數(shù)字電路PPT第一章基礎知識.ppt

1 數(shù)字電路 信科111 112 2 成績計算 平時成績30 作業(yè) 寫明班級 學號 姓名 考勤期末考試成績70 3 參考書目 秦曾煌主編 電工學 第六版下冊 高等教育出版社康華光主編 電子技術基礎 數(shù)字部分第五版 高等教育出版社Digitalfundamentals NinthEdition 數(shù)字電子技術 第9版 英文改編版 國外電子與通信教材系列 美 ThomasL Floyd著余璆改編 1 4 第一章數(shù)制和碼制 數(shù)字電路 1 5 什么是電子技術 是研究電子器件及電子器件應用的一門學科 通過控制器件中電子的運動而進行工作 1 6 數(shù)字技術的發(fā)展及其應用 電子技術是20世紀發(fā)展最迅速 應用最廣泛的技術 以電子器件發(fā)展為基礎20世紀初 中葉電子管1947年貝爾實驗室制成第一只晶體管58年模擬和數(shù)字集成電路69年大規(guī)模集成電路75年超大規(guī)模集成電路 1 7 1 8 數(shù)字技術的發(fā)展及其應用 第一片集成電路只有4個晶體管 而97年一片集成電路上有40億個晶體管 科學家預測集成度按翻番 18月的速度還將繼續(xù)到2015或2020年 將達到飽和 2010年澳大利亞科學家展示了世界上最小的晶體管 其規(guī)格僅有七個原子組成 大小為一米的40億分之一 嵌于單晶硅上 這一發(fā)明將會使微型處理器尺寸大幅減小 會給計算速度帶來革命性變化 1 9 典型代表 電子計算機 電子管 晶體管 集成電路 大規(guī)模集成電路 人工智能計算機 生物計算機 1 10 應用舉例 照相機 交通燈控制系統(tǒng) 自動售票機 1 11 1 1 1數(shù)字信號和模擬信號 電子電路中的信號 模擬信號 數(shù)字信號 隨時間連續(xù)變化的信號 時間和幅度都是離散的 1 1數(shù)字電路的基礎知識 1 12 模擬信號 u 正弦波信號 鋸齒波信號 u 1 13 1 14 研究模擬信號時 我們注重電路輸入 輸出信號間的大小 相位關系 相應的電子電路就是模擬電路 包括交直流放大器 濾波器 信號發(fā)生器等 在模擬電路中 晶體管一般工作在放大狀態(tài) 1 15 數(shù)字信號 數(shù)字信號 產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計 數(shù)字表盤的讀數(shù) 數(shù)字電路信號 1 16 產(chǎn)品自動裝箱計數(shù)生產(chǎn)線 1 17 研究數(shù)字電路時注重電路輸出 輸入間的邏輯關系 因此不能采用模擬電路的分析方法 主要的分析工具是邏輯代數(shù) 電路的功能用真值表 邏輯表達式或波形圖表示 在數(shù)字電路中 三極管工作在開關狀態(tài)下 即工作在飽和狀態(tài)或截止狀態(tài) 1 18 1 1 2數(shù)制 1 十進制 以十為基數(shù)的記數(shù)體制 表示數(shù)的十個數(shù)碼 遵循逢十進一的規(guī)律 157 1 19 一個十進制數(shù)數(shù)N可以表示成 若在數(shù)字電路中采用十進制 必須要有十個電路狀態(tài)與十個記數(shù)碼相對應 這樣將在技術上帶來許多困難 而且很不經(jīng)濟 1 20 2 二進制 以二為基數(shù)的記數(shù)體制 表示數(shù)的兩個數(shù)碼 遵循逢二進一的規(guī)律 1001 B 9 D 1 21 優(yōu)缺點 用電路的兩個狀態(tài) 開關來表示二進制數(shù) 數(shù)碼的存儲和傳輸簡單 可靠 位數(shù)較多 使用不便 不合人們的習慣 輸入時將十進制轉換成二進制 運算結果輸出時再轉換成十進制數(shù) 1 22 3 十六進制和八進制 十六進制記數(shù)碼 4E6 H 4 162 14 161 6 160 1254 D 1 23 十六進制與二進制之間的轉換 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進制數(shù)對應一位16進制數(shù) 1 24 十六進制與二進制之間的轉換 10011100101101001000 B 從末位開始四位一組 10011100101101001000 B 9CB48 H 1 25 八進制與二進制之間的轉換 10011100101101001000 B 從末位開始三位一組 10011100101101001000 B 2345510 O 1 26 十進制與二進制之間的轉換 可以用二除十進制數(shù) 余數(shù)是二進制數(shù)的第0位 然后依次用二除所得的商 余數(shù)依次是K1 K2 轉換方法 4 十進制與二進制之間的轉換 1 27 整數(shù)部分轉換過程 25 D 11001 B 除2倒取余 1 28 小數(shù)部分轉換過程 乘2正取整 1 29 1 1 3二進制運算 1 二進制算術運算的特點算術運算 1 和十進制算數(shù)運算的規(guī)則相同2 逢二進一特點 加 減 乘 除全部可以用移位和相加這兩種操作實現(xiàn) 簡化了電路結構 所以數(shù)字電路中普遍采用二進制算術運算 1 30 2 反碼 補碼和補碼運算二進制數(shù)的正 負號也是用0 1表示的 在定點運算中 最高位為符號位 0為正 1為負 如 89 01011001 89 11011001 1 31 二進制數(shù)的補碼 最高位為符號位 0為正 1為負 正數(shù)的補碼 反碼和原碼相同負數(shù)的補碼 數(shù)值位逐位求反 即其反碼 1如 5 D 00101 B 5 補 11011 B通過補碼 將減一個數(shù)用加上該數(shù)的補碼來實現(xiàn) 1 32 10 5 510 7 12 5 舍棄進位 7 5 12產(chǎn)生進位的模7是5對模數(shù)12的補碼 1 33 1011 0111 0100 11 7 4 1011 1001 10100 0100 舍棄進位 11 9 16 4 0111 1001 160111是1001對模16的補碼 1 34 兩個補碼表示的二進制數(shù)相加時的符號位討論 例 用二進制補碼運算求出13 10 13 10 13 10 13 10 結論 將兩個加數(shù)的符號位和來自最高位數(shù)字位的進位相加 結果就是和的符號 解 1 35 1 1 4碼制 一 BCD代碼二 格雷碼三 字符編碼 1 36 四位二進制數(shù)最多可以有16種不同組合 不同的組合便形成了一種編碼 主要有 8421碼 5421碼 2421碼 余3碼等 用 位二進制數(shù)碼表示 位十進制數(shù)的 十個狀態(tài) 稱這些代碼為二 十進制代碼 即BCD代碼 BCD Binary Coded Decimal 1 BCD碼 1 37 在BCD碼中 十進制數(shù) N D與二進制編碼 K3K2K1K0 B的關系可以表示為 N D W3K3 W2K2 W1K1 W0K0 W3 W0為二進制各位的權重 所謂的8421碼 就是指各位的權重是8 4 2 1 1 38 二進制數(shù) 自然碼 8421碼 2421碼 5421碼 余三碼 1 39 BCD碼的存放 組合BCD碼與非組合BCD碼 上述編碼方式是針對 一位 十進制數(shù)字而言的 一個多位的十進制數(shù)與相應的8421BCD碼之間的轉換關系如下例所示 0011 0000 1001 0001 對應的8421BCD碼 組合BCD碼格式 每位十進制數(shù)字對應的BCD編碼以四個二進制位來存放 3091 10 0011000010010001 BCD 非組合BCD碼格式 每位十進制數(shù)字對應的BCD編碼以八個二進制位來存放其中低四位存放真正的BCD碼 高四位根據(jù)具體應用的不同定義為不同的值 如無特殊要求 高四位通常為全0 3091 10 00000011000000000000100100000001 BCD 注意 如無特別說明 本課程中的BCD碼一概指組合的8421BCD碼 這樣得到的BCD碼在存放或處理時有兩種格式 1 40 1 41 2 格雷碼 Gray 格雷碼的特點是 任意兩個相鄰碼組之間只有一位碼原不同 0和最大數(shù)之間也只有一位不同 因此格雷碼也稱為循環(huán)碼 這種編碼在形成和傳輸時不易出錯 最高位的0和1只改變一次 若以最高位的0和1的交界為軸 其他低位的代碼以此軸對稱 利用這一特點可以很容易地構成位數(shù)不同的格雷碼 格雷碼是一種無權碼 不易直接進行運算 但可以很容易地與二進制進行換算 格雷碼有許多形式 如余3循環(huán)碼等 1 42 一種典型的格雷碼 兩位格雷碼 00011110 000001011010110111101100 0000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000 三位格雷碼 四位格雷碼 00011110 10110100 01 10 100101111110010011001000 000001011010110111101100 1 43 1 44 3 字符代碼 數(shù)字系統(tǒng)處理 存儲及顯示的信息 包括數(shù)字 文字符號 字母和特殊符號等都必須用二進制數(shù)進行編碼 目前常用的是ASCII碼 美國標準信息交換碼 和Unicode碼 1 45 常用字符編碼 ASCII碼 ASCII碼即 美國國家標準信息交換碼 的英文縮寫 常用的有兩種 1 ASCII 7編碼用7位二進制編碼表示一個字符 共可表示128個不同的字符 通常使用時在最高位添0湊成8位二進制編碼 或根據(jù)實際情況將最高位用做校驗位 2 ASCII 8編碼用8位二進制編碼表示一個字符 共可表示256個不同的字符 本課程中不加聲明時都指ASCII 7碼 注意 ASCII 7編碼中0 9十個數(shù)字對應的編碼為30H 39H 該編碼實際就是一種非組合BCD碼 一般字符的ASCII碼表靠查表方式獲取 但除數(shù)字的ASCII外 最好也能記住以下對應關系 A F的ASCII碼為41H 46H a f的ASCII碼為61H 66H 1 46 常用字符編碼 Unicode碼 互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展 要求進行數(shù)據(jù)交換的需求越來越大 而且多種語言共存的文檔不斷增多 不同的編碼體系越來越成為信息交換的障礙 于是UNICODE應運而生 UNICODE的雙重含義 首先UNICODE是對國際標準ISO IEC10646編碼的一種稱謂 ISO IEC10646是一