數(shù)字電子技術基礎課件第一章

1、21世紀高職高專電子信息類實用規(guī)劃教材數(shù)字電子技術基礎數(shù)字電子技術基礎 海波 主編胡靜 魚敏英 副主編清華大學出版社第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎1.1 1.1 數(shù)字電子技術和模擬電子技術的區(qū)別數(shù)字電子技術和模擬電子技術的區(qū)別1.1.1 數(shù)字信號和模擬信號 自然界中的電信號可以分為兩大類，即模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是指在時間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的信號。如圖1.1(a)所示。數(shù)字信號是指在時間和數(shù)值上都是離散的信號，如隨時間不連續(xù)的、斷續(xù)變化的電流、電壓或電磁波，這種信號又稱“離散”信號，如圖1.1(b)所示。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎 教學目標 了解數(shù)字信號與模擬信

2、號的區(qū)別； 理解數(shù)字系統(tǒng)中信息的分類； 熟練掌握常用的數(shù)制形式及轉(zhuǎn)換； 掌握編碼的種類及方法； 熟練掌握機器數(shù)的原碼、反碼、補碼表示方法。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎(a) 模擬信號 (b) 數(shù)字信號 圖1.1 模擬信號與數(shù)字信號第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎 數(shù)字信號是表示數(shù)字量的信號，在兩個穩(wěn)定狀態(tài)之間作階躍式變化的信號，有電位型和脈沖型兩種表示形式。用高低不同的電位信號表示“1”和“0”是電位型表示法；用有無脈沖表示“1”和“0”是脈沖型表示法。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎1.1.2 1.1.2 數(shù)字電路數(shù)字電路 一般而言，用于處理模擬信號的電子電路，稱

3、為模擬電路。而用于處理數(shù)字信號的電子電路，則稱為數(shù)字電路。數(shù)字電路主要研究數(shù)字信號的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳送、存儲、計數(shù)、運算等，使用越來越廣泛。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎數(shù)字電路與模擬電路相比有以下優(yōu)點：(1) 電路結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，便于集成和系列化產(chǎn)生，成本低廉，使用方便。(2) 由數(shù)字電路組成的數(shù)字系統(tǒng)，工作準確可靠，精度高。(3) 不僅能完成數(shù)值運算，還可以進行邏輯運算和邏輯判斷，因此，數(shù)字電路又稱為數(shù)字邏輯電路，主要用于控制系統(tǒng)中。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎1. 1. 數(shù)字電路的特點數(shù)字電路的特點數(shù)字電路的特點如下：(1) 數(shù)字電路均采用二進制數(shù)來傳輸和處理數(shù)字

4、信號。(2) 在數(shù)字電路中，用“1”表示高電平，用“0”表示低電平。(3) 數(shù)字電路研究的是輸出信號的狀態(tài)與輸入信號的狀態(tài)之間的對應關系。(4) 結(jié)構(gòu)簡單，便于集成，功能強大，使用方便。(5) 易于存儲、加密、壓縮、傳輸和再現(xiàn)。(6) 抗干擾性強，可靠性高，穩(wěn)定性好。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎2. 2. 數(shù)字電路的分類數(shù)字電路的分類1) 按集成度劃分 按集成度來劃分，數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模等各種集成電路。2) 按制作工藝劃分 按制作工藝來劃分，數(shù)字電路可分為雙極型(ttl型)電路和單極型(mos型)電路。雙極型電路開關速度快，頻率高，工作可靠，應用廣泛

5、。單極型電路功耗小，工藝簡單，集成度高，易于大規(guī)模集成生產(chǎn)。3) 按邏輯功能劃分 按邏輯功能來劃分，數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。組合邏輯電路的輸出信號的狀態(tài)只與當時輸入信號狀態(tài)的組合有關，而與電路前一時刻的輸出信號狀態(tài)無關，時序邏輯電路具有記憶功能，其輸出信號的狀態(tài)不僅與當時的輸入信號狀態(tài)的組合有關，而且與電路前一時刻輸出信號的狀態(tài)有關。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎1.1.3 1.1.3 數(shù)字電子技術課程的學習方法數(shù)字電子技術課程的學習方法學生在學習過程中應注意以下幾點。1. 1. 注意理解注意理解 理解是學習理工科知識的基礎，在數(shù)字電子技術課程的學習過程中，學生一定

6、要注意掌握基本概念、原理及分析、設計方法，這樣才能對實際的數(shù)字電路進行分析，對實際的問題進行數(shù)字電路的設計。2. 2. 注重器件的外特性注重器件的外特性 對于數(shù)字電路中種類繁多的集成電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過程理解起來很復雜，學生在學習時應將理解的重點放在器件的外特性和使用方法上，并能熟練地運用這些器件進行邏輯電路的設計。3. 3. 注重實踐注重實踐 在學習中，要求學生一定要重視實踐環(huán)節(jié)，將每章安排的課題與實訓內(nèi)容通過實踐認真完成。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎 1.2 1.2 數(shù)制與碼制數(shù)制與碼制1.2.1 1.2.1 常用數(shù)制常用數(shù)制 在數(shù)字電路中，數(shù)字量的計算方法就是數(shù)制。常用的

7、數(shù)制有二進制、八進制、十進制和十六進制。在生產(chǎn)實踐中，人們習慣用十進制計數(shù)；而在數(shù)字電路中，應用最廣泛的數(shù)制是二進制和十六進制。下面一一進行介紹。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎1. 二進制數(shù)二進制數(shù)的基數(shù)是2，采用兩個基本數(shù)碼0和1。計數(shù)規(guī)律是“逢二進一”。任何一個二進制數(shù)都可以表示成以基數(shù)2為底的冪的求和式，各位權(quán)為20, 21, 22, 。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎【例【例1-11-1】將二進制數(shù)111010按權(quán)展開。解解: : (111010)2=125+124+123+022+121+020 二進制數(shù)的表示方法可擴展到小數(shù)，小數(shù)點后的權(quán)值是以基數(shù)2為底的負次冪。

8、例如，二進制數(shù)1.11011按權(quán)展開：(1.11011)2=120+12-1+12-2+02-3+12-4+12-5。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎二進制數(shù)表示的優(yōu)點如下：二進制數(shù)表示的優(yōu)點如下：(1) 二進制數(shù)只有0和1兩個數(shù)字，很容易用電路元件的狀態(tài)來表示，如二極管的通和斷、三極管的飽和及截止、繼電器的接通和斷開，這些都可以將其中的一個狀態(tài)定義為0，另一個狀態(tài)定義為1來表示二進制數(shù)。(2) 二進制運算規(guī)則與十進制運算規(guī)則相似，但要簡單得多。如兩個一位十進制數(shù)相乘用“九九乘法”才能實現(xiàn)，而兩個一位二進制數(shù)相乘只有00=0；01=0；10=0；11=1這4種組合，用電路來實現(xiàn)更方便。

9、第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎2. 八進制數(shù) 八進制數(shù)的基數(shù)是8，采用8個數(shù)碼07。計數(shù)規(guī)律是“逢八進一”。八進制數(shù)各位的位權(quán)為80, 81, 82, ?！纠纠?-21-2】將八進制數(shù)326.2按權(quán)展開。解：解：(326.2)8=382+281+680+28-1第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎3. 十六進制數(shù) 十六進制數(shù)的基數(shù)是16。采用16個數(shù)碼09、a、b、c、d、e、f。其中af分別表示1015。計數(shù)規(guī)律是“逢十六進一”。十六進制數(shù)各位的位權(quán)為160, 161, 162, 。 十六進制數(shù)的表示法也可擴展到小數(shù)，小數(shù)點后的權(quán)值是以基數(shù)16為底的負次冪。例如，十六進制數(shù)5

10、.a5按權(quán)展開：(5.a5)16=5160+1016-1+516-2=5.64453125。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎【例【例1-31-3】將十六進制數(shù)8a.3按權(quán)展開。解：解：(8a.3)16=8161+10160+316-1第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎1.2.2 1.2.2 不同進制數(shù)的轉(zhuǎn)換不同進制數(shù)的轉(zhuǎn)換1. 十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制、八進制和十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：(1) 十進制數(shù)除以基數(shù)(直到商為0為止)。(2) 取余數(shù)倒讀。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎【例【例1-41-4】將十進制數(shù)47轉(zhuǎn)換為二進制、八進制和十六進制數(shù)。解：解：(47)10=(1011

11、11)2=(57)8=(2f)16。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎【例【例1-51-5】將十進制數(shù)0.734375轉(zhuǎn)換為二進制和八進制數(shù)。解：解：(1)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。首先用0.7343752=1.46875 (積的整數(shù)部分為1，積的小數(shù)部分為0.46875)然后用0.468752=0.9375 (積的整數(shù)部分為0，積的小數(shù)部分為0.9375)繼續(xù)用0.93752=1.875 (積的整數(shù)部分為1，積的小數(shù)部分為0.875)繼續(xù)用0.8752=1.75 (積的整數(shù)部分為1，積的小數(shù)部分為0.75)繼續(xù)用0.752=1.5 (積的整數(shù)部分為1，積的小數(shù)部分為0.5)繼續(xù)用0.52=1 (

12、積的整數(shù)部分為1，積的小數(shù)部分為0)由于此時積的小數(shù)部分為0，運算結(jié)束。將運算得到的整數(shù)部分按照順序排列得二進制形式為：0.101111。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎(2) 轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)。首先用0.7343758=5.875 (積的整數(shù)部分為5，積的小數(shù)部分為0.875)然后用0.8758=7.0 (積的整數(shù)部分為7，積的小數(shù)部分為0) 由于此時積的小數(shù)部分為0，運算結(jié)束。將運算得到的整數(shù)部分按照順序排列得八進制形式為：0.57。注意：如果轉(zhuǎn)換中乘積運算后小數(shù)部分不能為0，這時一般會要求近似到某位，按照要求取近似值即可。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎3. 二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為

13、八進制和十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：(1) 將二進制數(shù)從右往左每3位為一組(八進制)、或每4位為一組(十六進制)。(2) 不夠添0。(3) 每組按二進制數(shù)轉(zhuǎn)換。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎【例【例1-71-7】將二進制數(shù)101011轉(zhuǎn)換為八進制和十六進制數(shù)。解：解：具體做法如下： (101011)2=(53)8=(2b)16第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎4. 八進制和十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：將每位八進制數(shù)轉(zhuǎn)換為3位二進制數(shù)碼，同理將每位十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為4位二進制數(shù)碼。【例【例1-81-8】將八進制數(shù)76轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)。【例【例1-91-9】將十六進制數(shù)17.36轉(zhuǎn)換為二

14、進制數(shù)。解：解：(76)8=(111 110)2解：解：(17.36)16=(0001 0111.0011 0110)2=(10111.0011011)2第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎1.2.3 1.2.3 代碼代碼 在數(shù)字系統(tǒng)中，常將有特定意義的信息(如數(shù)字、文字、符號)用一定的二進制代碼來表示。1. bcd1. bcd碼碼 二-十進制碼(簡稱bcd碼)，指的是用4位二進制數(shù)來表示一位十進制數(shù)09。bcd代碼常用的表示法有8421bcd碼、5421bcd碼、余3 bcd碼等。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎【例【例1-101-10】將十進制數(shù)173轉(zhuǎn)換成3位8421bcd碼

15、?！纠纠?-111-11】將3位8421bcd碼1001 0111 1000轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。解：解：將173中各位數(shù)分別轉(zhuǎn)化成8421bcd碼，然后按高位到低位依次由左到右排列，得(0001 0111 0011)8421bcd。解：解：將(1001 0111 1000)8421bcd中二進制形式的代碼，由左至右每4位分成一組，得1001、0111、1000，然后按組將它們化成十進制數(shù)9、7、8，再由高到低排列得(978)10。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎按選取方式的不同，可以得到如表1.1所示常用的幾種bcd編碼。 表1.1 常用的幾種bcd編碼第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏

16、輯基礎2. 2. 數(shù)的原碼、反碼和補碼數(shù)的原碼、反碼和補碼 在實際中，數(shù)有正有負，在計算機中人們主要采用兩種方法來表示數(shù)的正負。第一種方法是舍去符號，所有的數(shù)字均采用無符號數(shù)來表示。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎1) 1) 原碼原碼 最高位符號位用0表示正數(shù)，用1表示負數(shù)，其余位用二進制數(shù)表示大小，這就是有符號數(shù)的原碼形式。例如，用原碼表示+74和-31(用8位二進制數(shù))。首先寫出74和31兩個數(shù)的二進制表示形式，即第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎2) 2) 反碼反碼 規(guī)定：正數(shù)的反碼與原碼形式相同；負數(shù)的反碼符號位不變(為1)，其余位逐位求反可得。例如，用反碼表示+74和-31兩個數(shù)字(用8位二進制數(shù))。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎因為正數(shù)的反碼和原碼是一樣的，即第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎【例【例1-13】設 ， ，求 和 的值。解：解：因為 ，所以 x反碼y反碼7x真值9y 真值7x真值9y 真值00111x反碼10110y反碼第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎3) 3) 補碼補碼 規(guī)定：正數(shù)的補碼與反碼形式相同；負數(shù)的補碼是在反碼的末位加1而得。第一章：數(shù)字邏輯基礎第一章：數(shù)字邏輯基礎【例【例1-1