文档介绍：第一章数字逻辑基础
[教学目的和要求]
;了解数字电路的含义、研究对象、特点与应用等;
;掌握不同数制之间的相互转换;了解8421BCD码、Gray码的概念;掌握数、代码之间的相互转换;
;
(真值表法、逻辑式法、卡诺图法及逻辑图法)及其相互之间的转换。
[教学内容]
模拟信号与数字信号
数字电路的含义、研究对象、特点与应用
数制、不同数制间的转换;码制、数码之间的相互转换
逻辑代数的三种基本运算――与、或、非
逻辑函数的四种表示方法(真值表法、逻辑式法、卡诺图法及逻辑图法)及其相互之间的转换
模拟信号与数字信号
一、模拟信号
模拟信号是一种时间上和数值上都连续的物理量,从自然界感知的大部分物理量都是模拟性质的,如速度、压力、温度、声音、重量以及位置等都是最常见的物理量。
是几种常见的模拟信号波形
典型的模拟信号包括工频信号、射频信号、视频信号等。我国和欧洲的工频信号的频率为50Hz ,美国为60Hz。调幅波的射频信号在 530Hz~1600kHz之间。调频波的射频信号在880MHz~108MHz之间。甚高频(VHF)和超高频(UHF)视频信号在6GHz以上。
二、数字信号
――二进制数正好是利用二值数字逻辑中的0和1来表示的。二值数字逻辑是Binary Digital Logic的译称。
与模拟信号相反,数字信号在时间上和数值上均是离散的,而离散信号的值只有真或假,是与不是,因此可以使用二进制数中的0和1来表示。需要注意的是这里的0和1指的是逻辑0和逻辑1。
应该注意的是逻辑电平不是一个具体的物理量,而是物理量的相对表示。
电压/V
二值逻辑
逻辑电平
正逻辑
负逻辑
+5
1
0
H(高电平)
0
0
1
L(低电平)
逻辑电平与电压值的关系
―――数字波形是逻辑电平对时间的图形表示。
周期性数字波形同样用周期T或频率f来描述;而脉冲波形的频率常称为脉冲重复率PRR--Pulse Repetition Rate。
脉冲波形的参数:
脉冲宽度:tw表示,表示脉冲作用的时间;
占空比:q,表示脉冲宽度tw占整个周期T的百分数,常用下式来表示:
占空比是一个重要参数,其定义同样适用于数字波形。
、频率、脉冲宽度和占空比:
,低电平持续10ms,求占空比q?
解:根据给定的高电平持续时间有tw= 6ms,而高电平与低电平持续时间之和即为周期T
所以有 T=6ms+10ms=16ms,
实际的数字系统中, tr和tf的典型值约为几个纳秒(ns),视不同类型的器件和电路而异。
试绘出一脉冲波形,设它的占空比为50%,脉冲宽度 tw=100ns,上升时间tr=10ns,下降时间tf=20ns。
解:根据题意,可绘出脉冲波形如下:
课程中所用的数字波形将采用理想波形。
在数字电路中,只需关注逻辑电平的高低,因此在画波形时只需画出高低电平所经历的时间即可,无需画出上升沿和下降沿。
(a)
(b)
用逻辑1和0表示的二值位行图
(a) 对称方波(b) 二值数据
上图为一个二值位形图,其中1或1占用的最小时间称为位时间,也就是1位数据所占用的时间。我们将每秒钟所传输的位数称为数据率或比特率。
―――在数字电路中用数字0、1的编码来表示一个模拟量,这里的编码所指的是数字0、1的字符串,。这样一种编码实际上就是二进制编码。
取其中A、B、C3个取样点。以B点为例,该点的模拟电压为3V,将其送入一个模数转换器后可得到以数字0、1表示的数字电压,样地也可以得到A、C点的数字编码。
数字电路
从整体上看,数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
一、数字电路的发展与分类
从集成度来说,。所谓集成度,是指每一芯片所包含的晶体管(主要指BJT和FET)的个数。
分类
三极管个数
典型集成电路
小规模
最多10个
逻辑门电路
中规模
10~100
计数器、加法器
大规模
100~1000
小型存储器、门阵列
超大规模
1000~106
大型存储器、微