数字电路PPT第一章基础知识.ppt

1 数字电路 信科111 112 2 成绩计算 平时成绩30 作业 写明班级 学号 姓名 考勤期末考试成绩70 3 参考书目 秦曾煌主编 电工学 第六版下册 高等教育出版社康华光主编 电子技术基础 数字部分第五版 高等教育出版社Digitalfundamentals NinthEdition 数字电子技术 第9版 英文改编版 国外电子与通信教材系列 美 ThomasL Floyd著余璆改编 1 4 第一章数制和码制 数字电路 1 5 什么是电子技术 是研究电子器件及电子器件应用的一门学科 通过控制器件中电子的运动而进行工作 1 6 数字技术的发展及其应用 电子技术是20世纪发展最迅速 应用最广泛的技术 以电子器件发展为基础20世纪初 中叶电子管1947年贝尔实验室制成第一只晶体管58年模拟和数字集成电路69年大规模集成电路75年超大规模集成电路 1 7 1 8 数字技术的发展及其应用 第一片集成电路只有4个晶体管 而97年一片集成电路上有40亿个晶体管 科学家预测集成度按翻番 18月的速度还将继续到2015或2020年 将达到饱和 2010年澳大利亚科学家展示了世界上最小的晶体管 其规格仅有七个原子组成 大小为一米的40亿分之一 嵌于单晶硅上 这一发明将会使微型处理器尺寸大幅减小 会给计算速度带来革命性变化 1 9 典型代表 电子计算机 电子管 晶体管 集成电路 大规模集成电路 人工智能计算机 生物计算机 1 10 应用举例 照相机 交通灯控制系统 自动售票机 1 11 1 1 1数字信号和模拟信号 电子电路中的信号 模拟信号 数字信号 随时间连续变化的信号 时间和幅度都是离散的 1 1数字电路的基础知识 1 12 模拟信号 u 正弦波信号 锯齿波信号 u 1 13 1 14 研究模拟信号时 我们注重电路输入 输出信号间的大小 相位关系 相应的电子电路就是模拟电路 包括交直流放大器 滤波器 信号发生器等 在模拟电路中 晶体管一般工作在放大状态 1 15 数字信号 数字信号 产品数量的统计 数字表盘的读数 数字电路信号 1 16 产品自动装箱计数生产线 1 17 研究数字电路时注重电路输出 输入间的逻辑关系 因此不能采用模拟电路的分析方法 主要的分析工具是逻辑代数 电路的功能用真值表 逻辑表达式或波形图表示 在数字电路中 三极管工作在开关状态下 即工作在饱和状态或截止状态 1 18 1 1 2数制 1 十进制 以十为基数的记数体制 表示数的十个数码 遵循逢十进一的规律 157 1 19 一个十进制数数N可以表示成 若在数字电路中采用十进制 必须要有十个电路状态与十个记数码相对应 这样将在技术上带来许多困难 而且很不经济 1 20 2 二进制 以二为基数的记数体制 表示数的两个数码 遵循逢二进一的规律 1001 B 9 D 1 21 优缺点 用电路的两个状态 开关来表示二进制数 数码的存储和传输简单 可靠 位数较多 使用不便 不合人们的习惯 输入时将十进制转换成二进制 运算结果输出时再转换成十进制数 1 22 3 十六进制和八进制 十六进制记数码 4E6 H 4 162 14 161 6 160 1254 D 1 23 十六进制与二进制之间的转换 01011001 B 0 27 1 26 0 25 1 24 1 23 0 22 0 21 1 20 B 0 23 1 22 0 21 1 20 161 1 23 0 22 0 21 1 20 160 B 59 H 每四位2进制数对应一位16进制数 1 24 十六进制与二进制之间的转换 10011100101101001000 B 从末位开始四位一组 10011100101101001000 B 9CB48 H 1 25 八进制与二进制之间的转换 10011100101101001000 B 从末位开始三位一组 10011100101101001000 B 2345510 O 1 26 十进制与二进制之间的转换 可以用二除十进制数 余数是二进制数的第0位 然后依次用二除所得的商 余数依次是K1 K2 转换方法 4 十进制与二进制之间的转换 1 27 整数部分转换过程 25 D 11001 B 除2倒取余 1 28 小数部分转换过程 乘2正取整 1 29 1 1 3二进制运算 1 二进制算术运算的特点算术运算 1 和十进制算数运算的规则相同2 逢二进一特点 加 减 乘 除全部可以用移位和相加这两种操作实现 简化了电路结构 所以数字电路中普遍采用二进制算术运算 1 30 2 反码 补码和补码运算二进制数的正 负号也是用0 1表示的 在定点运算中 最高位为符号位 0为正 1为负 如 89 01011001 89 11011001 1 31 二进制数的补码 最高位为符号位 0为正 1为负 正数的补码 反码和原码相同负数的补码 数值位逐位求反 即其反码 1如 5 D 00101 B 5 补 11011 B通过补码 将减一个数用加上该数的补码来实现 1 32 10 5 510 7 12 5 舍弃进位 7 5 12产生进位的模7是5对模数12的补码 1 33 1011 0111 0100 11 7 4 1011 1001 10100 0100 舍弃进位 11 9 16 4 0111 1001 160111是1001对模16的补码 1 34 两个补码表示的二进制数相加时的符号位讨论 例 用二进制补码运算求出13 10 13 10 13 10 13 10 结论 将两个加数的符号位和来自最高位数字位的进位相加 结果就是和的符号 解 1 35 1 1 4码制 一 BCD代码二 格雷码三 字符编码 1 36 四位二进制数最多可以有16种不同组合 不同的组合便形成了一种编码 主要有 8421码 5421码 2421码 余3码等 用 位二进制数码表示 位十进制数的 十个状态 称这些代码为二 十进制代码 即BCD代码 BCD Binary Coded Decimal 1 BCD码 1 37 在BCD码中 十进制数 N D与二进制编码 K3K2K1K0 B的关系可以表示为 N D W3K3 W2K2 W1K1 W0K0 W3 W0为二进制各位的权重 所谓的8421码 就是指各位的权重是8 4 2 1 1 38 二进制数 自然码 8421码 2421码 5421码 余三码 1 39 BCD码的存放 组合BCD码与非组合BCD码 上述编码方式是针对 一位 十进制数字而言的 一个多位的十进制数与相应的8421BCD码之间的转换关系如下例所示 0011 0000 1001 0001 对应的8421BCD码 组合BCD码格式 每位十进制数字对应的BCD编码以四个二进制位来存放 3091 10 0011000010010001 BCD 非组合BCD码格式 每位十进制数字对应的BCD编码以八个二进制位来存放其中低四位存放真正的BCD码 高四位根据具体应用的不同定义为不同的值 如无特殊要求 高四位通常为全0 3091 10 00000011000000000000100100000001 BCD 注意 如无特别说明 本课程中的BCD码一概指组合的8421BCD码 这样得到的BCD码在存放或处理时有两种格式 1 40 1 41 2 格雷码 Gray 格雷码的特点是 任意两个相邻码组之间只有一位码原不同 0和最大数之间也只有一位不同 因此格雷码也称为循环码 这种编码在形成和传输时不易出错 最高位的0和1只改变一次 若以最高位的0和1的交界为轴 其他低位的代码以此轴对称 利用这一特点可以很容易地构成位数不同的格雷码 格雷码是一种无权码 不易直接进行运算 但可以很容易地与二进制进行换算 格雷码有许多形式 如余3循环码等 1 42 一种典型的格雷码 两位格雷码 00011110 000001011010110111101100 0000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000 三位格雷码 四位格雷码 00011110 10110100 01 10 100101111110010011001000 000001011010110111101100 1 43 1 44 3 字符代码 数字系统处理 存储及显示的信息 包括数字 文字符号 字母和特殊符号等都必须用二进制数进行编码 目前常用的是ASCII码 美国标准信息交换码 和Unicode码 1 45 常用字符编码 ASCII码 ASCII码即 美国国家标准信息交换码 的英文缩写 常用的有两种 1 ASCII 7编码用7位二进制编码表示一个字符 共可表示128个不同的字符 通常使用时在最高位添0凑成8位二进制编码 或根据实际情况将最高位用做校验位 2 ASCII 8编码用8位二进制编码表示一个字符 共可表示256个不同的字符 本课程中不加声明时都指ASCII 7码 注意 ASCII 7编码中0 9十个数字对应的编码为30H 39H 该编码实际就是一种非组合BCD码 一般字符的ASCII码表靠查表方式获取 但除数字的ASCII外 最好也能记住以下对应关系 A F的ASCII码为41H 46H a f的ASCII码为61H 66H 1 46 常用字符编码 Unicode码 互联网的迅速发展 要求进行数据交换的需求越来越大 而且多种语言共存的文档不断增多 不同的编码体系越来越成为信息交换的障碍 于是UNICODE应运而生 UNICODE的双重含义 首先UNICODE是对国际标准ISO IEC10646编码的一种称谓 ISO IEC10646是一