数字电子技术精品课程
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106560逻辑代数逻辑代数是一种描述客观事物逻辑关系的数学方法,是英国数学家乔治.布尔(George Boole)于1847年首先提出来的,所以又称布尔代数。
由于逻辑代数中的变量和常量都只有“0”和“1”两个取值,又可以称为二值代数。
逻辑代数是研究数字电路的数学工具,是分析和设计逻辑电路的理论基础。
逻辑代数研究的内容是逻辑函数与逻辑变量之间的关系。
1.3.1逻辑代数中的三种基本逻辑关系1.逻辑代数中的几个问题(1)逻辑代数中的变量和常量逻辑代数与普通代数相似,有变量也有常量。
逻辑代数中的变量用大写英文字母A、B、C…表示,称为逻辑变量。
每个逻辑变量的取值只有“0”和“1”两种。
逻辑代数中的常量,只有两个“0”和“1”。
与普通代数不同的是这里的“0”和“1”不再表示数值的大小,而是代表两种不同的逻辑状态。
例如可以用“1”和“0”表示开关的“闭合”与“断开”;信号的“有”和“无”;“高电平”与“低电平”;“是”与“非”等。
究竟代表什么意义,要视具体情况而定。
(2)正逻辑和负逻辑的规定脉冲信号的高、低电平可以用“1”和“0”来表示。
规定:如果高电平用“1”表示,低电平用“0”表示,则称这种表示方法为正逻辑。
如果高电平用“0”表示,低电平用“1”表示,则称这种表示方法为负逻辑。
以后如果无特殊声明,均采用正逻辑2.基本逻辑关系逻辑代数中有与、或、非三种基本逻辑关系,分别对应着与、或、非三种基本逻辑运算。
(1)“与”逻辑如图1-5(a)所示的串联开关电路中,把“开关闭合”作为条件,把“灯亮”这件事情作为结果,那么图1-5(a)说明:只有决定某件事情的所有条件都具备时,结果才会发生。
这种结果与条件之间的关系称为“与”逻辑关系,简称“与”逻辑。
图1-5(b)是“与”逻辑的逻辑符号。
图1-5 “与”逻辑与运算符号为“?”,与逻辑用表达式可以表示为Y = A·B或写成 Y=AB(省略运算符号)。
与运算又称逻辑乘。
《数字电子技术》精品课程建设及其资源共享升级的策略研究摘要:广东省《数字电子技术》精品课程通过网络资源建设、课程体系建设、教学团队建设,改革教学方式方法和手段,实现了精品课程的建设目标。
在服务学习型社会新目标下,利用信息技术推动精品资源的更广泛共享,建设精品资源共享课。
关键词:精品课程;精品资源共享课;转型升级中图分类号:g641 文献标志码:a 文章编号:1674-9324(2013)21-0133-02广东省《数字电子技术》精品课程于2006年立项建设,以科学的发展观指导教学改革,创导教育创新,以改革促发展,将课程建设主动融入高等工程教育改革的大背景,不断吸收国内外教育教学改革的理论研究与改革实践成果,依托学科建设、结合教学改革与实践促进精品课程的建设。
通过网络资源的优质建设、课程体系的科学建设、教学方式方法和手段的有效改进、教学团队的素质提升建设,及利用网站与实验室共同构建开放的电子系统设计创新平台,支撑各类科技竞赛,推动学生课外科技活动,培养创新人才等措施,实现了数字电子技术精品课程的建设目标。
自麻省理工学院2001年率先推行课件开放运动以来,实现网络有限开放到充分开放的转变,强化优质教育资源开发和普及共享,是新时期教育教学改革亟待解决的问题[1]。
因此,教育部于2011年10月、2012年5月,先后印发了《教育部关于国家精品开放课程建设的实施意见》(教高[2011]8号)、《精品资源共享课建设工作实施办法》等文件。
将在原国家精品课程建设成果基础上,科学规划,合理布局,优化结构,在“十二五”期间支持建设5000门国家级精品资源共享课。
精品资源共享课建设是国家精品开放课程建设项目的组成部分,旨在促进教育教学观念转变,引领教学内容和教学方法改革,推动高等学校优质课程教学资源通过现代信息技术手段共建共享,提高人才培养质量,服务学习型社会建设。
一、《数字电子技术》精品课程的建设学习和探讨教育思想、教与学理论等深层次问题,分析教育教学改革的方向,倡导教师进行教育教学方法创新。
数字电子技术精品课程资源建设钱颖科技风2016年4月下《数字电子技术》精品课程资源建设钱颖朱芳无锡科技职业学院江苏无锡214028摘要:《数字电子技术》是高职院校电子信息类专业一门重要的专业基础课程。
在课程资源建设中,通过不同的呈现方式如视频、交互式动画、手机学习等提高学生的学习兴趣和效率,并注重纸质教材和网络课件等立体化教材的建设。
形成相对完整的优质课程教育资源,服务学习者自主学习,开放学习。
关键词:精品课程资源;数字电子技术;高职院校为全面落实国家、省、市教育规划纲要,进一步提高职业教育办学水平和服务经济社会发展能力,根据无锡市教育局、市发展和改革委员会、市财政局、市人力资源和社会保障局联合下发的《关于实施职业教育教学质量提升工程的意见》(锡教高职〔2013〕128号),从2013年起无锡市开展职业教育精品课程资源建设和评选认定工作,无锡科技职业学院《数字电子技术》课程资源于2014年被评为无锡市职业教育精品课程资源。
一、课程定位《数字电子技术》是高职院校电子信息类专业的专业基础课程,是一门必修课程,该课程以培养学生电子技术的基本知识和技能为主要目标,和《模拟电子技术》共同构成电子信息类专业的基础核心课程,是学生打下专业基本功的必修课。
它以《电路基础》为学习基础,同时也为后续相关专业课的学习打下基础。
例如,应用电子技术专业中的《传感器原理与应用》课程是需要熟悉数电中各器件的功能后,才能来分析相关电路;微电子技术专业中的《集成电路设计》课程包括数字集成电路设计和模拟集成电路设计两部分,其中数字集成电路设计就需要掌握数电的组合、时序逻辑电路基本知识;光伏应用技术专业中的《光电子技术》和《光伏发电系统》课程需要以掌握电子电路的分析和应用为基础,和数电知识紧密联系。
在专业技能证书方面,也为无线电装接工、调试工等考级考证打下基础。
二、课程资源开发理念与思路无锡科技职业学院的《数字电子技术》课程是2010年建设的无锡市精品课程,经过4年多在教学实践中不断地更新完善,已完成较系统、较完整地反映课程教学思想、教学内容、教学方法、教学过程等进行基本教学活动必需的课程资源,实现了从精品课程到精品课程资源的转型升级。
106560逻辑代数逻辑代数是一种描述客观事物逻辑关系的数学方法,是英国数学家乔治.布尔(George Boole)于1847年首先提出来的,所以又称布尔代数。
由于逻辑代数中的变量和常量都只有“0”和“1”两个取值,又可以称为二值代数。
逻辑代数是研究数字电路的数学工具,是分析和设计逻辑电路的理论基础。
逻辑代数研究的内容是逻辑函数与逻辑变量之间的关系。
1.3.1逻辑代数中的三种基本逻辑关系1.逻辑代数中的几个问题(1)逻辑代数中的变量和常量逻辑代数与普通代数相似,有变量也有常量。
逻辑代数中的变量用大写英文字母A、B、C…表示,称为逻辑变量。
每个逻辑变量的取值只有“0”和“1”两种。
逻辑代数中的常量,只有两个“0”和“1”。
与普通代数不同的是这里的“0”和“1”不再表示数值的大小,而是代表两种不同的逻辑状态。
例如可以用“1”和“0”表示开关的“闭合”与“断开”;信号的“有”和“无”;“高电平”与“低电平”;“是”与“非”等。
究竟代表什么意义,要视具体情况而定。
(2)正逻辑和负逻辑的规定脉冲信号的高、低电平可以用“1”和“0”来表示。
规定:如果高电平用“1”表示,低电平用“0”表示,则称这种表示方法为正逻辑。
如果高电平用“0”表示,低电平用“1”表示,则称这种表示方法为负逻辑。
以后如果无特殊声明,均采用正逻辑2.基本逻辑关系逻辑代数中有与、或、非三种基本逻辑关系,分别对应着与、或、非三种基本逻辑运算。
(1)“与”逻辑如图1-5(a)所示的串联开关电路中,把“开关闭合”作为条件,把“灯亮”这件事情作为结果,那么图1-5(a)说明:只有决定某件事情的所有条件都具备时,结果才会发生。
这种结果与条件之间的关系称为“与”逻辑关系,简称“与”逻辑。
图1-5(b)是“与”逻辑的逻辑符号。
图1-5 “与”逻辑与运算符号为“?”,与逻辑用表达式可以表示为Y = A·B或写成 Y=AB(省略运算符号)。
与运算又称逻辑乘。
(2)“或”逻辑当决定事物结果的几个条件中,有一个或一个以上的条件得到满足时,结果就会发生,这种逻辑关系称为或逻辑。
或逻辑电路模型如图1-6(a)所示,图1-6(b)是“或”逻辑的逻辑符号。
图1-6 “或”逻辑或逻辑运算符号为“+”。
或逻辑用表达式可以表示为:Y=A+B,“或”运算,又称为逻辑加。
(3)“非”逻辑非逻辑也称为逻辑求“反”。
非逻辑电路模型如图1-7(a)所示。
图1-7(b)为“非”逻辑的逻辑符号图1-7 “非”逻辑在图1-7(a)所示的电路中,开关断开时,灯亮;开关闭合时,灯不亮。
同样把“开关闭合”作为条件,把“灯亮” 这件事情作为结果。
图1-7(a)说明:条件具备时结果不发生,条件不具备时结果才发生。
这种结果与条件之间的关系称为“非”逻辑关系,简称非逻辑。
“非”逻辑用变量上的“—”表示。
非逻辑用表达式可以表示为:在上面的三种基本逻辑关系中,如果用逻辑变量A、B表示两个开关,并且用“1”表示开关“闭合”,用“0”表示开关“断开”;用Y表示灯的状态,并且用“1”表示灯“亮”,用“0”表示灯“不亮”,则可以列出如表1-2所示的三个表格,这些表格称为真值表。
表1-2 三种基本逻辑关系真值表可以分别得出:“与”逻辑输出变量与输入变量的关系为:有“0”出“0”,全“1”出“1”;“或”逻辑输出变量与输入变量的关系为:有“1”出“1”,全“0”出“0”;“非”逻辑输出变量与输入变量的关系为:见“1”出“0”,见“0”出“1”;3.几种常用的逻辑运算三种基本逻辑关系都可以由具体电路来实现。
通常把实现“与”逻辑运算的单元电路称为“与门”;把实现“或”逻辑运算的单元电路称为“或门”;把实现“非”逻辑运算的单元电路称为“非门”(或称为反相器)。
三种基本逻辑运算简单,容易实现。
但是实际的逻辑问题要比基本逻辑运算复杂得多。
有时实现基本逻辑运算的门电路(如二极管与门电路)也不是太理想。
所以常把与、或、非三种基本逻辑运算合理的组合起来使用,这就是复合逻辑运算。
与之对应的门电路称为复合逻辑门电路。
常用的复合逻辑运算有与非运算、或非运算、与或非运算、异或运算、同或运算等。
(1)“与非”逻辑“与非”逻辑是把与逻辑和非逻辑组合起来实现的。
先进行“与”运算,把“与”运算的结果再进行“非”运算。
“与非”逻辑的真值表(以二变量为例)如表1-3所示,表1-3 二变量“与非”逻辑真值表图1-8 “与非”逻辑的逻辑符号,“与非”逻辑的逻辑符号如图1-8所示。
图1-9 “与非”逻辑的逻辑符号,“与非”逻辑的表达式可以写成:表1-4 三变量“或非”逻辑真值表图1-9 “或非”逻辑的逻辑符号“或非”逻辑的逻辑符号如图1-9所示。
“或非”逻辑的表达式可以写成:(3)“与或非”逻辑“与或非”逻辑是把“与”逻辑、“或”逻辑和“非”逻辑组合起来实现的。
先进行“与”运算,把“与”运算的结果进行“或”运算,最后进行“非”运算。
“与或非”逻辑符号如图1-10所示。
表1-5 四变量“与或非”逻辑真值表图1-10 “与或非”逻辑的逻辑符号“与或非”逻辑的表达式可以写成:与或非”逻辑的真值表(以四变量为例)如表1-5所示(4)“异或”逻辑“异或”逻辑的逻辑关系是:当A、B两个变量取值不相同时,输出Y为1;而A、B两个变量取值相同时,输出Y为0。
“异或”逻辑的真值表如表1-6所示。
“异或”逻辑的逻辑符号如图1-11所示。
表1-6“异或”逻辑真值表图1-11 “异或”逻辑的逻辑符号“异或”逻辑的表达式可以写成:异或”逻辑表达式也可以用与、或的形式表示,即写成:在化简逻辑函数时,必须把“异或”逻辑表达式写成,才能进行化简。
(5)“同或”逻辑“同或”逻辑的逻辑关系是:当A、B两个变量取值相同时,输出Y为1;而A、B两个变量取值不相同时,输出Y为0。
“同或”逻辑的真值表如表1-7所示。
“同或”逻辑的逻辑符号如图1-12所示。
“同或”逻辑的表达式可以写成:“同或”逻辑表达式也可以用与、或的形式表示,即写成。
在化简逻辑函数时,必须把“同或”逻辑表达式写成,才能进行化简。
1-7“同或”逻辑真值表图1-12 “同或”逻辑的逻辑符号1.3.2 基本公式和常用公式1.基本公式根据逻辑与、或、非3种基本运算,可推导出逻辑运算的一些基本公式。
表1-8中,给出了逻辑代数中的基本公式,公式10是“0”和“1”求反运算时的运算规则。
因为逻辑代数中只有“0”和“1”两个数码,所以说“0”和“1”是互为求反运算的结果。
公式1、11;2、12中只有一个变量,它们是变量与常量之间的运算规则,统称为“01”律。
式3、13是同一个变量的运算规则,称为重叠律。
公式4、14是变量与它的反变量之间的运算规则,称为互补律。
公式9称为非_非律。
这些公式的正确与否,可以把变量的所有可能的取值分别代入等式的两边,如果完全相等则等式成立,否则等式不成立。
公式5、15称为交换律。
公式6、16称为结合律。
公式7、17称为分配律。
公式8、18称为反演律。
对于多个变量的恒等式,要证明它的正确性,可以应用真值表来证明。
具体方法是,分别列出等式左边的真值表和等式右边的真值表,如果每一组变量的取值下两个真值表都相同,则等式成立。
表1-8 逻辑代数中的基本公式表1-8中,列出了左右两列公式,左边与右边同行中的等式互为对偶式(后面将介绍对偶规则)。
根据对偶规则知道,如果逻辑等式成立则其对偶式也成立。
对这些公式只要我们证明一半(左边或右边)的等式成立,另一半不用证明也成立。
【例1-3】用真值表证明公式(18)是否正确.解:列出真值表如下:由真值表可见,每一组变量的取值下,Y1与Y2的函数完全相同,所以等式成立。
公式(18)正确。
2.常用公式灵活应用基本公式,可以推导出一些常用公式。
可以直接利用这些常用公式对逻辑函数进行化简。
(1)对合律:证明:(分配律)(互补律)等式成立;对偶式也成立。
(2)吸收律一:A+AB=A证明:A+AB=A(1+B)(分配律)=A·1 (0 1律)=A等式成立;对偶式A(A+B)=A 也成立。
等式成立;对偶式也成立。
1.3.3 逻辑代数中的基本规则逻辑代数中有三个基本规则,充分应用这些规则,可以扩大公式的应用范围,还可以减少一些公式的证明。
1.代入规则任何一个含有变量A的等式,若将所有出现A的位置都用另一个逻辑函数代替,则该等式仍然成立,这个规则称为代入规则。
应用代入规则,可以扩大基本公式和常用公式的使用范围。
因为变量A只有“0”和“1”两种取值,将A=0和A=1代入等式,等式一定成立。
而对于任何一个逻辑函数也和逻辑变量一样,也只有“0”和“1”两种取值,因此用它取代等式中的变量A时,等式自然会成立。
因此代入规则不需证明,即可以认为是正确的。
2.反演规则对于任何一个逻辑函数表达式Y,如果将式中的所有“?”换成“+”,“+”换成“?”;“0”换成“1”,“1”换成“0”;“原变量”换成“反变量”,“反变量”换成“原变量”;就可以得到原逻辑函数Y的反函数,即 ,这个规则称为反演规则。
反演规则用于求一个已知逻辑函数Y的反函数。
应用反演规则时应该注意以下两点:(1)反演运算前后,函数式中运算的优先顺序(先“与”后“或”)应该保持不变。
(2)多个变量上的“非”号应该保持不变。
注意:上面两个非号应保持不变3.对偶规则对于任何一个逻辑表达式Y,如果把Y中的所有的“?”换成“+”,“+”换成“?”;“0”换成“1”,“1” 换成“0”,就可以得到一个新的逻辑表达式Yˊ。
Yˊ与Y互为对偶式。
当某个逻辑恒等式成立时,则它的对偶式也成立,这个规则称为对偶规则。
应用对偶规则可以减少公式的证明范围。
在【18-3】中我们证明了公式(18)是成立的,公式(8)就是公式(18)的对偶式,根据对偶规则公式(8)也成立。
注意:对偶前后运算的优先顺序保持不变。
原变量和反变量不互换,多个变量上的非号不变。
【例1-6】已知Y=AB+AC+BC,求其对偶式Yˊ。
解:根据对偶规则直接写出Yˊ=(A+B)(A+C)(B+C)。
1.3.4逻辑函数及其表示方法1、逻辑函数的概念如果将逻辑变量作为输入,将运算结果作为输出,那么当输入变量的取值确定之后,输出的值便被惟一的确定下来。
这种输出与输入之间的关系就称为逻辑函数关系,简称为逻辑函数。
用公式表示为:Y= F(A,B,C,D…) 。
这里的A、B、C、D为逻辑变量,Y为逻辑函数,F为某种对应的逻辑关系。
任何一件具有因果关系的事情都可以用一个逻辑函数来表示。
例如:在举重比赛中有三个裁判员,规定只要两个或两个以上的裁判员认为成功,试举成功;否则试举失败。
可以将三个裁判员作为三个输入变量,分别用A、B、C来表示,并且“1”表示该裁判员认为成功,“0”表示该裁判员认为不成功。