数字电路第一章基础知识

数字电路第一章基础知识1第一页，共四十七页，编辑于2023年，星期三成绩计算平时成绩30%作业（写明班级、学号、姓名）考勤期末考试成绩70%2第二页，共四十七页，编辑于2023年，星期三参考书目秦曾煌主编，《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

3第三页，共四十七页，编辑于2023年，星期三第一章数制和码制数字电路4第四页，共四十七页，编辑于2023年，星期三什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5第五页，共四十七页，编辑于2023年，星期三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6第六页，共四十七页，编辑于2023年，星期三7第七页，共四十七页，编辑于2023年，星期三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。8第八页，共四十七页，编辑于2023年，星期三典型代表：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9第九页，共四十七页，编辑于2023年，星期三应用举例照相机交通灯控制系统自动售票机10第十页，共四十七页，编辑于2023年，星期三1.1.1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

11第十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期三模拟信号：tu正弦波信号t锯齿波信号u12第十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期三13第十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期三研究模拟信号时，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。14第十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期三数字信号：数字信号产品数量的统计。数字表盘的读数。数字电路信号：tu15第十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期三产品自动装箱计数生产线16第十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期三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。17第十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期三1.1.2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=18第十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期三一个十进制数数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。19第十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期三（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)D20第二十页，共四十七页，编辑于2023年，星期三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。21第二十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期三（3）十六进制和八进制：十六进制记数码：(4E6)H=4162+14161+6160=(1254)D22第二十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期三十六进制与二进制之间的转换：(0101

1001)B=[027+126+025+124+123+022+021+120]B=[(023+122+021+120)161+(123+022+021+120)160]B=(59)H每四位2进制数对应一位16进制数23第二十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期三十六进制与二进制之间的转换：(10011100101101001000)B=从末位开始

四位一组(1001

11001011

0100

1000)B=()H84BC9=(9CB48)H24第二十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期三八进制与二进制之间的转换：(10011100101101001000)B=从末位开始三位一组(10011

100101101001

000)B=()O01554=(2345510)O3225第二十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期三十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：26第二十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期三225余1K0122余0K162余0K232余1K312余1K40整数部分转换过程：(25)D=(11001)B除2倒取余27第二十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期三小数部分转换过程：乘2正取整28第二十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期三1.1.3二进制运算(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29第二十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期三(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）30第三十页，共四十七页，编辑于2023年，星期三二进制数的补码：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31第三十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期三10–5=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32第三十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期三1011–0111=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33第三十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期三

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：34第三十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期三1.1.4码制一、BCD代码二、格雷码三、字符编码

35第三十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期三四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４位二进制数码表示１位十进制数的０~９十个状态，称这些代码为二－十进制代码，即BCD代码。BCD------Binary-Coded-Decimal1.BCD码36第三十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期三在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+W0K0W3~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。37第三十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期三000000010010001101100111100010011010101111011110111101011100010001236789101113141551240123578964012356789403456782910123678549二进制数自然码8421码2421码5421码余三码38第三十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期三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：00110000100100013091十进制数：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：39第三十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期三40第四十页，共四十七页，编辑于2023年，星期三2、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；41第四十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期三一种典型的格雷码两位格雷码000111100000010110101101111011000000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000三位格雷码四位格雷码0001111010110100011010010111111001001100100000000101101011011110110042第四十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期三43第四十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期三3、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。44第四十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期三常用字符编码：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-