模拟信号与数字信号知识介绍PPT课件

1.1.3模拟信号与数字信号,1.模拟信号-时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等。,u,2.数字信号-在时间上和数值上均是离散的信号。,3.模拟信号的数字表示,数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换为数字信号.,模-数转换的实现:,1.1.4.数字信号的描述方法,1.二值数字逻辑及其表示,(1)在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态,0、1表示的两种对立逻辑状态的逻辑关系-二值数字逻辑,在数字电路中,0、1组成二进制数可以表示数量大小,也可以表示两种对立的逻辑状态。,(a)用逻辑电平描述的数字波形,(b)16位数据的图形表示,(2)波形图,2.数字波形,高电位,低电位,有脉冲,数字波形-信号逻辑电平对时间的图形表示,(a)非归零型,(b)归零型,比特率-每秒钟转输数据的位数,无脉冲,(1)数字波形的两种类型:,(2)数字波形的周期性和非周期性,非周期性数字波形,周期性数字波形,周期性数字波形,1.非理想脉冲波形,(3)实际脉冲波形及主要参数,占空比q-表示脉冲宽度占整个周期的百分比,2.几个主要参数:,上升时间tr和下降时间tf-从脉冲幅值的10%到90%上升、下降所经历的时间(典型值ns),脉冲宽度(tw)-脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间,周期(T)-表示两个相邻脉冲之间的时间间隔,q,(4)时序图,-表明各个数字信号时序关系的多重波形图,由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保持同步关系。为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一定的时差，但这些时差必须限定在规定范围内，各个信号的时序关系用时序图表达。,1、任何一位数可以而且只可以用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这十个数码表示。,式中，102、101是根据每一个数码所在的位置而定的，称之为“权”。,例如：,2、进位规律是“逢十进一”。即9+1=10,一、特点：,3、在十进制中，各位的权都是10的幂，而每个权的系数只能是09这十个数码中的一个。,=1101+0100,1.2数制,.2.1十进制,二、一般表达式:,位权,系数,在数字电路中，计数的基本思想是要把电路的状态与数码一一对应起来。显然，采用十进制是十分不方便的。它需要十种电路状态与之对应。要想严格区分这十种状态是很困难的。,一、特点,二、二进制数的一般表达式为:,1、任何一位数只能用“0”和“1”表示。,位权,系数,例如：1+1=10,2、进位规律是：“逢二进一”。,3、各位的权都是2的幂。,=121+020,.2.2二进制,四、二进制数的缺点,a、易于电路实现-每一位数只有两个值，可以用管子的“导通”或“截止”，灯泡的“亮”或“灭”、继电器触点的“闭合”或“断开”来表示。b、二进制数装置所用元件少，电路简单、可靠*。c、基本运算规则简单,运算操作方便。,三、二进制数的优点,位数太多，不符合人的习惯，不能在头脑中立即反映出数值的大小，一般要将其转换成十进制后，才能反映出来。*,a)二进制数据的串行传输,五、二进制数据的传输,需要一根时钟信号线和一根数据传送线以及一根公共地线。在时钟脉冲CP控制下，数据由最高位MSB到最低位LSB依次传送。,b)二进制数据的并行传输,并行传送的突出特点是数据传送速率快。其缺点是需要占用的数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。,将一组二进制数据的所有位同时传送，称为并行传送。,二、十进制数转换成二进制数：,常用方法是“按权相加”。,1.整数部分用“辗转相除”法:,将十进制数连续不断地除以2,直至商为零，所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数,一、二进制数转换成十进制数：,整数部分小数部分,2.小数部分用“辗转相乘”法:,例如:(11)10=(?)2,1,0-b2,2,0,1-b3,11,2,1-b0,2,5,1-b1,2,2,余数,(11)10=(b3b2b1b0)2=(1011)2,若十进制数较大时，不必逐位去除2，可算出2的幂与十进制对比，,28=256，261256=5，,低位|高位,(5)10=(101)2,(261)10=(100000101)2,将十进制数连续不断地除以2,直至商为零，所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数。,又如：（261)10=(?)2,2.小数部分用“辗转相乘”法:,将小数部分连续不断地乘以2,每次所得乘积的整数部分取出，由高位到低位排列，即为所求。,例将(0.706)D转换为二进制数，要求其误差不大于2-10。,解：,0.7062=1.4121b1,由于最后的小数小于0.5，根据“四舍五入”的原则，应为0所以，(0.706)D=(0.101101001)B，其误差。,高位|低位,0.4122=0.8240b2,0.8242=1.6481b3,0.6482=1.2961b4,0.2962=0.5920b50.5922=1.1841b60.1842=0.3680b70.3682=0.7360b80.7362=1.4721b9,将小数部分连续不断地乘以2,每次所得乘积的整数部分取出，由高位到低位排列，即为所求。,解：由于精度要求达到0.1%，需要精确到二进制小数10位，即1/210=1/1024。,所以,例2将十进制小数（0.39)10转换成二进制数，要求精度达到0.1%。,1、八进制数以8为基数，采用0,1,2,3,4,5,6,7八个数码表示。2、进位规律是“逢八进一”。3、各位的权都是8的幂。,例(10110.011)B=,一、八进制的特点：,例如(144)o=182+481+480=64+32+4=(100)D,二、二进制转换成八进制：,例(752.1)o=,三、八进制转换成二进制：,(26.3)o,（111101010.001）B,0,因为八进制的基数8=23，所以，可将3位二进制数表示一位八进制数，即000111表示07。,转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小数部分自左向右，3位一组，不够3位的添零补齐，则每3位二进制数表示一位八进制数。,将每位八进制数展开成3位二进制数，排列顺序不变即可。,十六进制数中只有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A、B、C、D、E、F十六个数码，进位规律是“逢十六进一”。各位的权均为16的幂。,一般表达式：,四、十六进制的特点：,二进制转换成十六进制：,因为16进制的基数16=24，所以，可将四位二进制数表示一位16进制数，即00001111表示0F。,例(111100010101110)B=,将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。,例(BEEF)H=,(78AE)H,(1011111011101111)B,十六进制转换成二进制：,五、二-十六进制之间的转换,十六进制在数字电路中，尤其在计算机中得到广泛的应用，因为：,六、优点：,第一、与二进制之间的转换容易,第二、计数容量较其它进制都大。假如同样采用四位数码，,第三、计算机系统中，大量的寄存器、计数器等往往按四位一组排列。故使十六进制的使用独具优越性。,八进制可计至7777o=4095D；,十进制可计至9999D；,十六进制可计至FFFFH=65535D，,二进制最多可计至1111B=15D,即64K。其容量最大。,几种数制之间的关系对照表,1.3二进制数的算术运算(自学),1.3.1无符号二进制数的算术运算,算术运算是当两个二进制数码表示数量大小时，它们之间可以进行数值运算。二进制数的算术运算法则和十进制数的运算法则基本相同，只是进位借位规则不同,加法运算是“逢二进一”,减法则是“借一当二”。,1.3.2带符号二进制数的算术运算,1.4二进制码,代码:表示某一特定信息的二进制数码。编码:赋予代码特定含义的过程。,二进制代码的位数n与需要编码的数（或信息）的个数N之间应满足以下关系：,2n-1N2n,1.4.1二十进制码(BCD码-BinaryCodedDecimal）,用4位二进制数来表示一位十进制数中的09十个数码。,从4位二进制数16种代码中,选择10种来表示09个数码的方案有很多种,每种方案产生一种BCD码。,1.几种常用的BCD代码,2各种编码的特点有权码：编码与所表示的十进制数之间的转算容易如（）（）,余码的特点:0和9,1和8.6和4的余码互为反码,这对于求取对10的补码很方便。,余3码循环码：相邻的两个代码之间仅一位的状态不同。按余3码循环码组成计数器时，每次转换过程只有一个触发器翻转，译码时不会发生竞争-冒险现象。,3.用BCD代码表示十进制数对于一个多位的十进制数，需要有与十进制位数相同的几组BCD代码来表示。例如：,对于有权BCD码，可以按权展开，求得所代表的十进制数。例如：,4.求BCD代码表示的十进制数,1.4.2格雷码,格雷码是一种无权码。,编码特点是：任何两个相邻代码之间仅有一位不同。,例如，8421码中的0111和1000是相邻码，当7变到8时，四位均变。若采用格雷码，0100和1100是相邻码，仅最高一位变。,该特点常用于模拟量的转换。当模拟量发生微小变化，而可能引起数字量发生变化时，格雷码仅仅改变一位，这与其它码同时改变两位或更多位的情况相比，更加可靠。,1.4.3ASCII码,ASCII码即美国标准信息交换码。,它共有128个代码，可以表示大、小写英文字母、十进制数、标点符号、运算符号、控制符号等，普遍用于计算机的键盘指令输入和数据等。,1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算,当0和1表示逻辑状态时，两个二进制数码按照某种特定的因果关系进行的运算。,逻辑运算有逻辑代数表达式、真值表、逻辑图和硬件描述语言（HDL)等多种描述方式。,与普通代数不同之处是逻辑代数中的变量只有0和1两个可取值，它们用来表示完全对立的逻辑状态。,在逻辑代数中，有“与”、“或”、“非”三种基本的逻辑运算。,.逻辑运算:,逻辑运算使用的数学工具是逻辑代数。*,2.逻辑代数:,1.真值表-描述逻辑关系的表格。,2.逻辑表达式-输入信号为自变量，输出为函数的数学表达方式。,3.逻辑符号-用规定的逻辑符号表示的图形。在画电路时使用的符号:,除此之外，还可以用波形图、硬件描述语言（HDL)来表示逻辑运算。,3.逻辑运算的几种表达方式:,或逻辑：L=A+,与逻辑运算,开关A、B控制灯泡L，只有当A和B同时闭合时，灯泡才能点亮,（1）定义：某事件有若干个条件，只有当所有条件全部满足时，这件事才发生。,（2）真值表：,(4)逻辑符号,(3)逻辑表达式L=A.B,开关串联电路,与运算-,或运算-,或逻辑运算,只要开关A和B中有一个闭合，或两个都闭合，灯泡就会亮。,(1)定义：某事件有若干个条件，只要其中一个或一个以上的条件得到满足，这件事就发生。,(2)真值表:,(3)逻辑表达式:L=A+B,(4)逻辑符号:,开关并联电路,非运算,非逻辑运算,下图表示一个简单的非逻辑电路，当继电器通电，灯泡熄灭；继电器断电，灯泡点亮。,(1)定义：某事件的产生取决于条件的否定，这种关系称为非逻辑。,(2)真值表:,(3)逻辑表达式:,在输入端用小圆圈表示,(4)逻辑符号:,在输出端用小圆圈表示,两输入变量与非逻辑真值表,4.几种常见的复合逻辑运算,1)与非运算,两输入变量或非逻辑真值表,2)或非运算,3)同或运算,若两个输入变量的值相同，输出为1，否则为0。,同或逻辑真值表,同或逻辑表达式：,4)异或逻辑,若两个输入变量的值相异，输出为1，否则为0。,异或逻辑真值表,1.6