數(shù)字電路PPT第一章基礎(chǔ)知識

1、1數(shù)字電路數(shù)字電路信科信科111、1122成績計算成績計算l平時成績平時成績 30%作業(yè)（寫明班級、學(xué)號、姓名）作業(yè)（寫明班級、學(xué)號、姓名）考勤考勤l期末考試成績期末考試成績70%3參考書目參考書目l秦曾煌主編，秦曾煌主編，電工學(xué)電工學(xué)第六版第六版 下冊，高等教育出下冊，高等教育出版社版社l康華光主編，康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分數(shù)字部分 第五版，第五版，高等教育出版社高等教育出版社ldigital fundamentals,ninth edition.數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)（第（第9版）（英文改編版）版）（英文改編版）國外電子與通信教材國外電子與通信教材系列系列, 美美 t

2、homas l.floyd著著 余璆改編余璆改編 （1-4）第一章第一章 數(shù)制和碼制數(shù)制和碼制數(shù)字電路數(shù)字電路（1-5）什么是電子技術(shù)什么是電子技術(shù) 是研究電子器件電子器件及電電子器件應(yīng)用子器件應(yīng)用的一門學(xué)科。通過控制器件中通過控制器件中電子電子的的運動而進行工作運動而進行工作（1-6）數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 電子技術(shù)是電子技術(shù)是20世紀發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的世紀發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。以技術(shù)。以電子器件電子器件發(fā)展為基礎(chǔ)發(fā)展為基礎(chǔ) 20世紀初世紀初中葉中葉 電子管電子管 1947年年 貝爾實驗室制成第一只晶體管貝爾實驗室制成第一只晶體管 58年年 模擬和數(shù)字集成

3、電路模擬和數(shù)字集成電路 69年年 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路 75年年 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路 （1-7）（1-8）數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用第一片集成電路只有第一片集成電路只有4個晶體管，而個晶體管，而97年一片集年一片集成電路上有成電路上有40億個晶體管。億個晶體管。科學(xué)家預(yù)測集成度按翻番科學(xué)家預(yù)測集成度按翻番/18月的速度還將繼續(xù)月的速度還將繼續(xù)到到2015或或2020年，將達到飽和。年，將達到飽和。2010年澳大利亞科學(xué)家展示了世界上最小的晶體年澳大利亞科學(xué)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，大小為一米的管，其規(guī)格僅有七個原子組成，大小為一

4、米的40億分之一，嵌于單晶硅上。這一發(fā)明將會使微型億分之一，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處理器尺寸大幅減小，會給計算速度帶來革命性變化。變化。（1-9）典型代表：電子計算機典型代表：電子計算機電子管電子管晶體管晶體管集成電路集成電路大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路人工智能計算機生物計算機（1-10）應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例照相機照相機交通燈控制系統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)自動售票機自動售票機（1-11）1.1.1 數(shù)字信號和模擬信號數(shù)字信號和模擬信號電子電路中的信號電子電路中的信號模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號隨時間連續(xù)變化的信號隨時間連續(xù)變化的信號時間和幅度都是離散

5、的時間和幅度都是離散的 1.1 數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識（1-12）模擬信號：模擬信號：tu正弦波信號正弦波信號t鋸齒波信號鋸齒波信號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(guān)系。輸入、輸出信號間的大小、相位關(guān)系。相應(yīng)的電子電路就是模擬電路，包括相應(yīng)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)生器交直流放大器、濾波器、信號發(fā)生器等。等。 在模擬電路中，晶體管一般工作在模擬電路中，晶體管一般工作在放大狀態(tài)。在放大狀態(tài)。（1-15）數(shù)字信號：數(shù)字信號：數(shù)字信號數(shù)字信號產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計。產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計。數(shù)字

6、表盤的讀數(shù)。數(shù)字表盤的讀數(shù)。數(shù)字電路信號：數(shù)字電路信號：tu（1-16）產(chǎn)品自動裝箱計數(shù)生產(chǎn)線產(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、輸研究數(shù)字電路時注重電路輸出、輸入間的邏輯關(guān)系，因此不能采用模入間的邏輯關(guān)系，因此不能采用模擬電路的分析方法。主要的分析工擬電路的分析方法。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。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(guān)在數(shù)字電路中，三極管工作在開關(guān)狀態(tài)下，即工作在飽和狀態(tài)或截止狀態(tài)下，即工作在飽和狀態(tài)或截止狀態(tài)。狀態(tài)。（1-18）1.1.2 數(shù)制數(shù)制（1）十進制

7、十進制： 以十為基數(shù)的記數(shù)體制以十為基數(shù)的記數(shù)體制表示數(shù)的十個數(shù)碼：表示數(shù)的十個數(shù)碼：遵循遵循逢十進一逢十進一的規(guī)律的規(guī)律157 =012107105101 （1-19）一個十進制數(shù)數(shù)一個十進制數(shù)數(shù) n可以表示成：可以表示成：iiidkn10)( 若在數(shù)字電路中采用十進制，必須若在數(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(yīng)。要有十個電路狀態(tài)與十個記數(shù)碼相對應(yīng)。這樣將在技術(shù)上帶來許多困難，而且很這樣將在技術(shù)上帶來許多困難，而且很不經(jīng)濟。不經(jīng)濟。（1-20）（2）二進制二進制： 以二為基數(shù)的記數(shù)體制以二為基數(shù)的記數(shù)體制表示數(shù)的兩個數(shù)碼：表示數(shù)的兩個數(shù)碼：遵循遵循逢二進一逢二進一的

8、規(guī)律的規(guī)律iiibkn2）（1001) b =012321202021 = ( 9 ) d（1-21）用電路的兩個狀態(tài)用電路的兩個狀態(tài)-開關(guān)來表示開關(guān)來表示二進制數(shù)，數(shù)碼的存儲和傳輸簡二進制數(shù)，數(shù)碼的存儲和傳輸簡單、可靠。單、可靠。位數(shù)較多，使用不便；不合人們位數(shù)較多，使用不便；不合人們的習慣，輸入時將十進制轉(zhuǎn)換成的習慣，輸入時將十進制轉(zhuǎn)換成二進制，運算結(jié)果輸出時再轉(zhuǎn)換二進制，運算結(jié)果輸出時再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。成十進制數(shù)。（1-22）（3）十六進制和八進制：十六進制和八進制：十六進制記數(shù)碼：十六進制記數(shù)碼：(4e6)h =4 162+14 161+6 160= ( 1254 ) d（1-23）十

9、六進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換：十六進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換：(0101 1001)b=0 27+1 26+0 25+1 24+1 23+0 22+0 21+1 20b=(0 23+1 22+0 21+1 20) 161+(1 23+0 22+0 21+1 20) 160b= ( 59 ) h每四位每四位2進進制數(shù)對應(yīng)制數(shù)對應(yīng)一位一位16進進制數(shù)制數(shù)（1-24）十六進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換：十六進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換：(10011100101101001000)b=從末位開始從末位開始 四位一組四位一組(1001 1100 1011 0100 1000)b =()h84bc9=( 9cb48 ) h（1

10、-25）八進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換：八進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換：(10011100101101001000)b=從末位開從末位開始三位一始三位一組組(10 011 100 101 101 001 000)b =()o01554=(2345510)o32（1-26）十進制與二進制十進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換，可以用之間的轉(zhuǎn)換，可以用二除十進制數(shù)，余數(shù)二除十進制數(shù)，余數(shù)是二進制數(shù)的第是二進制數(shù)的第0位，位，然后依次用二除所得然后依次用二除所得的商，余數(shù)依次是的商，余數(shù)依次是k1、k2、。（4）十進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換：十進制與二進制之間的轉(zhuǎn)換：（1-27）225 余余 1 k0122 余余 0 k162

11、余余 0 k232 余余 1 k312 余余 1 k40整數(shù)部分轉(zhuǎn)換過程：整數(shù)部分轉(zhuǎn)換過程：(25)d=(11001)b除除 2倒取余倒取余（1-28）小數(shù)部分轉(zhuǎn)換過程：小數(shù)部分轉(zhuǎn)換過程：432110001250000050000225000125001262500162501281250kkkk整數(shù)部分整數(shù)部分整數(shù)部分整數(shù)部分.2101101081250).().(故乘乘 2正取整正取整（1-29）1.1.3二進制運算二進制運算(1) 二進制算術(shù)運算的特點二進制算術(shù)運算的特點 算術(shù)運算：算術(shù)運算：1：和十進制算數(shù)運算的規(guī)則相同：和十進制算數(shù)運算的規(guī)則相同 2：逢二進一：逢二進一 特特 點：點

12、：加、減、乘、除加、減、乘、除 全部可以用全部可以用移移位位和和相相 加加這兩種操作實現(xiàn)。簡化了電路結(jié)構(gòu)這兩種操作實現(xiàn)。簡化了電路結(jié)構(gòu) 所以數(shù)字電路中普遍采用二進制算所以數(shù)字電路中普遍采用二進制算術(shù)運算術(shù)運算（1-30）(2)反碼、補碼和補碼運算反碼、補碼和補碼運算 二進制數(shù)的正、負號也是用二進制數(shù)的正、負號也是用0/1表示的。表示的。 在定點運算中，最高位為符號位在定點運算中，最高位為符號位 （0為正，為正，1為負為負）如如 +89 = （0 1011001） -89 = （1 1011001）（1-31）二進制數(shù)的二進制數(shù)的補碼：補碼： 最高位為最高位為符號位符號位（0為正，為正，1為負）

13、為負） 正數(shù)的補碼、反碼和原碼相同正數(shù)的補碼、反碼和原碼相同 負數(shù)的補碼負數(shù)的補碼 = 數(shù)值位逐位求反數(shù)值位逐位求反(即其即其反碼反碼) + 1如如 (+5)d=（0 0101）b (-5)補補=（1 1011）b通過補碼，將減一個數(shù)用加上該數(shù)的補碼來實通過補碼，將減一個數(shù)用加上該數(shù)的補碼來實現(xiàn)現(xiàn)（1-32）10 5 = 510 + 7 12= 5 （舍棄進位）（舍棄進位）7+5=12 產(chǎn)生進位的模產(chǎn)生進位的模7是是5對模數(shù)對模數(shù)12的補碼的補碼 （1-33） 1011 0111 = 0100 （11 - 7 = 4） 1011 + 1001 = 10100 =0100（舍棄進位）（舍棄進位）

14、 （11 + 916 = 4） 0111 + 1001 =16 0111是是1001對模對模16的補碼的補碼（1-34） 兩個補碼表示的二進制數(shù)相加時的符兩個補碼表示的二進制數(shù)相加時的符號位討論號位討論例：用二進制補碼運算求出例：用二進制補碼運算求出1310 、1310 、1310 、13100100111011011001112310131110110101001001113101300011010110101101031013101110010100011010231013結(jié)論：將兩個加數(shù)的符號位和來自最高位結(jié)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(jié)果就是和的符號數(shù)字位的進位

15、相加，結(jié)果就是和的符號 解：（1-35）1.1.4 碼碼 制制一、一、bcd代碼代碼二、格雷碼二、格雷碼三、字符編碼三、字符編碼 （1-36）四位二進制數(shù)最多可以有四位二進制數(shù)最多可以有16種不同組種不同組合，不同的組合便形成了一種編碼。主要合，不同的組合便形成了一種編碼。主要有：有： 8421碼、碼、 5421碼、碼、2421碼、余碼、余3碼等。碼等。用位二進制數(shù)碼表示位十進制數(shù)的用位二進制數(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十個狀態(tài)，稱這些代碼為二十進制代碼，即代碼，即bcd代碼。代碼。bcd-binary-coded-decimal1. bcd碼碼（1-37）在在bcd碼中

16、，十進制數(shù)碼中，十進制數(shù) (n)d 與二進制編碼與二進制編碼 (k3k2k1k0)b 的關(guān)的關(guān)系可以表示為：系可以表示為：(n)d= w3k3 +w2k2+w1k1+w0k0w3w0為二進制各位的權(quán)重為二進制各位的權(quán)重所謂的所謂的8421碼，就是指各位的權(quán)碼，就是指各位的權(quán)重是重是8, 4, 2, 1。（1-38）000000010010001101100111100010011010101111011110111101011100010001236789101113141551240123578964012356789403456782910123678549二進制數(shù)二進制數(shù)自然碼自然碼 8

17、421碼碼 2421碼碼 5421碼碼 余三碼余三碼（1-39）bcd碼的存放：組合碼的存放：組合bcd碼與非組合碼與非組合bcd碼碼上述編碼方式是針對上述編碼方式是針對 “一位一位” 十進制數(shù)字而言的，一個多位的十進制數(shù)與十進制數(shù)字而言的，一個多位的十進制數(shù)與相應(yīng)的相應(yīng)的8421bcd碼之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下例所示：碼之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下例所示：00110000100100013091十進制數(shù)：十進制數(shù)：對應(yīng)的對應(yīng)的8421bcd碼：碼： 組合組合bcd碼格式：每位十進制數(shù)字對應(yīng)的碼格式：每位十進制數(shù)字對應(yīng)的bcd編碼以編碼以四個四個二進制位來存放；二進制位來存放；（3091）10（0011 00

18、00 1001 0001）bcd 非組合非組合bcd碼格式：每位十進制數(shù)字對應(yīng)的碼格式：每位十進制數(shù)字對應(yīng)的bcd編碼以編碼以八個八個二進制位來存放二進制位來存放 其中低四位存放真正的其中低四位存放真正的bcd碼，高四位根據(jù)具體應(yīng)用的不同定義為不同的碼，高四位根據(jù)具體應(yīng)用的不同定義為不同的 值值 如無特殊要求，高四位通常為全如無特殊要求，高四位通常為全0； （3091）10（00000011 00000000 00001001 00000001）bcd注意：如無特別說明，本課程中的注意：如無特別說明，本課程中的bcd碼一概指組合的碼一概指組合的8421bcd碼。碼。這樣得到的這樣得到的bcd碼

19、在存放或處理時有兩種格式：碼在存放或處理時有兩種格式：（1-40）（1-41）2、格雷碼（、格雷碼（gray） 格雷碼的特點是：格雷碼的特點是：v 任意兩個相鄰碼組之間只有一位碼原不同（任意兩個相鄰碼組之間只有一位碼原不同（0和最大和最大數(shù)之間也只有一位不同），因此格雷碼也稱為循數(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；環(huán)碼；這種編碼在形成和傳輸時不易出錯；v 最高位的最高位的0和和1只改變一次。若以最高位的只改變一次。若以最高位的0和和1的交的交界為軸，其他低位的代碼以此軸對稱，利用這一界為軸，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(gòu)成位數(shù)不

20、同的格雷碼；特點可以很容易地構(gòu)成位數(shù)不同的格雷碼；v 格雷碼是一種無權(quán)碼，不易直接進行運算，但可以格雷碼是一種無權(quán)碼，不易直接進行運算，但可以很容易地與二進制進行換算；很容易地與二進制進行換算；v 格雷碼有許多形式，如余格雷碼有許多形式，如余3循環(huán)碼等；循環(huán)碼等；（1-42）一 種 典 型 的 格 雷 碼兩位格雷碼兩位格雷碼0 00 11 11 00 0 00 0 10 1 10 1 01 1 01 1 11 0 11 0 00 0 0 00 0 0 10 0 1 10 0 1 00 1 1 00 1 1 10 1 0 10 1 0 01 1 0 01 1 0 11 1 1 11 1 1 01

21、 0 1 01 0 1 11 0 0 11 0 0 0三位格雷碼三位格雷碼四位格雷碼四位格雷碼0 00 11 11 01 01 10 10 00110 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 00 0 00 0 10 1 10 1 01 1 01 1 11 0 11 0 0（1-43）（1-44）3、字符代碼、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)進行編字符號，字母和特殊符號等都必須用二進制數(shù)進行編碼。碼。 目前常用的是目前常用的是ascii碼

22、（美國標準信息交換碼）和碼（美國標準信息交換碼）和unicode碼碼。（1-45）常用字符編碼：常用字符編碼：ascii碼碼 ascii碼即碼即 “美國國家標準信息交換碼美國國家標準信息交換碼” 的英文縮寫，常用的有兩種的英文縮寫，常用的有兩種： （1）ascii-7 編碼用編碼用7 位二進制編碼表示一個字符，共可表示位二進制編碼表示一個字符，共可表示 128 個個不同的字符。通常使用時在最高位添不同的字符。通常使用時在最高位添 0 湊成湊成 8 位二進制編碼，位二進制編碼，或根據(jù)或根據(jù) 實際情況將最高位用做校驗位。實際情況將最高位用做校驗位。 （2）ascii-8 編碼用編碼用 8 位二進制編碼表示一個字符，共可表示位二進制編碼表示一個字符，共可表示 256 個個不同的字符。不同的字符。 本課程中不加聲明時都指本課程中不加聲明時都指 ascii-7 碼。注意：碼。注意： ascii-7 編碼中編碼中 09 十個數(shù)字對應(yīng)的編碼為十個數(shù)字對應(yīng)的編碼為 30h 39h，該編碼實，該編碼實際就是一種非組合際就是一種非組合bcd碼。碼