第1章數(shù)制與碼制

1、 高等教育出版社高等教育出版社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材（高職高專）（高職高專）EXIT緒論緒論EXIT 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)EXIT緒論緒論EXIT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EXIT緒論緒論EXIT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 傳遞、加工和傳遞、加工和 處理模擬信號處理模擬信號傳遞傳遞、加工和加工和處理數(shù)字信號處理數(shù)字信號數(shù)

2、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)斷續(xù)變化的信號變化的信號 模擬信號模擬信號時間上和幅度上都時間上和幅度上都連續(xù)連續(xù)變化的信號變化的信號數(shù)字電路中典型信號波形數(shù)字電路中典型信號波形一、數(shù)字電路與數(shù)字信號一、數(shù)字電路與數(shù)字信號 EXIT緒論緒論EXIT輸出信號與輸入信號之間的對應邏輯關(guān)系輸出信號與輸入信號之間的對應邏輯關(guān)系邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)只有高電平和低電平兩個取值只有高電平和低電平兩個取值導導通通( (開開) )、截止、截止( (關(guān)關(guān)) )便于高度集成化、工作可靠性高、便于高度集成化、工作可靠性高、數(shù)字信息便于保存、抗干擾能力數(shù)字信息便于保存、抗干擾能力強、保密性好等強、保密性好

3、等研究對象研究對象分析工具分析工具信信 號號電子器件電子器件工作狀態(tài)工作狀態(tài)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 EXIT緒論緒論EXIT將晶體管、電阻、電將晶體管、電阻、電容等元器件用導線在線路容等元器件用導線在線路板上連接起來的電路。板上連接起來的電路。將上述元器件和導線通過半將上述元器件和導線通過半導體制造工藝做在一塊硅片上而導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)電路結(jié)構(gòu)不同分根據(jù)電路結(jié)構(gòu)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)半導體的導電類型不同分根據(jù)半導體的導電類型不同分 雙極型數(shù)字集成電路雙極型數(shù)字集成電

4、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基本器件作為基本器件以單極型晶體管以單極型晶體管作為基本器件作為基本器件例如例如 CMOS例如例如 TTL、ECL三、數(shù)字電路的分類三、數(shù)字電路的分類EXIT緒論緒論EXIT集成電路集成電路分分 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

5、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 100000 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

6、，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EXIT緒論緒論EXITUmtrtf 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 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 上升到上升到 0.9Um 所需的時間所需的時間 脈沖上升沿脈沖上升沿 0.5Um 到下降沿到下降沿 0.5Um 所需的時間所需的時間 脈沖波形從脈沖波形從

7、0.9Um 下降到下降到 0.1Um 所需的時間所需的時間 周期脈沖中相鄰兩個波形重復出現(xiàn)所需的時間周期脈沖中相鄰兩個波形重復出現(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 脈沖寬度脈沖寬度 tw 與脈沖周期與脈沖周期 T 的比值的比值 q = tw/T 四、脈沖波形的主要參數(shù)四、脈沖波形的主要參數(shù) EXIT緒論緒論EXIT理解理解 BCD 碼的含義，碼的含義，掌握掌握 8421BCD 碼，碼，了解其他常用了解其他常用 BCD 碼。碼。主要要求：主要要求： 掌握二進制、十進制、八進制和十六進制數(shù)及其掌握二進制、十進制、八進制和十六進制數(shù)及其相互轉(zhuǎn)換。相互轉(zhuǎn)換。1.2數(shù)

8、制和碼制制和碼制EXIT緒論緒論EXIT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、91101 1100 510- -1 110- -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 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)

9、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 EXIT緒論緒論EXIT 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、1 進位規(guī)律

10、：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 + 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- -2EXIT緒論緒論EXIT ( (三三) )

11、 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) ) (xxx)8 或或(xxx)O逢八進一，借一當八逢八進一，借一當八 8 0 7 8i 十六進制十六進制( (Hexadecimal) ) (xxx)16 或或(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 = 482 + 381 + 780 + 28- -1 + 58- -2 = 256 + 24 + 7 + 0.25 + 0.078125 = (287.328125)1

12、0 例如例如(3BE.C4)16 = 3162 + 11161 + 14160 + 1216- -1 + 416- -2 = 768 + 176 + 14 + 0.75 + 0.015625 = (958.765625)10 EXIT緒論緒論EXIT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7701117660

13、11065501015440100433001132200102 11000110000000 十六十六八八二二 十十F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A12101010 9111001981010008 十六十六八八二二 十十EXIT緒論緒論EXIT1.500 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 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)換為其它進制十進制轉(zhuǎn)換為其它進制 例例 將十進制數(shù)將十進制數(shù) (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

14、10 12(26 )10 = (11010 ) 2 2 21.000 1.37522220.375 2一直除到商為一直除到商為 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 N 取余法取余法 小數(shù)部分：乘小數(shù)部分：乘 N 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 .011EXIT緒論緒論EXIT 每位八進制數(shù)用三位二進每位八進制數(shù)用三位二進制數(shù)代替，再按原順序排列。制數(shù)代替，再按原順序排列。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.

15、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)點開始，整數(shù)部分向左從小數(shù)點開始，整數(shù)部分向左 ( (小數(shù)部分向右小數(shù)部分向右) ) 三位一組三位一組，最后，最后不不足三位的加足三位的加 0 補足補足三位，再按順序三位，再按順序?qū)懗龈鹘M對應的八進制數(shù)寫出各組對應的八進制數(shù) 。補補011100101 11101011EXIT緒論緒論EXIT 一位十六進制數(shù)對應一位十六進制數(shù)對應四位二進制數(shù)，因此二進

16、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)代替，再按原順序排列。制數(shù)代替，再按原順序排列。二進制二進制十六進制十六進制 : 從小數(shù)點開始，整數(shù)部分從小數(shù)

17、點開始，整數(shù)部分向向左左( (小數(shù)部分向右小數(shù)部分向右) ) 四位一組四位一組，最后最后不足四位的加不足四位的加 0 補足補足四位，四位，再按順序?qū)懗龈鹘M對應的十六進再按順序?qū)懗龈鹘M對應的十六進制數(shù)制數(shù) 。補補 010011111011 111011EXIT緒論緒論EXIT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 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9將若干個二進制數(shù)碼將若干個二進制數(shù)碼 0 和和 1 按一定規(guī)則排按一定規(guī)則排列起來表示某種特定含義的代碼稱為二進

18、制代列起來表示某種特定含義的代碼稱為二進制代碼，或稱二進制碼碼，或稱二進制碼。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 ( (美國信息交換標準代碼美國信息交換標準代碼) ) EXIT緒論緒論EXIT例如：用三位自然二進制碼表示十進制數(shù)例如：用三位自然二進制碼表示十進制數(shù) 0 7： 000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111 7 ( (一一

19、) ) 自然二進制碼自然二進制碼 按自然數(shù)順序排按自然數(shù)順序排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 十十個數(shù)碼的二進制代碼個數(shù)碼的二進制代碼 ( (又稱又稱 BCD 碼碼 即即 Binary Coded Decimal) ) 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。 EXIT緒論緒論EXIT常用二常用二 - - 十

20、進制代碼表十進制代碼表 9876543210 十進十進 制數(shù)制數(shù)余余 3 碼碼2421( (B) )2421( (A) )5421 碼碼8421 碼碼無權(quán)碼無權(quán)碼 有有 權(quán)權(quán) 碼碼格雷格雷 碼碼10011000011101100101010000110010000100001111111111001110111010111101011110101100011010011011010110000100010001000011001100110010001000100001000100010000000000001100101110101001100001110110010101000011100

21、0110001000101011101100010001100010000權(quán)為權(quán)為 8、4、2、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。EXIT緒論緒論EXIT格雷碼格雷碼( (Gray 碼碼，又稱循環(huán)碼又稱循環(huán)碼) ) 0110最低位以最低位以 0110 為循環(huán)節(jié)為循環(huán)節(jié)次低位以次低位以 00111100 為循環(huán)節(jié)為循環(huán)節(jié)第三位以第三位以 0000111111110000 為循環(huán)節(jié)為循環(huán)節(jié).011001100110001111000011110000001111111100

22、000000000011111111特點特點: :相鄰項或?qū)ΨQ項只有相鄰項或?qū)ΨQ項只有一位一位不同不同典型格雷碼構(gòu)成規(guī)則典型格雷碼構(gòu)成規(guī)則 ：EXIT緒論緒論EXIT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 (01010000)8421BCD = ( )10 注意區(qū)別注意區(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 0EXIT緒論緒論EXIT本章小結(jié)本章小結(jié)數(shù)字電路數(shù)字電路是傳遞、加工和處理數(shù)字信號的電子是傳遞、加工和處理數(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，電路。它有分立元件電路和集成電路兩大類，數(shù)字集成電路發(fā)展很快，目前多采用中大規(guī)模數(shù)字集成電路發(fā)展很快，目前多采用中大規(guī)模以上的集成電路。以上的集成電路。數(shù)字電路的主要優(yōu)點數(shù)字電路的主要優(yōu)點是便于高度集成化、工是便于高度集成化、工作可靠性高、數(shù)字信息便于保存、抗干擾作可靠性高、數(shù)字信息便于保存、抗干擾能力強、保密性好等。能力強、保密性好等。 EX