1、- 1 -数字电路课程教案教员姓名： 专业技术职务：助教单 位课题名称 1 数字逻辑概论学 时 2 累积学时 2 总学时 50授课日期2008 年 2 月 26 日（周二）授课节次 第 3-4 节授课对象 30 队 教学地点 第 24 教室教学目的1. 了解数字信号的特点及表示方法2. 掌握常用数制以及各种数制之间的转换3. 了解二进制码4. 掌握三种基本逻辑运算及逻辑问题的描述方法 教学内容要求数字电路与数字信号 数制 二进制代码二值逻辑变量与基本逻辑运算逻辑函数及其表示方法 教学重点难点重点: 数制之间的转换三种基本逻辑运算- 2 -教学器材设备计算机、投影仪顺序 题 目 学员姓名 成绩课
2、前检查审批人（签字）: 年 月 日教学进程安排- 3 -引言同学们，我们知道电子技术是 20 世纪发展最迅速、应用最广泛的技术，已使工业、农业、科研、教育、医疗、文化娱乐以及人们的日常生活发生了根本的变革。现代电子技术的发展将人们带入了信息化时代。在上学期我们学习了模拟电路 ，对电子技术已经有了初步的了解。但是，这些还远远不够，我们要想进一步深入学习电子技术，还要学习数字电路这门课。当今的数字电子技术已经取得了令人瞩目的进步。数字技术应用的典型代表是电子计算机，它是伴随着电子技术的发展而发展的。计算机技术的影响已遍及人类经济生活的各个领域，掀起了一场“数字革命” 。数字技术被广泛地应用于广播、
3、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。由于数字信号具有便于存储、处理和传输的特点，使得许多传统使用模拟技术的领域转而运用数字技术。我们首先为大家介绍数字电路与数字信号的一些基本概念。1.1 数字电路与数字信号前面我们学习模拟电路 ，研究的是模拟信号，而数字电路研究的对象是数字信号，这两种信号有什么区别呢？ 一 模拟信号模拟信号：在时间上和数值上都连续的信号。ut- 4 -对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。二 数字信号数字信号：在时间上和数值上都不连续的（即离散的）信号。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。三、 数字电路的特点（1）工作信号是二进
4、制的数字信号，在时间上和数值上是离散的（不连续） ，反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即 0 和 1 两个逻辑值） 。（2）在数字电路中，研究的主要问题是电路的逻辑功能，即输入信号的状态和输出信号的状态之间的关系。 （3）对组成数字电路的元器件的精度要求不高，只要在工作时能够可靠地区分 0 和 1 两种状态即可。四、 数字电路的分类1. 按集成度分类：数字电路可分为小规模（ SSI，每片数十器件） 、中规模（MSI，每片数百器件） 、大规模（LSI，每片数千器件）和超大规模（VLSI ，每片器件数目大于 1 万）数字集成电路。集成电路从应用的角度又可分为通用型和专用型两大类型。2. 按所
5、用器件制作工艺的不同：数字电路可分为双极型（TTL 型）和单极型（MOS 型）两类。3. 按照电路的结构和工作原理的不同：数字电路可分为组合逻辑电路ut- 5 -和时序逻辑电路两类。组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。1.2 数制我们知道，表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制。进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。在某一进位制的数中，每一位的大小
6、都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。一、十进制数码为：09；基数是 10。计数规律：逢十进一，即：9110。十进制数的权展开式：(5555)10510 3 510 2510 1510 0又如：(209.04) 10 2102 0 101910 0010 1 4 10 2二、二进制数码为：0、1；基数是 2。计数规律：逢二进一，即：1110。二进制数的权展开式：如：(101.01) 2 122 0 2112 002 1 1 22 (5.25) 10二进制数只有 0 和 1 两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容
7、易实现。运算规则：加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1 ，1+1=10乘法规则：0*0=0， 0*1=0 ，1*0=0，1*1=1- 6 -三八进制数码为：07；基数是 8。计数规律：逢八进一，即：7110。八进制数的权展开式：如：(207.04) 8 282 0 8178 008 1 4 82 (135.0625) 10四十六进制数码为：09、AF；基数是 16。计数规律：逢十六进一，即：F110。十六进制数的权展开式：如：(D8.A) 16 13161 816 010 161 (216.625) 10小结：一般地，N 进制需要用到 N 个数码，基数是 N；运算规律为逢 N 进一。如
8、果一个 N 进制数 M 包含位整数和位小数，即 (an-1 an-2 a1 a0 a 1 a2 am )2则该数的权展开式为：(M)2 an-1Nn-1 an-2 Nn-2 a 1N1 a0 N0a 1 N-1a 2 N-2 a m N-m 由权展开式很容易将一个 N 进制数转换为十进制数。五、数制转换日常生活中使用十进制，但在计算机中使用二进制，有时也使用八进制或十六进制。1、二进制数与八进制数的相互转换（1）二进制数转换为八进制数： 将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每 3 位分成一组，不够 3 位补零，则每组二进制- 7 -数便是一位八进制数。001 101 010.0
9、10 (152.2)8（2）八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用 3 位二进制数表示。(374.26)8 = 011 111 100 . 010 1102、二进制数与十六进制数的相互转换二进制数与十六进制数的相互转换，按照每 4 位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。0001 1101 0100. 0110 (1E8.6)16(AF4.76)16 = 1010 1111 0100 . 0111 01103、十进制数转换为二进制数采用的方法 基数连除、连乘法原理：将整数部分和小数部分分别进行转换。整数部分采用基数连除法，先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。小数部分采用基数连乘法，先得到
10、的整数为高位，后得到的整数为低位。转换后再合并。所以：(44.375) 10(101100.011) 2采用基数连除、连乘法，可将十进制数转换为任意的 N 进制数。本节课的重点之一就是数制之间的转换，希望大家回去之后多做练习，加深理解。将 N 进制数按权展开，即可以转换为十进制数。将十进制数转换为其它进制数时，整数部分采用基数除法，小数部分采用基数乘法。利用 1 位八进制数由 3 位二进制数构成，1 位十六进制数由 4 位二进制数构成，可以实现二进制数与八进制数以及二进制数与十六进制数之间的相互转换。我们知道数字系统只能识别 0 和 1，怎样才能表示更多的数码、符号、- 13 -字母呢？下面，
11、我们就来解决这个问题。1.4 二进制代码1. 用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。2. 用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。3. 二- 十进制代码：用 4 位二进制数 b3b2b1b0来表示十进制数中的 0-9 十个数码。简称 BCD 码。用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为 8、 4、2、1，故称 8421 BCD 码。2421 码的权值依次为 2、4、2、1；余 3 码由 8421 码加 0011 得到；格雷码是一种循环码，其特点是任何相邻的两个码字，仅有一位代码不同，其它位相同。二进制代码不仅可以表
12、示数值，而且可以表示符号及文字，使信息交换灵活方便。BCD 码是用 4 位二进制代码代表 1 位十进制数的编码，有多种 BCD 码形式，最常用的是 8421 BCD 码。1.5 基本逻辑运算逻辑代数是按一定的逻辑关系进行运算的代数，是分析和设计数字电路的数学工具。在逻辑代数中，只有和两种逻辑值，有与、或、非三种基本逻辑运算，还有与或、与非、与或非、异或几种导出逻辑运算。逻辑是指事物的因果关系，或者说条件和结果的关系，这些因果关系可以用逻辑运算来表示，也就是用逻辑代数来描述。事物往往存在两种对立的状态，在逻辑代数中可以抽象地表示为 0 和 1 ，称为逻辑 0 状态和逻辑 1 状态。- 2 -逻辑
13、代数中的变量称为逻辑变量，用大写字母表示。逻辑变量的取值只有两种，即逻辑 0 和逻辑 1。0 和 1 称为逻辑常量，并不表示数量的大小，而是表示两种对立的逻辑状态。一、与逻辑（与运算）（一）与逻辑的定义：仅当决定事件（Y）发生的所有条件（A ，B，C，）均满足时，事件（Y）才能发生。表达式为：开关 A，B 串联控制灯泡 Y两个开关必须同时接通，灯才亮。逻辑表达式为：对上图所示电路的功能作如下描述：“开关 A 闭合，并且开关 B 闭合，则电灯 Y 亮” 。这三个陈述语句均具有“真” 、 “假”两种可能， 其对应关系如表所示。 （二）功能表：电 路 图 L=AB E A B Y 开 关 A 开 关
14、 B 灯 Y 断 开 断 开 断 开 闭 合 闭 合 断 开 闭 合 闭 合 灭 灭 灭 亮 - 2 -用“1” 代表逻辑“真” ，用“0” 代表逻辑“假” ，则上表可改为下表的形式。这种表格叫真值表。所谓真值表，就是将输入变量的所有可能的取值组合对应的输出变量的值一一列出来的表格。它是描述逻辑功能的一种重要形式（三）真值表：这种把所有可能的条件组合及其对应结果一一列出来的表格叫做真值表。（四）逻辑符号：实现与逻辑的电路称为与门。与门的逻辑符号：二、或逻辑（或运算）（一）或逻辑的定义：当决定事件（Y）发生的各种条件（A ，B，C，) 中，只要有一个或多个条件具备，事件（ Y）就发生。表达式为：
15、开关 A，B 并联控制灯泡 YYAB&电 路 图L=ABEAB Y开 关 A 开 关 B 灯 Y 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 - 2 -对上图所示电路的功能，作如下描述：“开关 A 断开，开关 B 也断开，则电灯 Y 熄灭，但是，只要有一个开关闭合，灯就发光 ”。显然这几个语句都是逻辑变量，分别记作A，B，Y。两个开关只要有一个接通，灯就会亮。逻辑表达式为：（二）功能表：（三）真值表：用“1” 代表逻辑“真” ，用“0” 代表逻辑“假” ，则上表可改为下表的形式，也就是真值表。开 关 A 开 关 B 灯 Y 断 开 断 开 断 开 闭 合 闭 合 断 开 闭 合 闭 合 灭
16、 亮 亮 亮 开 关 A 开 关 B 灯 Y 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 +- 2 -（四）逻辑符号：三、非逻辑（非运算）（一）定义：非逻辑指的是逻辑的否定。当决定事件（Y）发生的条件（A ）满足时，事件不发生；条件不满足，事件反而发生。表达式为： A开关 A 控制灯泡 Y。图示的开关电路中，只有当开关 A 断开时，灯 F 才亮，当开关 A 闭合时，灯 F 反而熄灭。灯 F 的状态总是与开关 A 的状态相反。这种结果总是同条件相反的逻辑关系称为非逻辑。 （二）功能表： （三）真值表：（四）逻辑符号：小结：AB 1电 路 图E A YR亮亮 A 亮 Y 亮亮 亮亮 亮 亮 Y
17、A 1开 关 A 灯 Y 0 1 1 0 - 2 -二进制代码不仅可以表示数值，而且可以表示符号及文字，使信息交换灵活方便。BCD 码是用 4 位二进制代码代表 1 位十进制数的编码，有多种 BCD 码形式，最常用的是 8421 BCD 码。今天，重点需要大家掌握的是“与，或，非”三种基本逻辑运算。这三种运算和我们平时所用的加减乘除根本不一样，大家不要混淆。这三种基本运算是我们以后学习各种组合逻辑电路的基础，希望大家回去之后熟记它们的逻辑功能，真值表，逻辑图。作业：P37-1.2.2（2 ，3） ，1.2.3 ，1.2.4 （2 ，3） ，1.2.5，1.2.61.6.1- 14 -第一章 数
18、字逻辑概论1.1 数字电路与数字信号一、 模拟信号：时间、数值都连续二、 数字信号：时间、数值都离散三、 数字电路的分类和特点四、 数字波形1.2 数 制一、十进制数码为：09；基数是 10。计数规律：逢十进一 9110(5555)10510 3 510 2510 1510 0(209.04)10 2102 010 1910 00 101 4 102二、二进制数码为：0、1；基数是 2。计数规律：逢二进一 1110(101.01)2 122 0 2112 00 21 1 22 (5.25) 10三、八进制数码为：07；基数是 8。计数规律：逢八进一 7110(207.04)8 282 08 1
19、7 8008 1 4 82 (135.0625) 10四、十六进制数码为：09、AF；基数是 16。计数规律：逢十六进一 F110板书预案- 15 -(D8.A)16 13161 816 010 161 (216.625)10五、数制转换1、N 进制数转换为十进制数：按权展开法2、十进制数转换为二进制数(44.375)10 (101100.011)23、二进制数与八进制数的相互转换（1）二进制数转换为八进制数：001 101 010.010 (152.2)8（2）八进制数转换为二进制数：(374.26)8 = 011 111 100 . 010 1104、二进制数与十六进制数的相互转换0001
20、 1101 0100. 0110 (1E8.6)16(AF4.76)16 = 1010 1111 0100 . 0111 01101.5 基本逻辑运算一、与运算（一）逻辑表达式：（二）真值表：（三） 逻辑符号：二、或运算开 关 A 开 关 B 灯 Y 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 YAB&- 16 -三、非运算 A 开 关 A 开 关 B 灯 Y 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 AB 1YA 1开 关 A 灯 Y 0 1 1 0 - 17 -课堂教学过程设计方案知识点 教学内容 教学方法 媒体 媒体在教学中描述内容 学员活动 时间安排1数字电路与数字信号讲授+演示图片演示模拟信号与数字信号的区别参与分析 20 分2 数制讲授+板书推导参与分析，做练习25 分3 二进制代码 讲授 图片 演示各种二进制代码列表 参与分析 10 分4 基本逻辑运算讲授+演示图片演示几种基本逻辑运算的功能电路，功能表参与分析 30 分- 18 -5 小结 讲授教员总结，学员分析5 分- 19 -课堂教学总结
