數(shù)字電路基礎(chǔ) 第一章 緒論ppt課件

1、緒論緒論 概述概述第第 1 章緒論章緒論數(shù)制與碼制數(shù)制與碼制本章小結(jié)本章小結(jié)緒論緒論主要要求：主要要求： 了解數(shù)字電路的特點和分類。了解數(shù)字電路的特點和分類。了解脈沖波形的主要參數(shù)。了解脈沖波形的主要參數(shù)。1.1概述概述緒論緒論模擬電路模擬電路電子電路分類電子電路分類數(shù)字電路數(shù)字電路 傳送、處置模擬傳送、處置模擬 信號的電子電路信號的電子電路 傳送、處置數(shù)字傳送、處置數(shù)字信號的電子電路信號的電子電路數(shù)字信號數(shù)字信號時間上和幅度上都時間上和幅度上都斷續(xù)變化的信號斷續(xù)變化的信號 模擬信號模擬信號時間上和幅度上都時間上和幅度上都延續(xù)變化的信號延續(xù)變化的信號數(shù)字電路中典型信號波形數(shù)字電路中典型信號波形

2、一、數(shù)字電路與數(shù)字信號一、數(shù)字電路與數(shù)字信號 緒論緒論輸出信號與輸入信號之間的對應(yīng)邏輯關(guān)系輸出信號與輸入信號之間的對應(yīng)邏輯關(guān)系邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)只需高電平和低電平兩個取值只需高電平和低電平兩個取值導(dǎo)通導(dǎo)通( (開開) )、截止、截止( (關(guān)關(guān)) )便于高度集成化、任務(wù)可靠性高、便于高度集成化、任務(wù)可靠性高、抗干擾才干強和嚴密性好等抗干擾才干強和嚴密性好等研討對象研討對象分析工具分析工具信信 號號電子器件電子器件任務(wù)形狀任務(wù)形狀主要優(yōu)點主要優(yōu)點二、數(shù)字電路特點二、數(shù)字電路特點 緒論緒論將晶體管、電阻、電將晶體管、電阻、電容等元器件用導(dǎo)線在線路容等元器件用導(dǎo)線在線路板上銜接起來的電路。板上銜接起來的

3、電路。將上述元器件和導(dǎo)線經(jīng)過半將上述元器件和導(dǎo)線經(jīng)過半導(dǎo)體制造工藝做在一塊硅片上而導(dǎo)體制造工藝做在一塊硅片上而成為一個不可分割的整體電路。成為一個不可分割的整體電路。根據(jù)電路構(gòu)造不同分根據(jù)電路構(gòu)造不同分分立元件電路分立元件電路集集 成成 電電 路路根據(jù)半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型不同分根據(jù)半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型不同分 雙極型數(shù)字集成電路雙極型數(shù)字集成電路單極型數(shù)字集成電路單極型數(shù)字集成電路以雙極型晶體管以雙極型晶體管作為根本器件作為根本器件以單極型晶體管以單極型晶體管作為根本器件作為根本器件例如例如 CMOS CMOS例如例如 TTL TTL、ECLECL三、數(shù)字電路的分類三、數(shù)字電路的分類緒論緒論集成電路集成

4、電路分分 類類集集 成成 度度電路規(guī)模與范圍電路規(guī)模與范圍小規(guī)模集成小規(guī)模集成電路電路 SSI1 10 門門/片或片或10 100 個元件個元件/片片邏輯單元電路邏輯單元電路包括：邏輯門電路、集成觸發(fā)器包括：邏輯門電路、集成觸發(fā)器中規(guī)模集成中規(guī)模集成電路電路 MSI10 100 門門/片片或或 100 1000 個元件個元件/片片邏輯部件邏輯部件 包括：計數(shù)器、包括：計數(shù)器、 譯碼器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、寄存器、算術(shù)編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、寄存器、算術(shù)運算器、比較器、轉(zhuǎn)換電路等運算器、比較器、轉(zhuǎn)換電路等 大規(guī)模集成大規(guī)模集成電路電路 LSI100 1000 門門/片片或或 1000 100

5、000 個元件個元件/片片數(shù)字邏輯系統(tǒng)數(shù)字邏輯系統(tǒng)包括：中央控制器、存儲器、各種接包括：中央控制器、存儲器、各種接口電路等口電路等超大規(guī)模集超大規(guī)模集 成電路成電路 VLSI大于大于 1000 門門/片片或大于或大于 10 萬個萬個元件元件/片片高集成度的數(shù)字邏輯系統(tǒng)高集成度的數(shù)字邏輯系統(tǒng)例如：各種型號的單片機，即在一片例如：各種型號的單片機，即在一片 硅片上集成一個完整的微型計算機硅片上集成一個完整的微型計算機根據(jù)集成密度不同分根據(jù)集成密度不同分緒論緒論Umtrtf Ttw 脈脈 沖沖 幅幅 度度 Um： 脈沖上升時間脈沖上升時間 tr：脈沖下降時間脈沖下降時間 tf：脈脈 沖沖 寬寬 度度

6、 tw ：脈脈 沖沖 周周 期期 T ：脈脈 沖沖 頻頻 率率 f ： 占占 空空 比比 q ：脈沖電壓變化的最大值脈沖電壓變化的最大值 脈沖波形從脈沖波形從 0.1Um 0.1Um 上升到上升到 0.9Um 0.9Um 所需的時所需的時間間 脈沖上升沿脈沖上升沿 0.5Um 0.5Um 到下降沿到下降沿 0.5Um 0.5Um 所需的時所需的時間間 脈沖波形從脈沖波形從 0.9Um 0.9Um 下降到下降到 0.1Um 0.1Um 所需的時所需的時間間 周期脈沖中相鄰兩個波形反復(fù)出現(xiàn)所需的時間周期脈沖中相鄰兩個波形反復(fù)出現(xiàn)所需的時間 1 秒內(nèi)脈沖出現(xiàn)的次數(shù)秒內(nèi)脈沖出現(xiàn)的次數(shù) f = 1/T

7、脈沖寬度脈沖寬度 tw tw 與脈沖周期與脈沖周期 T T 的比值的比值 q = q = tw/T tw/T 四、脈沖波形的主要參數(shù)四、脈沖波形的主要參數(shù) 緒論緒論了解了解 BCD BCD 碼的含義，掌握碼的含義，掌握 8421BCD 8421BCD 碼，碼，了解其他常用了解其他常用 BCD BCD 碼。碼。主要要求：主要要求： 掌握十進制數(shù)和二進制數(shù)的表示及其相互轉(zhuǎn)換。掌握十進制數(shù)和二進制數(shù)的表示及其相互轉(zhuǎn)換。了解八進制和十六進制。了解八進制和十六進制。1.2數(shù)制和碼制數(shù)制和碼制緒論緒論計數(shù)的方法計數(shù)的方法 (一一) 十進制十進制 (Decimal) (xxx)10 或或 (xxx)D 例如

8、例如(3176.54)10 或或(3176.54)D 數(shù)碼：數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、911101 101 11100 5100 510-10-1 11 110-210-2權(quán)權(quán) 權(quán)權(quán) 權(quán)權(quán) 權(quán)權(quán) 數(shù)碼所處位置不同時，所代表的數(shù)值不同數(shù)碼所處位置不同時，所代表的數(shù)值不同 (11.51)10 (11.51)10 進位規(guī)律：逢十進一，借一當十進位規(guī)律：逢十進一，借一當十10i 稱十進制的權(quán)稱十進制的權(quán) 10 稱為基數(shù)稱為基數(shù) 0 9 十個數(shù)碼稱系數(shù)十個數(shù)碼稱系數(shù)數(shù)碼與權(quán)的乘積，稱為加權(quán)系數(shù)數(shù)碼與權(quán)的乘積，稱為加權(quán)系數(shù)十進制數(shù)可表示為各位加權(quán)系數(shù)之和，稱為按權(quán)展開式十進制數(shù)可表示為各位

9、加權(quán)系數(shù)之和，稱為按權(quán)展開式 (3176.54)10 = 3103 + 1102 + 7101 + 6100 + 510-1 + 410-2一、數(shù)制一、數(shù)制 緒論緒論 例如例如 0 + 1 = 1 1 + 1 = 10 11 + 1 = 100 10 1 = 1 (二二) 二進制二進制 (Binary) (xxx)2 或或 (xxx)B 例如例如 (1011.11)2 或或 (1011.11)B 數(shù)碼：數(shù)碼：0 0、1 1 進位規(guī)律：逢二進一，借一當二進位規(guī)律：逢二進一，借一當二 權(quán)：權(quán)：2i 基數(shù)：基數(shù)：2 系數(shù)：系數(shù)：0、1 按權(quán)展開式表示按權(quán)展開式表示 (1011.11)2 = 123

10、+ 022 + 121 + 120 + 12-1 + 12-2 將按權(quán)展開式按照十進制規(guī)律相加，即得對應(yīng)十進制數(shù)。將按權(quán)展開式按照十進制規(guī)律相加，即得對應(yīng)十進制數(shù)。= 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 (1011.11)2 = (11.75)10 = 11.75 (1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12-1 + 12-2緒論緒論 (三三) 八進制和十六進制八進制和十六進制 進制進制數(shù)的表示數(shù)的表示計數(shù)規(guī)律計數(shù)規(guī)律 基數(shù)基數(shù) 權(quán)權(quán) 數(shù)碼數(shù)碼八進制八進制 (Octal) (Octal) (xxx)8 或或(xxx)O逢八進一，借一當八逢八進

11、一，借一當八 8 0 7 8i 十六進制十六進制(Hexadecimal)(Hexadecimal) ( x x x ) 1 6 ( x x x ) 1 6 或或(xxx)H (xxx)H 逢十六進一，借一當十六逢十六進一，借一當十六 16 0 9、A、B、C、D、E、F 16i例如例如 (437.25)8 = 4 (437.25)8 = 482 + 382 + 381 + 781 + 780 + 280 + 28-1 8-1 + 5+ 58-28-2 = 256 + 24 + 7 + 0.25 = 256 + 24 + 7 + 0.25 + 0.078125 + 0.078125 = (28

12、7.328125)10 = (287.328125)10 例如例如(3BE.C4)16 = 3(3BE.C4)16 = 3162 + 11162 + 11161 + 14161 + 14160 + 12160 + 1216-1 16-1 + 4+ 416-216-2 = 768 + 176 + 14 + 0.75 + = 768 + 176 + 14 + 0.75 + 0.0156250.015625 = (958.765625)10 = (958.765625)10 緒論緒論二、不同數(shù)制間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換二、不同數(shù)制間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換 對同一個數(shù)的不同計數(shù)方法對同一個數(shù)的不同計數(shù)方法 (一一) 不同

13、數(shù)制間的關(guān)系不同數(shù)制間的關(guān)系 二、不同數(shù)制間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換二、不同數(shù)制間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換 不同數(shù)制之間有關(guān)系嗎？不同數(shù)制之間有關(guān)系嗎？十進制、二進制、八進制、十六進制對照表十進制、二進制、八進制、十六進制對照表770111766011065501015440100433001132200102 11000110000000 十六十六八八二二 十十F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A12101010 9111001981010008 十六十六八八二二 十十緒論緒論1.500 1 整數(shù)整數(shù)0.750 0 (二二) 不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

14、1. 各種數(shù)制轉(zhuǎn)換成十進制各種數(shù)制轉(zhuǎn)換成十進制 2. 十進制轉(zhuǎn)換為二進制十進制轉(zhuǎn)換為二進制 例例 將十進制數(shù)將十進制數(shù) (26.375)10 (26.375)10 轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù) 26 6 1 3 01 10 12(26 )10 = (11010 ) 2 2 21.000 1.37522220.375 2不斷除到商為不斷除到商為 0 0 為止為止 余數(shù)余數(shù) 13 0按權(quán)展開求和按權(quán)展開求和整數(shù)和小數(shù)分別轉(zhuǎn)換整數(shù)和小數(shù)分別轉(zhuǎn)換 整數(shù)部分：除整數(shù)部分：除 2 取余法取余法 小數(shù)部分：乘小數(shù)部分：乘 2 取整法取整法讀讀數(shù)數(shù)順順序序讀讀數(shù)數(shù)順順序序 .011緒論緒論 每位八進制數(shù)用三位

15、二進每位八進制數(shù)用三位二進制數(shù)替代，再按原順序陳列。制數(shù)替代，再按原順序陳列。八進制八進制二進制二進制3. 二進制與八進制間的相互轉(zhuǎn)換二進制與八進制間的相互轉(zhuǎn)換 二進制二進制八進制八進制(11100101.11101011)2 = (345.726)8 (745.361)8 = (111100101.011110001)2 補補0(11100101.11101011)2 = ( ? )8 11100101.11101011 00 345726 從小數(shù)點開場，整數(shù)部分向左從小數(shù)點開場，整數(shù)部分向左 (小數(shù)部分向右小數(shù)部分向右) 三位一組，最后缺三位一組，最后缺乏三位的加乏三位的加 0 補足三位，

16、再按順序補足三位，再按順序?qū)懗龈鹘M對應(yīng)的八進制數(shù)寫出各組對應(yīng)的八進制數(shù) 。補補011100101 11101011緒論緒論 一位十六進制數(shù)對應(yīng)一位十六進制數(shù)對應(yīng)四位二進制數(shù)，因此二進四位二進制數(shù)，因此二進制數(shù)四位為一組。制數(shù)四位為一組。4. 二進制和十六進制間的相互轉(zhuǎn)換二進制和十六進制間的相互轉(zhuǎn)換 (10011111011.111011)2= (4FB.EC)16 (3BE5.97D)16 = (11101111100101.100101111101)2 補補 0(10011111011.111011)2 = ( ? )16 10011111011.11101100 4FBEC0 十六進制十六

17、進制二進制二進制 :每位十六進制數(shù)用四位二進每位十六進制數(shù)用四位二進制數(shù)替代，再按原順序陳列。制數(shù)替代，再按原順序陳列。二進制二進制十六進制十六進制 : 從小數(shù)點開場，整數(shù)部分向從小數(shù)點開場，整數(shù)部分向左左(小數(shù)部分向右小數(shù)部分向右) 四位一組，最四位一組，最后缺乏四位的加后缺乏四位的加 0 補足四位，再補足四位，再按順序?qū)懗龈鹘M對應(yīng)的十六進制按順序?qū)懗龈鹘M對應(yīng)的十六進制數(shù)數(shù) 。補補 010011111011 111011緒論緒論例如例如 ：用四位二進制數(shù)碼表示十進制數(shù)：用四位二進制數(shù)碼表示十進制數(shù) 0 90000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 40101 5 011

18、0 6 0111 7 1000 8 1001 9將假設(shè)干個二進制數(shù)碼將假設(shè)干個二進制數(shù)碼 0 和和 1 按一定規(guī)那按一定規(guī)那么陳列起來表示某種特定含義的代碼稱為二進么陳列起來表示某種特定含義的代碼稱為二進制代碼，簡稱二進制碼。制代碼，簡稱二進制碼。用數(shù)碼的特定組合表示特定信息的過程稱編碼用數(shù)碼的特定組合表示特定信息的過程稱編碼 三、二進制代碼三、二進制代碼 常用二進制代碼常用二進制代碼 自然二進制碼自然二進制碼 二二 - 十進制碼十進制碼 格雷碼格雷碼 奇偶檢驗碼奇偶檢驗碼 ASCII 碼碼 (美國信息交換規(guī)范代碼美國信息交換規(guī)范代碼) 緒論緒論例如：用三位自然二進制碼表示十進制數(shù)例如：用三位

19、自然二進制碼表示十進制數(shù) 0 7 0 7： 000 0 001 1 010 2 011 000 0 001 1 010 2 011 3 3 100 4 101 5 110 6 100 4 101 5 110 6 111 7 111 7 ( (一一) ) 自然二進制碼自然二進制碼 按自然數(shù)順序陳按自然數(shù)順序陳列的二進制碼列的二進制碼 ( (二二) ) 二二- -十進制代碼十進制代碼 表示十進制數(shù)表示十進制數(shù) 0 9 0 9 十個數(shù)碼的二進制代十個數(shù)碼的二進制代碼碼 ( (又稱又稱 BCD BCD 碼碼 即即 Binary Coded Decimal) Binary Coded Decimal)

20、1 位十進制數(shù)需用位十進制數(shù)需用 4 位二進制數(shù)表示，位二進制數(shù)表示，故故 BCD 碼為碼為 4 位。位。 4 位二進制碼有位二進制碼有 16 種組合，表示種組合，表示 0 9十個數(shù)十個數(shù)可有多種方案，所以可有多種方案，所以 BCD 碼有多種。碼有多種。 緒論緒論常用二常用二 - 十進制代碼表十進制代碼表 11111111110011101110101111010111101011000110100110110101100001000100010000110011001100100100001000100001000100010000000000009876543210 十 進 制 數(shù)1100

21、101110101001100001110110010101000011余余 3 碼碼2421(B)2421(A) 5421 碼碼 8421 碼碼無權(quán)碼無權(quán)碼 有 權(quán) 碼1001100001110110010101000011001000010000權(quán)為權(quán)為 8 8、4 4、2 2、1 1比比 8421BCD 碼多余碼多余 3取四位自然二進制數(shù)的前取四位自然二進制數(shù)的前 10 種組合，種組合，去掉后去掉后 6 種組合種組合 1010 1111。緒論緒論用用 BCD 碼表示十進制數(shù)舉例：碼表示十進制數(shù)舉例： (36)10 = ( )8421BCD (4.79)10 = ( )8421BCD (0

22、1010000)8421BCD = ( )10 留意區(qū)別留意區(qū)別 BCD 碼與數(shù)制：碼與數(shù)制： (150)10 = (000101010000)8421BCD = (10010110)2 = (226)8 = (96)16 6 0110 3 0011 4. 0100.7 01119 10010101 50000 0緒論緒論 ( (三三) ) 可靠性代碼可靠性代碼 奇偶校驗碼奇偶校驗碼 組成組成 信信 息息 碼碼 ： 需求傳送的信息本身。需求傳送的信息本身。 1 位校驗位：取值為位校驗位：取值為 0 或或 1，以使整個代碼，以使整個代碼 中中“1的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。 使使“1

23、的個數(shù)為奇數(shù)的稱奇校驗，的個數(shù)為奇數(shù)的稱奇校驗， 為偶數(shù)的稱偶校驗。為偶數(shù)的稱偶校驗。 緒論緒論 8421 奇偶校驗碼奇偶校驗碼 01 0 0 111 0 0 1911 0 0 001 0 0 0810 1 1 100 1 1 1700 1 1 010 1 1 0600 1 0 110 1 0 1510 1 0 000 1 0 0400 0 1 110 0 1 1310 0 1 000 0 1 0210 0 0 100 0 0 1100 0 0 010 0 0 00校校 驗驗 碼碼信信 息息 碼碼校校 驗驗 碼碼信信 息息 碼碼8421 偶偶 校校 驗驗 碼碼8421 奇奇 校校 驗驗 碼碼十

24、進制數(shù)十進制數(shù)緒論緒論格雷碼格雷碼(Gray 碼，又稱循環(huán)碼碼，又稱循環(huán)碼) 0110最低位以最低位以 0110 0110 為循環(huán)節(jié)為循環(huán)節(jié)次低位以次低位以 00111100 00111100 為循環(huán)節(jié)為循環(huán)節(jié)第三位以第三位以 0000111111110000 0000111111110000 為循環(huán)節(jié)為循環(huán)節(jié).011001100110001111000011110000001111111100000000000011111111特點特點: :相鄰項或?qū)ΨQ項只需一位不同相鄰項或?qū)ΨQ項只需一位不同典型格雷碼構(gòu)成規(guī)那么典型格雷碼構(gòu)成規(guī)那么 ：緒論緒論本章小結(jié)本章小結(jié)數(shù)字電路是傳送和處置數(shù)字信號的電子電路。數(shù)字電路是傳送和處置數(shù)字信號的電子電路。它有分立元件電路和集成電路兩大類，數(shù)字它有分立元件電路和集成電路兩大類，數(shù)字集成電路開展很快，目前多采用中大規(guī)模以集成電路開展很快，目前多采用中大規(guī)模以上的集成電路。上的集成電路。數(shù)字電路的主要優(yōu)點是便于高度集成化、工數(shù)字電路的主要優(yōu)點是便于高度集成化、工作可靠性高、抗干擾才干強和嚴密性好等。作可靠性高、抗干擾才干強和嚴密性好等。 緒論緒論數(shù)字電路中的信號只需高電平和低電平兩個取數(shù)字電路中的信號只需高電平和低電平兩個取值，通常用值，通常用 1 1 表示高電平，用表示