数字电子技术基础绪论第一章讲解

1、数 字 电 子 技 术 基 础 主讲：柳主讲：柳 娟娟 Digital Electronic Technology fundamental 绪绪 论论 数字电路的特点 数字电路的发展 数字电路的分类 数字电路的应用 课程的主要内容 一、数字电路的特点一、数字电路的特点 1.数字信号的特点（与模拟量对比）数字信号的特点（与模拟量对比） 模拟信号模拟信号-连续性连续性 工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。 数字信号数字信号-离散性离散性 工作在数字信号下的电子电路称为数字电路。工作在数字信号下的电子电路称为数字电路。 模拟信号在时间 和数值上都是连 续的

2、。典型波形 为正弦波。 数字信号在时间 和数值上都是连 续的。典型波形 为方波。 模拟信号模拟信号-连续性连续性数字信号数字信号-离散性离散性 模拟信号在时间 和数值上都是连 续的。典型波形 为正弦波。 模拟信号模拟信号-连续性连续性数字信号数字信号-离散性离散性 数字信号在时间 和数值上都是连 续的。典型波形 为方波。 模拟信号在时间 和数值上都是连 续的。典型波形 为正弦波。 模拟信号模拟信号-连续性连续性数字信号数字信号-离散性离散性模拟信号模拟信号-连续性连续性数字信号数字信号-离散性离散性 模拟信号在时间 和数值上都是连 续的。典型波形 为正弦波。 模拟信号模拟信号-连续性连续性数字

3、信号数字信号-离散性离散性 数字信号在时间 和数值上都是连 续的。典型波形 为方波。 模拟信号在时间 和数值上都是连 续的。典型波形 为正弦波。 模拟信号模拟信号-连续性连续性数字信号数字信号-离散性离散性 一、数字电路的特点一、数字电路的特点 2.晶体管的工作状态晶体管的工作状态 在数字电路中，晶体管工作在在数字电路中，晶体管工作在开关状态开关状态 在数字电路中，电路的输在数字电路中，电路的输 入和输出只有入和输出只有 两种电压：低两种电压：低 电平和高电平，分别记作电平和高电平，分别记作0 和和1 一、数字电路的特点一、数字电路的特点 3.抗干扰能力强抗干扰能力强 数字电路中的高低电平都指

4、的是一定的电压范围，在所受数字电路中的高低电平都指的是一定的电压范围，在所受 的干扰不足以改变信号的状态时，不影响电路的正常工作。的干扰不足以改变信号的状态时，不影响电路的正常工作。 一、数字电路的特点一、数字电路的特点 4.分析方法（与模拟电路对比）分析方法（与模拟电路对比） 模拟电路模拟电路 模拟电路注重分析性能指标。模拟电路注重分析性能指标。 数字电路数字电路 数字电路注重分析电路功能。数字电路注重分析电路功能。 微变等效电路 -电路分析 逻辑分析方法 数学工具-布尔代数 描述方法： 真值表 表达式 功能表等 二、数字电路的发展二、数字电路的发展 电子管电子管 晶体管晶体管集成电路集成电

5、路 二、数字电路的发展二、数字电路的发展 电子管电子管 晶体管晶体管 集成电路集成电路 70年代末，微处理器的出现，使数字电路的性能年代末，微处理器的出现，使数字电路的性能 产生了质的飞跃。产生了质的飞跃。 u可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLD） u单片机（单片机（CPU） u数字信号处理器（数字信号处理器（DSP） 小规模小规模 中规模中规模 大规模大规模 超大规模超大规模 三、数字电路的分类三、数字电路的分类 u工艺工艺: TTL CMOS u功能：功能： 组合组合 时序时序 u规模：规模： SSI MSI LSI VLSI 四、数字电路的应用四、数字电路的应用 实现信号的运算处理功能

6、，与软件结合可以完成复实现信号的运算处理功能，与软件结合可以完成复 杂的运算和处理过程，同样功能的电路用模拟电路实现，杂的运算和处理过程，同样功能的电路用模拟电路实现， 其复杂程度将大大增加，甚至无法实现。其复杂程度将大大增加，甚至无法实现。 一般测控系统框图一般测控系统框图 五、课程的主要内容五、课程的主要内容 l数字电路的分析设计方法数字电路的分析设计方法 l集成电路的功能和使用方法集成电路的功能和使用方法 u数学基础数学基础 u组合电路组合电路 u时序电路时序电路 u典型大规模集成电路典型大规模集成电路 熟练使用布尔代数工具熟练使用布尔代数工具 注重外部特性、注重应用注重外部特性、注重应

7、用 第一章第一章 数码和码制数码和码制 几种常见的数制几种常见的数制 不同数制之间的转换不同数制之间的转换 反码和补码反码和补码 常用编码常用编码 一、几种常用的数制（表示方法） Decimal 十进制 Binary 二进制（整数、小数） Octal 八进制 Hexadecimal 十六进制 多位数码中，每位的构成方法以及从低位到高位的进位规 则称为数制。数字电路中常用进制有十进制，二进制，十六进制。 (i=0n, n是整数部分的位数) 2 逢二进一 0,1 二 10逢十进一0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 十 基数基数计数规则计数规则 数数 码码进制进制 N n oi i N NKiS

8、 任意进制数表达式的普遍形式：任意进制数表达式的普遍形式： 式中式中: S为任意数，N为进制， Ki 为第 i 位数码的系数系数，Ni 为第 i 位的权权。 一、几种常用的数制（表示方法） l二二八八十十十六进制数十六进制数 Decimal Binary Octal Hexadecimal 0 0000 00 0 1 0001 01 1 2 0010 02 2 3 0011 03 3 4 0100 04 4 5 0101 05 5 6 0110 06 6 7 0111 07 7 Decimal Binary Octal Hexadecimal 8 1000 10 8 9 1001 11 9 1

9、0 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F 二进制数的权的结构二进制数的权的结构 2n1 23 22 21 20 。21 22 2n most significant bit(MSB) 最高位 least significant bit (LSB) 最低位最低位 小数点小数点 Positive Powers of Two(whole numbers) Negative Powers of Two(Fractional number) 2的正数次方的正数次方 （整数）（整数） 2的负数次

10、方（小数）的负数次方（小数） 二进制权 28 27 26 25 24 23 22 21 20 21 22 23 24 25 26 256 128 64 32 16 8 4 2 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 0.5 0.25 0.125 0.0625 0.03125 0.015625 u 二进制转换成十进制二进制转换成十进制 u 十进制转换成二进制十进制转换成二进制 u 二进制转换成八进制二进制转换成八进制 u 八进制转换成二进制八进制转换成二进制 u 二进制转换成十六进制二进制转换成十六进制 u 十六进制转换成二进制十六进制转换成二进制 u 八进制转换成十进制八进制

11、转换成十进制 u 十六进制转换成十进制十六进制转换成十进制 二、不同数制之间的转换二、不同数制之间的转换 Binary-to-Decimal Conversion 2-10进制转换进制转换 权权: 26 25 24 23 22 21 20 二进制数 二进制数: 1 1 0 1 1 0 1 1101101= 26+25+ 23 +22 +20 = 64+32 +8+4 +1=109 0.1011= 2 1 +23 + 24 权权: 2 1 22 23 24 二进制数 二进制数: 0 . 1 0 1 1 = 0.5 +0.125+0.0625 = 0.6875 表达式展开法表达式展开法 l DEC

12、IMAL-TO-BINARY CONVERSION 10-2进制转换进制转换 加权法加权法 例：例： 把下列整数转成二进制数把下列整数转成二进制数. (a) 12 (b) 25 (c) 58 (d) 82 解：解： (a) 12 = 8 + 4 = 23 + 22 1100 (b) 25 = 16 + 8 +1 = 24 + 23 + 20 11001 (c) 58 = 32 + 16 + 8 + 2 = 25 + 24 + 23 + 21 111010 (d) 82 = 64 + 16 + 2 = 26 + 24 + 21 1010010 重复除重复除2法法 Remainder 余数 第一个

13、余数是最低位第一个余数是最低位 最后一个余数是最高位最后一个余数是最高位 除除N取余法，逆序排列取余法，逆序排列 Converting Decimal Fractions to Binary 10进制小数转换成进制小数转换成2进制进制 加权法加权法 0.625 = 0.5 + 0.125 = 2 1 + 23 = 0.101 重复乘重复乘2法法 第一个进位是最高位第一个进位是最高位 最后一个进位是最低位最后一个进位是最低位 乘乘N取整法，顺序排列取整法，顺序排列 2-8进制数转换进制数转换 8-2进制数转换进制数转换 8进制数进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 2进制数进制数 000 00

14、1 010 011 100 101 110 111 例：例： 转换下列转换下列8进制数到进制数到2进制数：进制数： (a) 138 (b) 258 (c) 1408 (d) 75268 解：解： l二二十六进制的相互转换十六进制的相互转换 2-16进制数转换进制数转换 16-2进制数转换进制数转换 8-10进制数转换进制数转换 权权: 83 82 81 80 八进制数八进制数: 2 3 7 4 23748 = (283) + (382) + (781) + (480) = (2512) + (364) + (78) + (41) = 1024 + 192 + 56 + 4 = 127610 1

15、0-8进制数转换进制数转换 第一个余数是最低位第一个余数是最低位 最后一个余数是最高位最后一个余数是最高位 16-10进制数转换 E516 = (E16) + (51) = (1416) + (51) = 224 + 5 = 22910 B2F816 = (B4096) + (2256) + (F16) + (81) = 45056 + 512 + 240 + 8 = 4581610 10-16进制数转换进制数转换 三、原码、反码和补码三、原码、反码和补码 原码：带符号位的二进制数码称为原码。原码：带符号位的二进制数码称为原码。 如：如：17的原码为的原码为010001，17的原码为的原码为1

16、10001 反码：反码：正数正数的反码与原码相同，的反码与原码相同，负数负数的原码除了符的原码除了符 号位外的数值部分按位取反，即号位外的数值部分按位取反，即“1”改为改为“0”，“0” 改为改为“0”， 如：如：7的的原码为原码为0 111，反码为，反码为0 111 7的的原码为原码为1 111，反码为，反码为1 000 三、原码、反码和补码三、原码、反码和补码 补码的概念补码的概念 10-5=5 三、原码、反码和补码三、原码、反码和补码 补码的概念补码的概念 对于对于n位位2进制数进制数N （N）comp= N 2n-N （N）inv= N (2n-1)-N （N）comp= （N）inv

17、+1 1011-0111=0100 当做二进制减法时，可利用补码将减法运算转换成加法运算。当做二进制减法时，可利用补码将减法运算转换成加法运算。 例例1 用二进制补码计算用二进制补码计算 ： 7528 、7528 、7528、 7528 （75）D（01001011）B （28）D（00011100）B （75）D（11001011）B （28）D（10011100）B 原码原码 7 5 2 8 1 0 3 0 1001011 0 0011100 0 1100111 （75）D（10110101） B ; （28）D（11100100） B ; 解：先求两个数的二进制原码和补码（用解：先求两个

18、数的二进制原码和补码（用8位代码）位代码） 补码补码 7 5 2 8 4 7 0 1001011 1 1100100 1 0 0101111 7 5 2 8 10 3 1 0110101 1 1100100 1 1 0011001 溢出溢出 7 5 2 8 4 7 1 0110101 0 0011100 1 1010001 溢出溢出 补码补码补码补码 u 写出下列带符号位二进制数的反码和补码 原码 反码 补码 00011010 10011010 001011101 10101101 例题 数码数码：代表一个确切的数字，如二进制数，八进制：代表一个确切的数字，如二进制数，八进制 数等。数等。 代

19、码代码：特定的二进制数码组，是不同信号的代号，不：特定的二进制数码组，是不同信号的代号，不 一定有数的意义一定有数的意义 编码编码：n 位二进制数可以组合成位二进制数可以组合成2n 个不同的信息，给每个不同的信息，给每 个信息规定一个具体码组，这种过程叫编码。个信息规定一个具体码组，这种过程叫编码。 数字系数字系 统中常用的编码有两类，一类是二进制编码，另一类统中常用的编码有两类，一类是二进制编码，另一类 是是 二二-十进制编码。另外无论二进制编码还是二十进十进制编码。另外无论二进制编码还是二十进 制编码，都可分成有权码（每位数码代表的权值固定）制编码，都可分成有权码（每位数码代表的权值固定） 和无权码和无权码 四、常用编码四、常用编码 几种常见的十进制编码几种常见的十进制编码 8421 Code (binar