數字邏輯知識點

2022-08-10 02:18:03 字數 4774 閱讀 3096

第一章數制與**

進製計數制的基本概念,進製基數和數字的權值。

常用進製計數制:十進位制二進位制八進位制十六進製制

數制轉換:

把非十進位制數轉換成十進位制數:按權展開相加。

十進位制數轉換成其它進製數:整數轉換,採用基數連除法。

純小數轉換,採用基數連乘法。

二進位制數轉換成八進位制數或十六進製制數:以二進位制數的小數點為起點,分別向左、向右,每三位(或四位)分一組。對於小數部分,最低位一組不足三位(或四位)時,必須在有效位右邊補0,使其足位。

然後,把每一組二進位制數轉換成八進位制(或十六進製制)數,並保持原排序。對於整數部分,最高位一組不足位時,可在有效位的左邊補0,也可不補。

八進位制(或十六進製制)數轉換成二進位制數:只要把八進位制(或十六進製制)數的每一位數碼分別轉換成三位(或四位)的二進位制數, 並保持原排序即可。整數最高位一組左邊的0,及小數最低位一組右邊的0,可以省略。

常用**:二-十進位製碼 (bcd碼 binary coded decimal)

—— 用二進位制碼元來表示十進位制數符「0 ~ 9」主要有:

8421bcd碼 2421碼餘3碼 (注意區分有權碼和無權碼)

可靠性**:格雷碼和奇偶校驗碼

具有如下特點的**叫格雷碼: 任何相鄰的兩個碼組(包括首、尾兩個碼組)中,只有乙個碼元不同。格雷碼還具有反射特性,即按教材表中所示的對稱軸,除最高位互補反射外,其餘低位碼元以對稱軸映象反射。

格雷碼屬於無權碼。

在編碼技術中,把兩個碼組中不同的碼元的個數叫做這兩個碼組的距離,簡稱碼距。由於格雷碼的任意相鄰的兩個碼組的距離均為1,故又稱之為單位距離碼。另外,由於首尾兩個碼組也具有單位距離特性,因而格雷碼也叫迴圈碼。

奇偶校驗碼是一種可以檢測一位錯誤的**。它由資訊位和校驗位兩部分組成。

(要掌握奇偶校驗原理及校驗位的形成及檢測方法)

字元**:ascii碼 (american standard code for information interchange,美國資訊交換標準**)

第二章基本邏輯運算及整合邏輯門

基本邏輯運算: 與邏輯、或邏輯、非邏輯

常用復合邏輯:「與非」邏輯、「或非」邏輯、「與或非」邏輯

「異或」邏輯及「同或」邏輯

兩變數的「異或邏輯」和「同或邏輯」互為反函式。

a⊕b和a⊙b互為對偶式。

多變數的「異或」及「同或」:

偶數個變數的「同或」等於這偶數個變數的「異或」之非。即

n個變數的「異或」邏輯的輸出值和輸入變數取值的對應關係是:輸入變數的取值組合中,有奇數個1時,「異或」邏輯的輸出值為1;反之,輸出值為0。

利用此特性,可作為奇偶校驗碼校驗位的產生/校驗電路。

正負邏輯

在數字系統中,邏輯值是用邏輯電平表示的。若用邏輯高電平uh表示邏輯「真」,用邏輯低電平ul表示邏輯「假」,則稱為正邏輯;反之,則稱為負邏輯。本教材採用正邏輯。

(注意:同乙個邏輯電路實現的輸入輸出的電平關係是確定的,但規定正邏輯與負邏輯後實現的邏輯關係是不同的)

邏輯運算的優先級別

邏輯運算的完備性

「與」、「或」、「非」是邏輯代數中三種最基本的邏輯運算。 任何邏輯函式都可以用這三種運算的組合來構成。即任何數字系統都可以用這三種邏輯門來實現。

因此,稱「與」、「或」、 「非」是乙個完備集合,簡稱完備集。但是,它不是最好的完備集,因為用它實現邏輯函式,必須同時使用三種不同的邏輯門,這對數字系統的製造、維修都不方便。

由反演律(參見第三章摩根定理)可以看出,利用「與」和「非」可以得出「或」;利用「或」和「非」可以得出「與」。因此,「與非」、「或非」、 「與或非」這三種復合運算中的任何一種都能實現「與」、 「或」、「非」的功能,即這三種復合運算各自都是完備集。

整合邏輯門

由於軟體工程專業沒有電路、模擬電子的先修課程,此部分涉及到電路細節部分不作要求,只概念性地了解相關整合邏輯晶元的邏輯功能及晶元系列的引數等。

把若干個有源器件和無源器件及其連線,按照一定的功能要求,製做在同一塊半導體基片上,這樣的產品叫積體電路。若它完成的功能是邏輯功能或數字功能, 則稱為邏輯積體電路或數字積體電路。最簡單的數字積體電路是整合邏輯門。

整合邏輯門,按照其組成的有源器件的不同可分為兩大類:

一類是雙極性(型)電晶體邏輯門(ttl門電晶體-電晶體邏輯門);

另一類是單極性(型)絕緣柵場效電晶體邏輯門,簡稱mos門。

單極性mos門主要有pmos門(p溝道增強型mos管構成的邏輯門)、nmos門(n溝道增強型mos管構成的邏輯門)和cmos門(利用pmos管和nmos管構成的互補電路構成的閘電路,故又叫做互補mos門。

oc門與三態門

oc門可實現「線與」功能,這是ttl閘電路做不到的。

三態門的輸出除了「0」、「1」狀態外,還有「高阻」態。(控制端訊號的作用:選通)

ttl 與 mos整合邏輯門多餘輸入端的處理:

與門/與非門——多餘輸入端接高電平

或門/或非門——多餘輸入端接低電平

要牢記各種閘電路的邏輯符號!(教材 p243~244)

第三章布林代數與邏輯函式化簡

基本公式

基本法則:

代入法則:邏輯等式中的任何變數a,都可用另一函式z代替,等式仍然成立。

對偶法則:對於任何乙個邏輯表示式 f, 如果將其中的「+」換成「·」, 「·」換成「+」, 「1」換成「0」, 「0」換成「1」,並保持原先的邏輯優先順序,變數不變,兩變數以上的非號不動,則可得原函式 f的對偶式 g,且 f 和 g 互為對偶式。 根據對偶法則知原式f成立,則其對偶式也一定成立。

反演法則:將原函式f中的「·」換成「+」, 「+」換成「·」; 「0」換成「1」, 「1」換成「0」; 原變數換成反變數,反變數換成原變數,長非號即兩個或兩個以上變數的非號不變,即可得反函式。

由原函式求反函式,稱為反演或求反。摩根定律是進行反演的重要工具。多次應用摩根定律,可以求出乙個函式的反函式。

當函式較複雜時, 求反過程就相當麻煩。為此,人們從實踐中歸納出求反演法則,可一步快速求出反函式

邏輯函式不同形式的轉換

邏輯函式的表達形式通常可分為五種: (要掌握畫對應的邏輯電路圖)

與或式、與非-與非式、與或非式、或與式、或非-或非式

邏輯函式的代數法化簡

邏輯函式化簡的原則

邏輯函式化簡, 並沒有乙個嚴格的原則,通常遵循以下幾條原則:

(1) 邏輯電路所用的門最少;

(2) 各個門的輸入端要少;

(3) 邏輯電路所用的級數要少;

(4) 邏輯電路能可靠地工作。

卡諾圖化簡 (依據:邏輯相鄰的兩個與項可以合併為一項並消去乙個變數)

最小項標準式的定義

由一般式獲得最小項標準式的方法

最小項的性質:

(1) 對任何變數的函式式來講,全部最小項之和為1, 即

(2) 兩個不同最小項之積為 0, 即

(3) n 變數有 2n 項最小項, 且對每一最小項而言, 有n個最小項與之相鄰。

卡諾圖的結構相鄰最小項合併規律

(1) 兩相鄰項可合併為一項, 消去乙個取值不同的變數,保留相同變數; (2) 四相鄰項可合併為一項, 消去兩個取值不同的變數,保留相同變數,

標註為1→原變數,0→反變數;

(3) 八相鄰項可合併為一項,消去三個取值不同的變數,保留相同變數,

標註與變數關係同上。

卡諾圖的畫圈原則是把具有迴圈相鄰關係的最小項圈在一起

與或邏輯形式的卡諾圖化簡步驟

(1) 將原始函式用卡諾圖表示(最小項標準式、一般與或式均可);

(2) 根據最小項合併規律畫卡諾圈, 圈住全部「1」方格;

(3) 將上述全部卡諾圈的化簡結果,「或」起來即得化簡後的新函式。

與非邏輯形式的卡諾圖化簡步驟(將與或式兩次求反即得與非式)。

第一步: 在卡諾圖上圈「1」方格, 求得最簡與或式;

第二步: 將最簡與或式兩次求反, 用求反律展開一次,得到與非表示式;

或與邏輯形式的卡諾圖化簡步驟

首先從卡諾圖上求其反函式,其方法是圈「0」方格, 然後再取反用反演法則(或摩根定理)即得原函式的或與式。

無關項及無關項的應用

邏輯問題分完全描述和非完全描述兩種。

對應於變數的每一組取值,函式都有定義,即在每一組變數取值下, 函式 f 都有確定的值,不是「1」就是「0」, 邏輯函式與每個最小項均有關,這類問題稱為完全描述問題。

在實際的邏輯問題中,變數的某些取值組合不允許出現, 或者是變數之間具有一定的制約關係。我們將這類問題稱為非完全描述,該函式只與部分最小項有關,而與另一些最小項無關,我們用或者用φ表示。

兩種表示法:

或:滿足約束關係式的輸入變數取值為「合法」取值,

不滿足約束關係式的輸入變數取值為「非法」取值——無關項×)

有利於邏輯函式的化簡時可以利用相應的無關項。

邏輯函式的描述方法常用的有:

真值表法、布林代數法、卡諾圖法、邏輯圖法、波形(時序)圖法

(其中布林代數法、邏輯圖法具有「多樣性」)

真值表邏輯函式(最小項標準)式 (原函式,反函式) 卡諾圖

第四章組合邏輯電路

組合邏輯電路的定義

組合邏輯電路的分析過程:

(1) 由給定的邏輯電路圖, 寫出輸出端(關於輸入)的邏輯表示式;

(2) 列出真值表;

(3) 從真值表概括出邏輯功能;

(4) 對原電路進行改進設計,尋找最佳方案(這一步不一定都要進行)。

組合邏輯電路的設計步驟:

(1)將文字描述的邏輯命題變換為真值表,這是十分重要的一步。

作出真值表前要仔細分析解決邏輯問題的條件,作出輸入、輸出變數的

邏輯規定,然後列出真值表。

(2) 進行函式化簡, 化簡形式應依據選擇什麼門而定。

(3) 根據化簡結果和選定的閘電路, 畫出邏輯電路圖。

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