任务4.2 数字逻辑的基本概念及其基本逻辑关系（课件）-《电子技术基础》同步教学（人民邮电版）

项目4 逻辑代数基础 任务4.2 数字逻辑及基本逻辑关系 任务4.1与码制计数制 任务4.3 认识逻辑代数及其化简 项目导入 在数理逻辑的发展史上，布尔被誉为“现代符号逻辑的真正创造者。 逻辑代数中的逻辑变量取值仅有“0”和“1”，基本逻辑运算有“与”、“或”、“非”等。是设计计算机的有力工具。 1854年，布尔出版了《The Laws of Thought》，这是他最著名的著作。书中介绍了以他的名字命名的布尔代数。由于布尔在符号逻辑运算中的特殊贡献，很多计算机语言中将逻辑运算称为布尔运算。   了解数字逻辑的基本概念，重点理解与、或、非三个基本逻辑关系；了解数制与码制的相关基本概念，熟悉各种数制之间的相互转换及各种码制的特点；熟悉逻辑代数的各种定律及定理及逻辑函数的正确表示方法；掌握运用逻辑定律和定理化简逻辑函数式，熟练掌握逻辑函数的卡诺图化简法。 具有二进制、十进制、八进制和十六进制之间进行熟练转换的技能；具有正确判断逻辑关系的能力；具有运用逻辑代数化简法和卡诺图化简法对逻辑函数 进行正确化简的能力。 知识目标和技能目标 提出问题 模拟信号和数字信号有何区别？数字电路的优点和分类你了解吗？你知道数字代数中的三种基本逻辑关系是什么吗？ 任务4.2 数字逻辑的基本概念及其基本逻辑关系 1. 模拟信号与数字信号的区别 检测到的温度、压力、速度等转换的电信号，数值上具有随时间连续变化的特点，习惯上人们把这类信号称为模拟信号。 t u 0 对模拟信号接收、处理和传递的电子电路称模拟电路。如放大电路、滤波器、信号发生器等。模拟电路是实现模拟信号的产生、放大、处理、控制等功能的电路，模拟电路注重的是电路输出、输入信号间的大小和相位关系。 4.2.1 数字电路的基本概念 t u 0 在两个稳定状态之间作阶跃式变化的信号称为数字信号， 数字信号在时间上和数值上都是离散的。例如生产线中的产 品，只能在一些离散的瞬间完成，而且产品的个数也只能逐 个增减，它们转换的电信号就是数字信号。 上图是典型的数字信号波形。实用中，计算机键盘的输入信号就是典型的数字信号。用来实现数字信号的产生、变换、运算、控制等功能的电路称为数字电路。数字电路注重的是二值信息输入、输出之间的逻辑关系。 2. 数字电路的优点 数字电路的工作信号是二进制信息。因此，数字电路对组成电路元器件的精度要求并不高，只要满足工作时能够可靠区分0和1两种状态即可，所以数字电路设计方便。对数字电路而言，干扰往往只影响脉冲的幅度，在一定范围内不会混淆0和1两个数字信息，因此抗干扰能力强。另外，数字电路的模块化开放性结构使其功率损耗低，有利于维护和更新。 数字电路的上述优点，使其广泛应用于电子计算机、自动控制系统、电子测量仪器仪表、电视、雷达、通信及航空航天等各个领域。 本教材介绍的数字电路分有组合逻辑电路和时序逻辑电路两大部分。 3. 数字电路的分类 数字电路的种类很多，常用的一般按下列几种方法来分类： ① 按电路组成有无集成元器件来分，可分为分立元件数字电路和集成数字电路。 ② 按集成电路的集成度进行分类，可分为小规模集成数字电路(SSI)、中规模集成数字电路(MSI)、大规模集成数字电路(LSI)和超大规模集成数字电路(VLSI)。 ③ 按构成电路的半导体器件来分类，可分为双极型数字电路和单极型数字电路。 ④ 按电路中元器件有无记忆功能可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。 何谓正逻辑？负逻辑？ 4.2.2 基本逻辑关系 日常生活中我们会遇到很多结果完全 对立而又相互依存的事件，如开关的通断、电位 的高低、信号的有无、工作和休息等，显然这些 都可以表示为二值变量的“逻辑”关系。 事件发生的条件与结果之间应遵循的规律称为逻辑。一 般来讲，事件的发生条件与产生的结果均为有限个状态， 每一个和结果有关的条件都有满足或不满足的可能，在逻 辑中可以用“1”或“0”表示。显然，逻辑关系中的1和0 并不是体现数值的大小，而体现的是某种逻辑状态。 逻辑关系中，若用“1”表示高电平，“0”表示低电平，则称为正逻辑；如果用“1”表示低电平，“0”表示高电平时，为负逻辑。本教材不加特殊说明均采用正逻辑。 数字电路中用到的主要元件是开关元 件，如二极管、双极型三极管和单极型 MOS管等。 二极管正向导通或三极管处饱和状态时，管子对电流 呈现的电阻近似为零，可视为接通的电子开关； 数字电路正是利用了二极管、三极管和MOS管的上述开关 特性进行工作，从而实现了各种逻辑关系。显然，由这些晶 体管子构成的开关元件上只有通、断两种状态，若把“通” 态用数字“1”表示，把“断”态用数字“0”表示时，则这 些开关元件仅有