ui<UT,uo=+VDD,導通狀態(tài),ui>UT,uo≈0,1.6.2 分立元件門電路,1、二極管與門,Y=AB,2、二極管或門,Y=A+B,3、三極管非門,①uA＝

54、0V時，三極管截止，iB＝0，iC＝0，輸出電壓uY＝VCC＝5V,②uA＝5V時，三極管導通。基極電流為：,iB＞IBS，三極管工作在飽和狀態(tài)。輸出電壓uY＝UCES＝0.3V。,三極管臨界飽和時的基極電流為：,①當uA＝0V時，由于uGS＝uA＝0V，小于開啟電壓UT，所以MOS管截止。輸出電壓為uY＝VDD＝10V。,②當uA＝10V時，由于uGS＝uA＝10V，大于開啟電壓UT，所以MOS管導通，且工作在可變電阻區(qū)，導通電阻很小

55、，只有幾百歐姆。輸出電壓為uY≈0V。,1.6.3 TTL集成門電路,1、TTL與非門,①輸入信號不全為1：如uA=0.3V， uB=3.6V,,1V,,,,則uB1=0.3+0.7=1V，T2、T5截止，T3、T4導通,忽略iB3，輸出端的電位為：,輸出Y為高電平。,uY≈5―0.7―0.7＝3.6V,②輸入信號全為1：如uA=uB=3.6V,,2.1V,,,,則uB1=2.1V，T2、T5導通，T3、T4截止,輸出端的電位為：,u

56、Y=UCES＝0.3V,輸出Y為低電平。,功能表,真值表,邏輯表達式,輸入有低，輸出為高；輸入全高，輸出為低。,74LS00內含4個2輸入與非門，74LS20內含2個4輸入與非門。,2、TTL非門、或非門、與或非門、與門、或門及異或門,①A=0時，T2、T5截止，T3、T4導通，Y=1。,②A=1時，T2、T5導通，T3、T4截止，Y=0。,TTL非門,①A、B中只要有一個為1，即高電平，如A＝1，則iB1就會經過T1集電結流入T2基極

57、，使T2、T5飽和導通，輸出為低電平，即Y＝0。,②A＝B＝0時，iB1、i'B1均分別流入T1、T'1發(fā)射極，使T2、T'2、T5均截止，T3、T4導通，輸出為高電平，即Y＝1。,TTL或非門,①A和B都為高電平（T2導通）、或C和D都為高電平（T‘2導通）時，T5飽和導通、T4截止，輸出Y=0。,②A和B不全為高電平、并且C和D也不全為高電平（T2和T‘2同時截止）時，T5截止、T4飽和導通，輸出Y=1。,T

58、TL與或非門,與門,,或門,,異或門,,3、OC門及TSL門,問題的提出：,為解決一般TTL與非門不能線與而設計的。,①A、B不全為1時，uB1=1V，T2、T3截止，Y=1。,接入外接電阻R后：,②A、B全為1時，uB1=2.1V，T2、T3飽和導通，Y=0。,,外接電阻R的取值范圍為：,OC門,TSL門,①E＝0時，二極管D導通，T1基極和T2基極均被鉗制在低電平，因而T2～T5均截止，輸出端開路，電路處于高阻狀態(tài)。,結論：電路的輸

59、出有高阻態(tài)、高電平和低電平3種狀態(tài)。,TSL門的應用：,③構成數(shù)據(jù)總線：讓各門的控制端輪流處于低電平，即任何時刻只讓一個TSL門處于工作狀態(tài)，而其余TSL門均處于高阻狀態(tài)，這樣總線就會輪流接受各TSL門的輸出。,4、TTL系列集成電路及主要參數(shù),TTL系列集成電路,①74：標準系列，前面介紹的TTL門電路都屬于74系列，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd＝10ns，平均功耗P＝10mW。,②74H：高速系列，是在74系列基礎上改進得到

60、的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd＝6ns，平均功耗P＝22mW。,③74S：肖特基系列，是在74H系列基礎上改進得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd＝3ns，平均功耗P＝19mW。,④74LS：低功耗肖特基系列，是在74S系列基礎上改進得到的，其典型電路與非門的平均傳輸時間tpd＝9ns，平均功耗P＝2mW。74LS系列產品具有最佳的綜合性能，是TTL集成電路的主流，是應用最廣的系列。,TTL與非門主要參數(shù),（1）輸出高

61、電平UOH：TTL與非門的一個或幾個輸入為低電平時的輸出電平。產品規(guī)范值UOH≥2.4V，標準高電平USH＝2.4V。（2）高電平輸出電流IOH：輸出為高電平時，提供給外接負載的最大輸出電流，超過此值會使輸出高電平下降。IOH表示電路的拉電流負載能力。（3）輸出低電平UOL：TTL與非門的輸入全為高電平時的輸出電平。產品規(guī)范值UOL≤0.4V，標準低電平USL＝0.4V。（4）低電平輸出電流IOL：輸出為低電平時，外接負載的最大輸

62、出電流，超過此值會使輸出低電平上升。IOL表示電路的灌電流負載能力。（5）扇出系數(shù)NO：指一個門電路能帶同類門的最大數(shù)目，它表示門電路的帶負載能力。一般TTL門電路NO≥8，功率驅動門的NO可達25。（6）最大工作頻率fmax：超過此頻率電路就不能正常工作。,（7）輸入開門電平UON：是在額定負載下使與非門的輸出電平達到標準低電平USL的輸入電平。它表示使與非門開通的最小輸入電平。一般TTL門電路的UON≈1.8V。（8）輸入關門

63、電平UOFF：使與非門的輸出電平達到標準高電平USH的輸入電平。它表示使與非門關斷所需的最大輸入電平。一般TTL門電路的UOFF≈0.8V。（9）高電平輸入電流IIH：輸入為高電平時的輸入電流，也即當前級輸出為高電平時，本級輸入電路造成的前級拉電流。（10）低電平輸入電流IIL：輸入為低電平時的輸出電流，也即當前級輸出為低電平時，本級輸入電路造成的前級灌電流。（11）平均傳輸時間tpd：信號通過與非門時所需的平均延遲時間。在工作頻

64、率較高的數(shù)字電路中，信號經過多級傳輸后造成的時間延遲，會影響電路的邏輯功能。（12）空載功耗：與非門空載時電源總電流ICC與電源電壓VCC的乘積。,1.6.3 CMOS集成門電路,1、CMOS非門,（1）uA＝0V時，TN截止，TP導通。輸出電壓uY＝VDD＝10V。（2）uA＝10V時，TN導通，TP截止。輸出電壓uY＝0V。,2、CMOS與非門、或非門、與門、或門、與或非門和異或門,CMOS與非門,①A、B當中有一個或全為低電

65、平時，TN1、TN2中有一個或全部截止，TP1、TP2中有一個或全部導通，輸出Y為高電平。,②只有當輸入A、B全為高電平時，TN1和TN2才會都導通，TP1和TP2才會都截止，輸出Y才會為低電平。,CMOS或非門,①只要輸入A、B當中有一個或全為高電平，TP1、TP2中有一個或全部截止，TN1、TN2中有一個或全部導通，輸出Y為低電平。,②只有當A、B全為低電平時，TP1和TP2才會都導通，TN1和TN2才會都截止，輸出Y才會為高電平。

66、,與門,,或門,,CMOS與或非門,CMOS異或門,3、CMOS OD門、TSL門及傳輸門,CMOS OD門,CMOS TSL門,CMOS 傳輸門,①C＝0、 ，即C端為低電平（0V）、 端為高電平（＋VDD）時， TN和TP都不具備開啟條件而截止，輸入和輸出之間相當于開關斷開一樣。②C＝1、 ，即C端為高電平（＋VDD）、 端為低電平（0V）時，TN和TP都具備了導通條件，輸入和輸出之間相當于開關

67、接通一樣，uo＝ui。,4、CMOS數(shù)字電路的特點及使用時的注意事項,（1）CMOS電路的工作速度比TTL電路的低。（2）CMOS帶負載的能力比TTL電路強。（3）CMOS電路的電源電壓允許范圍較大，約在3～18V，抗干擾能力比TTL電路強。（4）CMOS電路的功耗比TTL電路小得多。門電路的功耗只有幾個μW，中規(guī)模集成電路的功耗也不會超過100μW。（5）CMOS集成電路的集成度比TTL電路高。（6）CMOS電路適合于特殊環(huán)

68、境下工作。（7）CMOS電路容易受靜電感應而擊穿，在使用和存放時應注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應接地良好，尤其是CMOS電路多余不用的輸入端不能懸空，應根據(jù)需要接地或接高電平。,CMOS數(shù)字電路的特點,使用集成電路時的注意事項,（1）對于各種集成電路，使用時一定要在推薦的工作條件范圍內，否則將導致性能下降或損壞器件。,（2）數(shù)字集成電路中多余的輸入端在不改變邏輯關系的前提下可以并聯(lián)起來使用，也可根據(jù)邏輯關系的要求接地或接高電平。TTL電

69、路多余的輸入端懸空表示輸入為高電平；但CMOS電路，多余的輸入端不允許懸空，否則電路將不能正常工作。,（3）TTL電路和CMOS電路之間一般不能直接連接，而需利用接口電路進行電平轉換或電流變換才可進行連接，使前級器件的輸出電平及電流滿足后級器件對輸入電平及電流的要求，并不得對器件造成損害。,①利用半導體器件的開關特性，可以構成與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等各種邏輯門電路，也可以構成在電路結構和特性兩方面都別具特色的