【學(xué)習(xí)課件】第一章數(shù)制與碼制

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 編輯課件數(shù)字電子技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用交通燈（計(jì)時(shí)和數(shù)碼顯示）交通綠燈亮30秒后，轉(zhuǎn)黃燈亮3秒再轉(zhuǎn)紅燈亮30秒，再進(jìn)行下一個(gè)周期循環(huán)，每一個(gè)時(shí)刻保證只有一盞燈亮。人行道狀況當(dāng)交通燈紅燈亮?xí)r，人行道綠燈亮，并且顯示人可以通過(guò)余下來(lái)的時(shí)間。人行道綠燈亮25秒后發(fā)出蜂鳴聲3秒后停止。人行道綠燈亮28秒后轉(zhuǎn)人行道紅燈亮。數(shù)字電子技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用防盜報(bào)警器（報(bào)警和密碼鎖）開鎖密碼由設(shè)計(jì)者確定。要求設(shè)置三位密碼且鎖內(nèi)給定的密碼是可調(diào)的。使用10個(gè)按鍵表示09十個(gè)數(shù)字。連續(xù)輸入三個(gè)數(shù)字，當(dāng)輸入代碼同鎖內(nèi)給定的密碼一致，開鎖指示燈LT亮表示開鎖。密碼連續(xù)輸入三次錯(cuò)誤進(jìn)行報(bào)警數(shù)字電子技術(shù)

2、基礎(chǔ)的核心內(nèi)容一維時(shí)間現(xiàn)實(shí)世界三維空間一維時(shí)間現(xiàn)實(shí)世界三維空間數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的核心內(nèi)容一維時(shí)間現(xiàn)實(shí)世界三維空間邏輯代數(shù)數(shù)制與碼制振蕩器計(jì)數(shù)器門電路組合邏輯組合邏輯觸發(fā)器數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的核心內(nèi)容三維空間現(xiàn)實(shí)世界一維時(shí)間振蕩器計(jì)數(shù)器觸發(fā)器門電路邏輯代數(shù)數(shù)制與碼制組合邏輯組合邏輯存儲(chǔ)器門電路組合邏輯數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的核心內(nèi)容現(xiàn)實(shí)世界一維時(shí)間振蕩器計(jì)數(shù)器觸發(fā)器門電路邏輯代數(shù)數(shù)制與碼制組合邏輯組合邏輯三維空間存儲(chǔ)器門電路組合邏輯本課程任務(wù)掌握數(shù)字電路和邏輯設(shè)計(jì)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。熟悉常用的集成數(shù)字器件的主要特性和典型使用。熟練掌握組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法。本門課講授

3、的特點(diǎn)密切結(jié)合實(shí)際生活中的例子，以完成幾個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例為目的來(lái)講授所要學(xué)習(xí)內(nèi)容。以核心內(nèi)容為主線，講透基礎(chǔ)點(diǎn)。注重分析和設(shè)計(jì)電路的思考過(guò)程和步驟。本門課學(xué)習(xí)的方法反復(fù)練習(xí)，熟練掌握邏輯代數(shù)公式。按照分析電路的思路和步驟，一步一步剖析電路，分析其功能。擴(kuò)展思維設(shè)計(jì)電路，找到最佳設(shè)計(jì)方案。利用仿真軟件（如Proteus）進(jìn)行學(xué)習(xí)。本課程要求授課為36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課18學(xué)時(shí)，一共54學(xué)時(shí)。期末總評(píng)成績(jī)?yōu)椋浩谀┛荚嚦煽?jī)（筆試，70%）平時(shí)成績(jī)（實(shí)驗(yàn)、作業(yè)及考勤，30%）加油啦！第一章 數(shù)制與碼制概述1幾種常用的數(shù)制2常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換3 二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算4幾種常用編碼5思 考 題1使用數(shù)字電路有什么好處2為什么要

4、采用二進(jìn)制進(jìn)行運(yùn)算3為什么要引入“補(bǔ)碼”這一概念數(shù)字技術(shù)的發(fā)展過(guò)程數(shù)字技術(shù)產(chǎn)生：20世紀(jì)30年代在通訊技術(shù)（電報(bào)、電話）首先引入二進(jìn)制的信息存儲(chǔ)技術(shù)。在1847年由英國(guó)科學(xué)家喬治.布爾(George Boole)創(chuàng)立布爾代數(shù)，并在電子電路中得到應(yīng)用，形成開關(guān)代數(shù)，并有一套完整的數(shù)字邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展過(guò)程第一階段第二階段第三階段第四階段第五階段數(shù)字技術(shù)的發(fā)展過(guò)程數(shù)字技術(shù)是一門應(yīng)用學(xué)科，它的發(fā)展可分為5個(gè)階段第一階段：20世紀(jì)40年代電子計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用，此時(shí)以電子管（真空管）作為基本器件。另外在電話交換和數(shù)字通訊方面也有應(yīng)用電子管（真空管）數(shù)字技術(shù)的發(fā)展過(guò)程第二階段：20世紀(jì)

5、60年代晶體管的出現(xiàn)，使得數(shù)字技術(shù)有一個(gè)飛躍發(fā)展，除了計(jì)算機(jī)、通訊領(lǐng)域應(yīng)用外，在其它如測(cè)量領(lǐng)域得到應(yīng)用晶體管圖片數(shù)字技術(shù)的發(fā)展過(guò)程第三階段：20世紀(jì)70年代中期集成電路的出現(xiàn)，使得數(shù)字技術(shù)有了更廣泛的應(yīng)用，在各行各業(yè)醫(yī)療、雷達(dá)、衛(wèi)星等領(lǐng)域都得到應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展過(guò)程第四階段：20世紀(jì)70年代中期到80年代中期，微電子技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)字技術(shù)得到迅猛的發(fā)展，產(chǎn)生了大規(guī)模和超大規(guī)模的集成數(shù)字芯片，應(yīng)用在各行各業(yè)和我們的日常生活數(shù)字技術(shù)的發(fā)展過(guò)程第五階段：20世紀(jì)80年代中期以后，產(chǎn)生一些專用和通用的集成芯片，以及一些可編程的數(shù)字芯片，并且制作技術(shù)日益成熟，使得數(shù)字電路的設(shè)計(jì)模塊化和可編程的特點(diǎn)，提

6、高了設(shè)備的性能、適用性，并降低成本，這是數(shù)字電路今后發(fā)展的趨勢(shì)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)是表示模擬量的信號(hào)，模擬量是在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的的物理量。數(shù)字信號(hào)是表示數(shù)字量的信號(hào)，數(shù)字量是在時(shí)間和數(shù)值上都是離散的。實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸和處理的電路稱為數(shù)字電路。數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)可以相互轉(zhuǎn)換。（A/D與D/A）數(shù)字電路的優(yōu)勢(shì)抗干擾能力強(qiáng)易于實(shí)現(xiàn)集成化便于進(jìn)行各種數(shù)字信號(hào)處理便于把文字、圖像、語(yǔ)音等各種形式的信息統(tǒng)一處理。幾種常用的數(shù)制 數(shù)制也叫記數(shù)法，是人們用一組規(guī)定的符號(hào)和規(guī)則來(lái)表示數(shù)的方法。常用的數(shù)制有：二進(jìn)制，十進(jìn)制，八進(jìn)制，十六進(jìn)制二進(jìn)數(shù)101.11的含義是: 122+021 +12

7、0+12-1 +12-2=5.75 數(shù)字處于不同位置時(shí),它所代表的數(shù)值是不同的,它的數(shù)值等于該數(shù)字乘以一個(gè)與數(shù)碼所在位有關(guān)的常數(shù)(如22、2-1等),這個(gè)常數(shù)稱為該位上的權(quán)。 二進(jìn)制數(shù)的基數(shù)為2。二進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn):有二個(gè)數(shù)碼：，逢二進(jìn)一基數(shù)和位權(quán)求和法則 10求積法則幾種常用的數(shù)制十進(jìn)數(shù)101.11的含義是: 1102+0101 +1100+110-1 +110-2=101.11十進(jìn)制數(shù)的基數(shù)為10。十進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn):有十個(gè)數(shù)碼：， ， ，9逢十進(jìn)一基數(shù)為10幾種常用的數(shù)制八進(jìn)制數(shù)4276.53的含義是：483+282+781+680+58-1 +38-2=2182.67八進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn):有八個(gè)數(shù)碼

8、：， ， ，7逢八進(jìn)一基數(shù)為8幾種常用的數(shù)制十六進(jìn)制數(shù)32CF.4B的含義是:3163+2162+C161+F160+416-1+B16-2=3163+2162+12161+15160+416-1+1116-2十六進(jìn)制數(shù)的特點(diǎn):有十六個(gè)數(shù)碼：0、1 ， 9，A， B， C， D， E， F 10 11 12 13 14 15逢十六進(jìn)一基數(shù)為16幾種常用的數(shù)制N進(jìn)制數(shù)D可展開成一個(gè)多項(xiàng)式 :幾種常用的數(shù)制幾種常用的數(shù)制常用數(shù)制的書寫規(guī)則（1）字母后綴二進(jìn)制數(shù)用B（Binary）表示。八進(jìn)制數(shù)用O（Octonary）表示，字母O常用Q代替。十進(jìn)制數(shù)用D（Decimal）表示。D一般可以省略。十六進(jìn)

9、制數(shù)用H（Hexadecimal）表示。例如， 10011B、237Q、8079和45ABFH分別表示二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制。（2）括號(hào)外面加下標(biāo)例如，（10011）2、（237）8、（8079）10和（45ABF）16分別表示二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制。常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(1)把非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)為十進(jìn)制方法:按權(quán)展開并求和例： (10010.011)2(10010.011)2=124+023+022+121+02-1 +12-2+12-3=(18.38)10（22.3）8 （22.3）8 =281280 38-1=（18.38 )10（12

10、.6 )16（12.6 )16=11612160 616-1=(18.38)10常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成 r進(jìn)制整數(shù)部分：除以 r取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從下到上排列,首次取得的余數(shù)排在最右.小數(shù)部分：乘以r取整數(shù)，直到小數(shù)部分為0或達(dá)到要求的精度為止，整數(shù)從上到下排列, 首次取得的整數(shù)排在最左.常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成 r進(jìn)制(100.345)10=(1100100.01011)2100250225212262321000100110.3451.38020.69022 0.760 2 1.520 2 1.04最低 最高最高最低常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成 r進(jìn)制(1

11、00)10= (144)8= (64)16八進(jìn)制100812818044110016604616十六進(jìn)制常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(3)二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間相互轉(zhuǎn)換(64)16=0110 0100 6 4(144)8= 001 100 100 1 4 4一位八進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)三位二進(jìn)制數(shù)一位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)四位二進(jìn)制數(shù)常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換(3)二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間相互轉(zhuǎn)換1 101 101 110.110 101= (1556.65 )81 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01= (36E.D4) 16 3 6 E D 4二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成八(十六)進(jìn)制) 整數(shù)部分：從右向左按三(四

12、)位進(jìn)行分組 小數(shù)部分：從左向右按三(四)位進(jìn)行分組 不足補(bǔ)零常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換下列各數(shù)中，最大的一個(gè)數(shù)是 A. (11011001)2 B. (75)10 C. (37)8 D. (A7)16A思考題二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算數(shù)字電路中普遍采用二進(jìn)制算數(shù)運(yùn)算采用二進(jìn)制，原因： 可行性：二進(jìn)制數(shù)只有、兩種狀態(tài)，電子器件在技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)。 可靠性：數(shù)字的傳輸和處理不容易出錯(cuò)。 邏輯性：、兩個(gè)數(shù)碼分別代表邏輯運(yùn)算中的“假”和“真” 簡(jiǎn)易性：運(yùn)算法則簡(jiǎn)單。 二進(jìn)制數(shù)的正負(fù)數(shù)值的表述是在二進(jìn)制數(shù)碼前加一位符號(hào)位，用“0”表示正數(shù)，用“1”表示負(fù)數(shù)，這種帶符號(hào)位的二進(jìn)制數(shù)碼稱為

13、原碼。一、原碼：反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算如 (+89 )原 = （0 1011001）(- 89 )原 = （1 1011001） 反碼是為了在求補(bǔ)碼時(shí)不做減法運(yùn)算。二進(jìn)制的反碼求法是：正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的原碼除了符號(hào)位外的數(shù)值部分按位取反，即“1”改為“0”，“0”改為“1”。二、反碼：反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算如 (+89 )原 = （0 1011001） (+89 )反 = （0 1011001） (- 89 )原 = （1 1011001） (- 89 )反 = （1 0100110）注：0的反碼有兩種表示，0的反碼為0 000，0的反碼為1 111三、補(bǔ)碼：1.模（模數(shù)）的概念： 把一

14、個(gè)事物的循環(huán)周期的長(zhǎng)度，叫做這個(gè)事件的?；蚰?shù)。在將補(bǔ)碼之前先介紹模（或模數(shù)）的概念反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算如一年365天，其模數(shù)為365；鐘表是以12為一循環(huán)計(jì)數(shù)的，故模數(shù)為12。十進(jìn)制計(jì)數(shù)就是10個(gè)數(shù)碼09的循環(huán)，故模為10。以表為例來(lái)介紹補(bǔ)碼運(yùn)算的原理： 當(dāng)在5點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)表停在10點(diǎn)，若想撥回有兩種方法：a.逆時(shí)針撥5個(gè)格，即1055，這是做減法。b.順時(shí)針撥七個(gè)格，即10717，由于模是12，故17125，這是做加法。反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算2.補(bǔ)碼的表示 正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是符號(hào)位為“1”，數(shù)值位按位取反加“1”，即“反碼加1”例如：反碼0 1111 000補(bǔ)碼0 1111 00

15、1反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算 由此可見107和105的效果是一樣的，而5712，將故7稱為5的補(bǔ)數(shù)，即補(bǔ)碼，也可以說(shuō)減法可以由補(bǔ)碼的加法來(lái)代替原碼（+7）0 1111 111（- 7）反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算引用補(bǔ)碼的意義： 采用補(bǔ)碼后，可以方便地將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算，而乘法和除法通過(guò)移位和相加也可實(shí)現(xiàn)，這樣可以使運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。用二進(jìn)制補(bǔ)碼計(jì)算 ：7528 、7528 、 7528、 7528 （75）D（01001011）B （28）D（00011100）B （75）D（11001011）B （28）D（10011100）B 原碼7 52 81 0 30 10010110 0011100

16、0 1100111（75）D（10110101） B ; （28）D（11100100） B ;解：先求兩個(gè)數(shù)的二進(jìn)制原碼和補(bǔ)碼（用8位代碼）補(bǔ)碼反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算7 52 8 4 70 10010111 1100100 1 0 0101111 7 52 810 31 01101011 11001001 1 0011001溢出 7 52 8 4 71 01101010 0011100 1 1010001溢出反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算補(bǔ)碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼幾種常用編碼數(shù)碼：代表一個(gè)確切的數(shù)字，如二進(jìn)制數(shù)，八進(jìn)制數(shù)等。編碼：n 位二進(jìn)制數(shù)可以組合成2n 個(gè)不同的信息，給每個(gè)信息規(guī)定一個(gè)具體碼組，這種過(guò)程叫編

17、碼。 十進(jìn)制代碼幾種常用的十進(jìn)制代碼十進(jìn)制數(shù)8421碼（BCD碼）余3碼2421碼5211碼余3循環(huán)碼000000011000000000010100010100000100010110200100101001001000111300110110001101010101401000111010001110100501011000101110001100601101001110010011101701111010110111001111810001011111011011110910011100111111111010格雷碼特點(diǎn)：1.每一位的狀態(tài)變化都按一定的順序循環(huán)。 2.編碼順序依次變化，按表中順序變化時(shí)，相鄰代碼只有一位改變狀態(tài)。應(yīng)用：減少過(guò)渡噪聲編碼順序二進(jìn)制格雷碼編碼順序二進(jìn)制碼格雷碼0000