高等教育数字电路.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/2/19,#,1,一、参考教材,数字电路逻辑设计 王毓银 高等教育出版社,数字电路与系统 刘宝琴清华大学出版社,数字电子技术基础 高教出版社 阎石主编,2,二、考试成绩评定,平时,20%:,出勤率，作业（每周一次）,期中,20%,期末,60%,3,三、课程性质,本课程是高校工科电气、电子信息类专业本科生在电子技术方面的学科基础课。学习本课程是为了给,微机系统与接口技术,、,单片机原理与应用,、,数字信号处理,、,自动控制,等后续课程打下基础。本课程具有较强的逻辑推理和实践性，能培养学生的思维能力和适应工作和科研的动手能力。,4,四、学习方法,1.,培养较强的逻辑思维能力,2.,与实验课密切配合。,3.,抓紧课堂宝贵时间，课下独立完成作业，主动质疑；,4.,对于集成电路，重点放在外部电气特性、逻辑功能和使用方法,5.,课前要预习，,独立思考，提高自学能力,5,五、数字电路的概念,数字信号和模拟信号,数字电路和模拟电路,6,在时间和幅值上连续变化,在时间和幅值上离散变化,矩形波信号,尖脉冲信号,0,t,u,t,0,u,u,例,温度、压力、音频、视频等物理量变化的信号,例,速度表读数、产品数量统计、数字仪表显示值,电信号类型,模拟信号,数字信号,正弦波信号,锯齿波信号,u,u,0,0,t,t,数字电路输入、输出的高、低电平用,1,、,0,表示,1.,数字信号和模拟信号,7,例：,数字电路：记录自动生产线的产品数目，,开关的接通和断开,事件的是和非,电平的高和低,信号的有和无,生产 产品,有信号：,“,1,”,无信号：,“,0,”,。,两种状态,：,8,例,例,模拟电路,:,研究电路输入、输出间的大小、相位关系。三极管工作在放大状态，作为放大元件。,数字电路：研究电路输入、输出间的因果（逻辑）关系。三极管工作在饱和或截止状态，作为开关元件。,单管放大电路：输入正弦波，输出正弦波，即输入、输出间的大小、相位关系为幅值增大或缩小，相位同相或反相。,反相器：输入高电平，输出低电平，即输入、输出间的逻辑关系为逻辑非。,放大器,vi,vo,反相器,vi,vo,2.,模拟电路和数字电路概念,9,门：,电子开关,满足一定条件时，电路允许信号通过,?,开关接通。,开门状态：,关门状态：,条件不满足时，信号通不过,?,开关断开。,10,输入、输出逻辑关系表,(,真值表）,0 0,1,1 1,1,0 1,1,1 0,1,比较,a,、,b,两个数的大小,分析,ab,红,:,ab,绿,:,a=b,黄,:,例,数码比较器,(,数字电路,),11,2.,脉冲型,1.,电位型,数值,1 1 0 1 0 0 0,3,、数字信号数值“,1”,和“,0”,的波形表示,12,数字电路中采用二进制的特点,便于用具有两个稳定状态的元器件来表示二进制（两个基数,0,、,1,）。工程上制造和实现容易，且数码的存储、传递和处理简单、可靠。,为满足人们的十进制计数习惯，采用编码技术，经电路处理后，实现输入、输出的二、十进制数的转换。,若在电路中采用十进制，需有十个稳定状态与十个计数码对应，这样的电路在技术上实现困难。,二进制的一切数值运算均可分解成简单的算术运算（加法和乘法）亦称逻辑运算。,13,1,、易集成化。,两个状态“,0”,和“,1”,，对元件精度要求低。,2,、抗干扰能力强，可靠性高。,信号易辨别不易受噪声干扰。,3,、便于长期存贮。,软盘、硬盘、光盘。,4,、通用性强，成本低，系列多。,（国际标准）,TTL,系例数字电路、门阵列、可编程逻辑器件。,5,、保密性好。,容易进行加密处理。,4,、数字电子技术的优点,14,1.,数字逻辑的基本理论,2.,常用数字集成电路的结构、工作原理、,逻辑功能和使用方法。,3.,数字电路的分析、设计方法。,4.,数字系统设计初步,六、本课程的研究内容,15,第,1,章 数制与码制,1.1,数制（计数体制）,设一个,R,进制的数,N,，该数制的三要素为：,数码：,0R-1,，指计数制中使用的基本数字符号,。,基数：,数码的进位制数,R,，也称为底数。进位规律：逢,R,进一，借,1,当,R,。例如十进制中,R,10,。,位权：,R,i,，数码在一个数中的位置不同，其大小就不同。,i,是数码所在的位置，称为数位。,16,数可以写成如下展开式（,n,位整数，,m,位小数）；,17,一、十进制（,Decimal,）,数码：,09,基数：,10,逢,10,进,1,，借,1,当,10,位权：,10,i,例如：,18,二、二进制（,Binary,）,数码：,0,、,1,，逢,2,进,1,，借,1,当,2,基数：,2,，逢,2,进,1,，借,1,当,2,位权：,2,i,例如：（,1011,）,=1,2,3,+12,1,+12,0,=,19,三、八进制（,Octal,）,数码：,07,，逢,8,进,1,，借,1,当,8,基数：,8,，逢,8,进,1,，借,1,当,8,位权：,8,i,（,567,）,=5,8,3,+68,1,+72,0,=,20,四、十六进制（,Hexadecimal,）,数码：,09,、,AF,（,1015,）,基数：,16,，逢,16,进,1,，借,1,当,16,位权：,16,i,例如：,4BE.2=4,16,2,+1116,1,+14 16,0,+216,-1,21,五、数制转换：,1.,非十进制,十,进制间,2,，,8,，,16,10,方法：按位权展开相加法,解：,(11.01),B,=,12,1,+12,0,+0 2,-1,+1 2,-2,例,1,：,(11.01),B,=(?),D,=(3.25),D,（,8AF,）,16,=8 16,2,+10 16,1,+15=,（,2223,）,10,22,2),十进制转换为非十进制,方法：基数乘除法（整数部分用除基数取余法；小数部分用乘基数取整法）,例,2,：,(57),D,=(?),B,例,3,：,(0.6875),D,=(?),B,23,例,2.,解：,57,2,28,2,14,2,7,2,3,2,1,2,0,余数,1,0,0,1,1,1,有效位,k,0,(,最低位,),k,5,(,最高位,),k,1,k,2,k,3,k,4,直到商为,0,为止。,所以：,(57),D,=(111001),B,24,例,3.,解：,0.6875,整数,2,1.3750,1,0.7500,0,1,2,1.5000,2,1.0000,1,2,有效位,k,-1,(,最高位,),k,-2,k,-3,k,-4,(,最低位,),直到小数部分为,0,或已达到精度要求为止。,所以：,(0.6875),D,=(0.1011),B,25,3),小数的精度及转换位数的确定,n,位,R,进制小数的精度,R,-n,例,1,：,(,0.12),10,的精度为,10,-2,例,2,：,(0.101),2,的精度为,2,-3,转换位数的确定,2,-n,0.1,，,解：设二进制数小数点后有,n,位小数，,则其精度为,2,-n,，由题意知：,例,3,：,(0.39),10,=(?),2,，要求精度达到,0.1,。,解得,n 10,。,所以,(0.39),10,=(0.0110001111),2,。,26,例,4,：（,0.4526,）,10,=(?),2,，要求转换后的精度不低于原精度。,解：原精度为,10,-4,，设转换后为,n,位小数，则,10,-4,2,-n,，解得：,n,(4lg10)/lg2=13.3,所以，,n,至少取,14,位。,（,0.4526,）,10,=(0.01110011110111),2,练习：（,0.875,）,10,=(?),2,，要求转换后的精度不低于原精度。,答案：（,0.875,）,10,=(0.1110000000),2,，至少取,10,位。,27,(2),二进制、八进制、十六进制间转换,特点：三种进制的基数都是,2,的正整数幂。,方法：直接转换。,例,1,：,(101011.1),2,=(?),8,=(?),16,解：,(101011.1),2,=(101,011,.1,00,),2,=(53.4),8,(101011.1),2,=(,00,10,1011,.1,000,),2,=(2B.8),16,28,转换方法,除二取余,/,乘二取整,除十六取余,/,乘十六取整,三位合一位、四位合一位,以小数点为界左右缺位补“,0”,数制转换,一位分三位、一位分四位,小结,29,作业,1.4,1.5,1.6,1.7,30,1.2,、码制（编码的制式）,数字系统只能识别,0,和,1,，怎样才能表示更多的数码、符号和字母呢？用编码可以解决此问题。,用一定位数的二进制数按照一定的规则来表示十进制数码、字母、符号等信息的过程称为,编码,。,这一定位数的二进制数就称为,代码或码字,。,31,三个术语,数制,：代表一个确切的数字，如二进制数，八进制数 等。,代码,：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。,编码,：,用一定位数的二进制数按照一定的规则来表示十进制数码、字母、符号等信息的过程称为,编码,。,数字系统中常用的编码有两类：,一类是二进制编码，,一类是二,十进制编码。,32,1.,二进制码,n,位码元,2,n,个代码,(1),自然二进制码,(2),格雷码,任意两个相邻码的码间距为,1,的一种代码,结构形式与二进制数完全相同，概念不一样,循环码：格雷码的一种，特点为首尾代码也只有一位对应码元不同。,循环码的构成规律：互补反射、镜像对称,33,1,位,0,2,位,1,0,1,0,0,1,1,1,0,3,位,00,01,11,10,0,0,0,0,1,1,1,1,10,11,01,00,34,代码,(,或数据,),在传输和处理过程中，有时会出现代码中的某一位由,0,错变成,1,，或,1,变成,0,。奇偶校验码由信息位和一位奇偶检验位两部分组成。,信息位：,是位数不限的任一种二进制代码。,检验位：,仅有一位，它可以放在信息位的前面，也可以放,在信息位的后面。,编码方式有两种：,使得一组代码中信息位和检验位中,“,1”,的个数之和为奇数，称为,奇校验,；,使得一组代码中信息位和检验位中,“,1”,的个数之和为偶数，称为,偶校验,。,(3),奇（偶）校验码,35,十进制数,8421BCD,奇,校验码,8421BCD,偶,校验码,信息位 校验位,信息位 校验位,0,0 0 0 0 1,0 0 0 0 0,1,0 0 0 1 0,0 0 0 1 1,2,0 0 1 0 0,0 0 1 0 1,3,0 0 1 1 1,0 0 1 1 0,4,0 1 0 0 0,0 1 0 0 1,5,0 1 0 1 1,0 1 0 1 0,6,0 1 1 0 1,0 1 1 0 0,7,0 1 1 1 0,0 1 1 1 1,8,1 0 0 0 0,1 0 0 0 1,9,1 0 0 1 1,1 0 0 1 0,8421BCD,奇偶校验码,36,信息,码,校验位,0000,0,0000,1,偶校验,奇校验,0000,0,0000,0,发送方,接收方,0001,0,0011,0,错,“,对”,检错结果,只能检出错一位码的情况,37,(1),引入,BCD,码的原因：,习惯用十进制，而数字系统只处理二进制,(2),分类,1),有权码：有固定位权,8421BCD,、,5421BCD,、,2421BCD,、,631-1BCD,2),无权码：无固定位权,余,3BCD,、余,3,循环,BCD,、格雷,BCD,、,8421,奇校,BCD,2.,二,十进制（,BCD,）码（,Binary Coded Decimal Codes,）,38,8421,码,0000,0001,0010,0011,1001,余,3,码,0011,0100,0101,0110,1100,循环码,0000,0001,0011,余,3,循环码,0010,0110,0111,0101,1010,0010,1101,1010,十进制数,0,1,2,3,9,12,39,(3),多位十进制数的表示,代码间应有间隔,例：,(380),10,=(?),8421BCD,解：,(380),10,=(0011 1000,0000,),8421BCD,(4),数制与,BCD,码间的转换,例,1,：,(0110 0010 0000),8421BCD,=,(620 ),10,例,2,：,(0001 0010),8421BCD,=(?),2,解：,(0001 0010),8421BCD,=,(12),10,=(1100),2,40,(5)8421 BCD,的加减法运算,1),加法运算,例,1,：,(0010),8421BCD,+(0011),8421BCD,=(?),8421BCD,0010,0011,0101,所以,(0010),8421BCD,+(0011),8421BCD,=(0101),8421BCD,41,例,2,：,(0001),8421BCD,+(1001),8421BCD,=(?),8421BCD,0001,1001,1010,0110,0001 0000,(0001),8421BCD,+(1001),8421BCD,=(,0001 0000,),8421BCD,所以,非法码,加,6,修正,42,例,3,：,(1000),8421BCD,+(1000),8421BCD,=(?),8421BCD,1000,1000,1 0000,0110,0001 0110,(1000),8421BCD,+(1000),8421BCD,=(,0001 0110,),8421BCD,所以,个位产生进位,加,6,修正,43,1,、相加后，得到有效码，则结果就是,8421BCD,码,2,、相加后若得到非法码，则加,6,（,0110,）修正。,3,、相加后若产生进位，则加,6,（,0110,）修正。,4,、加,6,修正后，若再出现非法码，则加,6,（,0110,）修正，若产生进位不需修正。,结论：,44,2),减法运算,例,1,：,(0110),8421BCD,(0001),8421BCD,=(?),8421BCD,0110,0001,0101,(0110),8421BCD,(0001),8421BCD,=(0101),8421BCD,所以,45,例,2,：,(0001 0000),8421BCD,(0101),8421BCD,=,(?),8421BCD,0001 0000,0101,0000 1011,0110,0000 0101,(0001 0000),8421BCD,(0101),8421BCD,=,(,0101,),8421BCD,个位产生借位,减,6,修正,46,结论：两个,8421BCD,码相减，若相减过程中，在,BCD,数位上出现了向高位的借位，则应对产生借位的代码进行“减,6(,即二进制数,0110),修正”。,