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1、嵌入式(电赛),主讲: 舒振宇 18672319659 QQ: 37950972,嵌入式(电赛),数字逻辑基础(2次) 逻辑代数 组合逻辑电路 可编程逻辑器件(4次) 嵌入式平台基础(6次) 51单片机硬件结构、原理 51单片机编程 相关软件,课程 介绍,课程目标及特点,目标 为电赛、创新大赛等实践活动提供人才储备 内容 为想参加电赛、创新大赛等实践活动的同学提前提供基础培训 特点:提前、快速接触处理器平台 时间短 涉及知识广 轻理论、重实践 本课程无固定教材,教学内容,逻辑代数 数字电路 EDA技术 单片机技术,两类信号,模拟信号 在时间上和幅值上均连续的信号称为模拟信号 数字信号 在时间上
2、和幅值上均离散的信号称为数字信号 数字电路 处理数字信号的电路,数字电路特点,工作信号 二进制 :“0”、“1”,信息表示形式统一. 电路中器件工作于“开”和“关”两种状态,电路的输出和输入为逻辑关系 电路工作可靠,精度高,抗干扰性好 制造工艺成熟、可以大规模集成,数字集成电路的发展,集成度 SSI(1-10门,逻辑门电路) MSI(10-100门,计数器、移位寄存器器) LSI(100-1000门,小型存储器、8位算术逻辑单元) VLSI(1000-100万门,大型存储器、微处理器) ULSI(超过100万门,可编程逻辑器件、多功能集成电路) 摩尔定律 集成度每18个月翻一番,本章要求,掌握
3、逻辑代数的基本公式和基本定理 掌握逻辑函数的化简方法 能够进行简单的逻辑功能设计,逻辑代数概述,二值逻辑:例如是和非、对和错、真和假等等。 在逻辑代数中,通常用“1”代表“真”,用“0”代表“假”。 二值逻辑的“1”与“0”是逻辑概念,仅代表真与假,没有数量大小。 在数字逻辑中,有时也用“1”与“0”表示二进制数。这仅仅是一种代码,实际的运算规律还是依照逻辑运算进行。,数制,所谓“数制”,指进位计数制,即用进位的方法来计数。 数制包括计数符号(数码)和进位规则(基)两个方面。 十进制、二进制、八进制、十六进制等。 进制转换 二进制 位(bit)、字节(byte)、字(word),BCD码:十进
4、制的二进制编码,8421BCD码,四位二进制对应一位十进制 有权BCD码 压缩与非压缩 十进制:97 八进制:97 二进制:10010111,逻辑函数的表示方法,真值表 逻辑函数 逻辑图 卡诺图 硬件描述语言(HDL) 以上5种表示方法可以相互转换,各有特定用途,逻辑函数:数字电路中输入输出关系的数学表达形式,基本逻辑运算,逻辑代数中只有三种基本逻辑运算,即“与”、或”、“非”。,1. 与逻辑运算,与逻辑电路,与门的逻辑功能概括:有“0”出“0”;全“1”出“1”。,2. 或逻辑运算,或逻辑电路,或门的逻辑功能概括为: 1) 有“1”出“1”; 2) 全“0” 出“0”.,3. 非逻辑运算,非
5、逻辑电路,复合逻辑运算,1. 与非逻辑 (将与逻辑和非逻辑组合而成),复合逻辑运算,2. 或非逻辑 (将或逻辑和非逻辑组合而成),复合逻辑运算,3.与或非逻辑 (由与、或、非三种逻辑组合而成),复合逻辑运算,异或逻辑的功能为:,1) 相同得“0”; 2) 相异得“1”.,4.异或逻辑,复合逻辑运算,5.同或逻辑,逻辑图:基本逻辑单元,异或门,或非门,与非门,同或门,与门,或门,非门,逻辑图符号标注规定(GB4728.12-1996),所有逻辑符号都由方框(或方框的组合)和标注在方框内的总限定符号组成,&,总限定符号 & 1 =1 =,外部逻辑状态,逻辑约定 小圈表示逻辑非 也可采用极性指示符,
6、内部逻辑状态,组合形式的逻辑图,逻辑电平及正、负逻辑,门电路的输入、输出为二值信号,用“0”和“1”表示.这里的“0”、“1”一般用两个不同电平值来表示. 正逻辑 若用高电平VH表示逻辑“1”,用低电平VL表示逻辑“0”,则称为正逻辑约定 负逻辑 若用高电平VH表示逻辑“0”,用低电平VL表示逻辑“1”,则称为负逻辑约定,逻辑电平及正、负逻辑,在本课程中,如不作特殊说明,一般都采用正逻辑表示. 两种常用的集成电路 TTL电路,电源电压为5伏,VH约为3V左右,VL约为0.2伏左右 CMOS电路,电源电压范围较宽,CMOS4000系列的电源电压VDD为318伏. CMOS电路的VH约为0.9 V
7、DD,而VL约为0伏左右,逻辑代数简介,http:/ 趣闻:http:/ 生与死: 逻辑学家,被关一牢房,牢房有两个门,一个是生门,一个是死门。牢房有两个看守,一个永远说真话,一个永远说假话,现在假设你是逻辑学家,只给你问他们一次的机会,问你有没有办法判断出哪个门是生门,然后你就可以逃出去。,基本定律和规则,逻辑函数的相等 基本定律 逻辑代数的三条规则 代入规则 反演规则 对偶规则 常用公式,2、 基本定律,自等律 A 1=A ; A+0=A,重迭律 A A=A ; A+A=A,交换律 A B= B A ; A+B=B+A,结合律 A(BC)=(AB)C ; A+(B+C)=(A+B)+C,分
8、配律 A(B+C)=AB+AC ; A+BC=(A+B)(A+C), 01律 A 0=0 ; A+1=1,反演律也称德摩根定理,是一个非常有用的定理.,4.常用公式,1)消去律,2) 吸收律1,A+AB=A,4.常用公式,3) 吸收律2,4)包含律,4.常用公式,5) 关于异或和同或运算,对奇数个变量而言, 有 A1A2. An=A1 A2 . An,逻辑函数的标准形式,1、“与或”式 指一个函数表达式中包含若干个与”项,这些“与”项的“或”表示这个函数。 2、“或与”式 指一个函数表达式中包含若干个“或”项,这些“或”项的“与”表示这个函数。,逻辑函数的两种标准形式,最小项 最小项:“与”项
9、。 最大项 最大项:“或”项。 任一逻辑函数都可以表达为最小项之和的形式,而且是唯一的。 任一逻辑函数都可以表达为最大项之积的形式,而且是唯一的。,由逻辑函数式列真值表,将A、B、C三变量的所有取值的组合(共八 种),分别代入函数式,逐一算出函数值,填入真值表中。 先将函数式F表示为最小项之和的形式,再填表。 根据函数式F的含义,直接填表 找出为1的可能,则其他为0;反之亦然。,由逻辑函数式列真值表,找出为1的项,其他项为0,反证法!,由真值表写逻辑函数式,根据最小项的性质,用观察法,可直接从真值表写出函数的最小项之和表达式。,逻辑函数的化简,目标函数的要求 逻辑电路的数量最少(面积约束) 逻
10、辑电路的级数最少(速度约束) 输入端的数量最少(混合约束) 电路稳定可靠 (避免竞争冒险) 化简的意义 节省元器件,降低电路成本 提高电路可靠性 减少连线,制作方便,逻辑函数的化简,逻辑函数的几种常用表达式,最简与或表达式,标准 所得与或表达式中,乘积项(与项)数目最少 每个乘积项中所含的变量数最少 化简方法 公式法:并项法、吸收法、消项法、消因子法、配项法 卡诺图法 列表法,卡诺图法,卡诺图是一种包含一些小方块的几何图形,图中每个小方块称为一个单元,每个单元对应一个最小项.两个相邻的最小项在卡诺图中也必须是相邻的 相邻 几何相邻性,即几何位置上相邻,也就是左右紧挨着或者上下相接 对称相邻性,
11、即图形中对称位置的单元是相邻的,逻辑函数的卡诺图表示法,用卡诺图表示逻辑函数,只是把各组变量值所对应的逻辑函数F的值,填在对应的小方格中,在卡诺图上合并最小项的规则,当卡诺图中有最小项相邻时(即:有标1的方格相邻),可利用最小项相邻的性质,对最小项合并。 卡诺图上任何两个标1的方格相邻,可以合为1项,并可消去1个变量 卡诺图上任何四个标1方格相邻,可合并为一项,并可消去两个变量 同在一行或一列 同在一田字格中 卡诺图上任何八个标1的方格相邻,可以并为一项,并可消去三个变量,用卡诺图化简逻辑函数(化为最简与或式),最简标准 项数最少,意味着卡诺图中圈数最少 每项中的变量数最少,意味着卡诺图中的圈尽可能大 化简步骤 由表达式填卡诺图 圈出孤立的标1方格 找出只被一个最大的圈所覆盖的标1方格,并圈出覆盖该标1方格的最大圈 将剩余的相邻标1方格,圈成尽可能少,而且尽可能大的圈 将各个对应的乘积项相加,写出最简与或式,化简中注意的问题,每一个标1的方格必须至少被圈一次 每个圈中包含的相邻小方格数,必须为2的整数次幂 为了得到尽可能大的圈,圈与圈之间可以重叠 若某个圈中的标1方格,已经完全被其它圈所覆盖,则该圈为多余的,F(A,B,C)=AC+BC,课外作业,查资料,收集以下信息 单片机(计算机CPU)中如何实现数据的加、减、乘、除的?,
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