數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)緒論第一章

1、數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ)主講：柳主講：柳 娟娟Digital Electronic Technology fundamental 緒緒 論論 數(shù)字電路的特點(diǎn) 數(shù)字電路的發(fā)展 數(shù)字電路的分類 數(shù)字電路的應(yīng)用 課程的主要內(nèi)容一、數(shù)字電路的特點(diǎn)一、數(shù)字電路的特點(diǎn)1.數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)（與模擬量對(duì)比）數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)（與模擬量對(duì)比）模擬信號(hào)模擬信號(hào)-連續(xù)性連續(xù)性工作在模擬信號(hào)下的電子電路稱為模擬電路。工作在模擬信號(hào)下的電子電路稱為模擬電路。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)-離散性離散性工作在數(shù)字信號(hào)下的電子電路稱為數(shù)字電路。工作在數(shù)字信號(hào)下的電子電路稱為數(shù)字電路。模擬信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的。典型波形為正弦波。數(shù)

2、字信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的。典型波形為方波。模擬信號(hào)模擬信號(hào)-連續(xù)性連續(xù)性數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)-離散性離散性模擬信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的。典型波形為正弦波。模擬信號(hào)模擬信號(hào)-連續(xù)性連續(xù)性數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)-離散性離散性數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的。典型波形為方波。模擬信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的。典型波形為正弦波。模擬信號(hào)模擬信號(hào)-連續(xù)性連續(xù)性數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)-離散性離散性模擬信號(hào)模擬信號(hào)-連續(xù)性連續(xù)性數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)-離散性離散性模擬信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的。典型波形為正弦波。模擬信號(hào)模擬信號(hào)-連續(xù)性連續(xù)性數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)-離散性離散性數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的。典型波形為方

3、波。模擬信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的。典型波形為正弦波。模擬信號(hào)模擬信號(hào)-連續(xù)性連續(xù)性數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)-離散性離散性一、數(shù)字電路的特點(diǎn)一、數(shù)字電路的特點(diǎn)2.晶體管的工作狀態(tài)晶體管的工作狀態(tài)在數(shù)字電路中，晶體管工作在在數(shù)字電路中，晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài) 在數(shù)字電路中，電路的輸在數(shù)字電路中，電路的輸入和輸出只有入和輸出只有 兩種電壓：低兩種電壓：低電平和高電平，分別記作電平和高電平，分別記作0和和1一、數(shù)字電路的特點(diǎn)一、數(shù)字電路的特點(diǎn)3.抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)數(shù)字電路中的高低電平都指的是一定的電壓范圍，在所受數(shù)字電路中的高低電平都指的是一定的電壓范圍，在所受的干擾不足以改變信號(hào)的狀態(tài)時(shí)，不

4、影響電路的正常工作。的干擾不足以改變信號(hào)的狀態(tài)時(shí)，不影響電路的正常工作。一、數(shù)字電路的特點(diǎn)一、數(shù)字電路的特點(diǎn)4.分析方法（與模擬電路對(duì)比）分析方法（與模擬電路對(duì)比）模擬電路模擬電路模擬電路注重分析性能指標(biāo)。模擬電路注重分析性能指標(biāo)。數(shù)字電路數(shù)字電路數(shù)字電路注重分析電路功能。數(shù)字電路注重分析電路功能。微變等效電路-電路分析邏輯分析方法數(shù)學(xué)工具-布爾代數(shù)描述方法： 真值表 表達(dá)式 功能表等二、數(shù)字電路的發(fā)展二、數(shù)字電路的發(fā)展電子管電子管晶體管晶體管集成電路集成電路二、數(shù)字電路的發(fā)展二、數(shù)字電路的發(fā)展電子管電子管 晶體管晶體管 集成電路集成電路70年代末，微處理器的出現(xiàn)，使數(shù)字電路的性能年代末，微處

5、理器的出現(xiàn)，使數(shù)字電路的性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。u可編程邏輯器件（可編程邏輯器件（PLD）u單片機(jī)（單片機(jī)（CPU）u數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）小規(guī)模小規(guī)模 中規(guī)模中規(guī)模 大規(guī)模大規(guī)模 超大規(guī)模超大規(guī)模三、數(shù)字電路的分類三、數(shù)字電路的分類u工藝工藝: TTL CMOSu功能：功能： 組合組合 時(shí)序時(shí)序u規(guī)模：規(guī)模： SSI MSI LSI VLSI四、數(shù)字電路的應(yīng)用四、數(shù)字電路的應(yīng)用 實(shí)現(xiàn)信號(hào)的運(yùn)算處理功能，與軟件結(jié)合可以完成復(fù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的運(yùn)算處理功能，與軟件結(jié)合可以完成復(fù)雜的運(yùn)算和處理過(guò)程，同樣功能的電路用模擬電路實(shí)現(xiàn)，雜的運(yùn)算和處理過(guò)程，同樣功能的電路用模擬電路實(shí)現(xiàn)

6、，其復(fù)雜程度將大大增加，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。其復(fù)雜程度將大大增加，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。一般測(cè)控系統(tǒng)框圖一般測(cè)控系統(tǒng)框圖五、課程的主要內(nèi)容五、課程的主要內(nèi)容l數(shù)字電路的分析設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的分析設(shè)計(jì)方法l集成電路的功能和使用方法集成電路的功能和使用方法 u數(shù)學(xué)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)u組合電路組合電路u時(shí)序電路時(shí)序電路u典型大規(guī)模集成電路典型大規(guī)模集成電路熟練使用布爾代數(shù)工具熟練使用布爾代數(shù)工具注重外部特性、注重應(yīng)用注重外部特性、注重應(yīng)用第一章第一章 數(shù)碼和碼制數(shù)碼和碼制幾種常見的數(shù)制幾種常見的數(shù)制不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換反碼和補(bǔ)碼反碼和補(bǔ)碼常用編碼常用編碼一、幾種常用的數(shù)制（表示方法）Decimal 十進(jìn)

7、制Binary 二進(jìn)制（整數(shù)、小數(shù)）Octal 八進(jìn)制Hexadecimal 十六進(jìn)制 多位數(shù)碼中，每位的構(gòu)成方法以及從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則稱為數(shù)制。數(shù)字電路中常用進(jìn)制有十進(jìn)制，二進(jìn)制，十六進(jìn)制。 (i=0n, n是整數(shù)部分的位數(shù))2逢二進(jìn)一0,1 二10逢十進(jìn)一0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 十基數(shù)基數(shù)計(jì)數(shù)規(guī)則計(jì)數(shù)規(guī)則 數(shù)數(shù) 碼碼進(jìn)制進(jìn)制 NnoiiNNKiS任意進(jìn)制數(shù)表達(dá)式的普遍形式：任意進(jìn)制數(shù)表達(dá)式的普遍形式：式中式中: S為任意數(shù)，N為進(jìn)制，Ki 為第 i 位數(shù)碼的系數(shù)系數(shù)，Ni 為第 i 位的權(quán)權(quán)。一、幾種常用的數(shù)制（表示方法）l二二八八十十十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù) Decima

8、l Binary Octal Hexadecimal 0 0000 00 0 1 0001 01 1 2 0010 02 2 3 0011 03 3 4 0100 04 4 5 0101 05 5 6 0110 06 6 7 0111 07 7 Decimal Binary Octal Hexadecimal 8 1000 10 8 9 1001 11 9 10 1010 12 A 11 1011 13 B 12 1100 14 C 13 1101 15 D 14 1110 16 E 15 1111 17 F二進(jìn)制數(shù)的權(quán)的結(jié)構(gòu)二進(jìn)制數(shù)的權(quán)的結(jié)構(gòu) 2n1 23 22 21 20 。21 22 2

9、n most significant bit(MSB) 最高位least significant bit (LSB) 最低位最低位 小數(shù)點(diǎn)小數(shù)點(diǎn)Positive Powers of Two(whole numbers) Negative Powers of Two(Fractional number) 2的正數(shù)次方的正數(shù)次方 （整數(shù)）（整數(shù)） 2的負(fù)數(shù)次方（小數(shù)）的負(fù)數(shù)次方（小數(shù)）二進(jìn)制權(quán)28 27 26 25 24 23 22 21 20 21 22 23 24 25 26 256 128 64 32 16 8 4 2 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64 0.5 0.2

10、5 0.125 0.0625 0.03125 0.015625u 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制u 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制u 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制u 八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制u 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制u 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制u 八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制八進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制u 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制二、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換二、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換Binary-to-Decimal Conversion 2-10進(jìn)制轉(zhuǎn)換進(jìn)制轉(zhuǎn)換 權(quán)權(quán): 26 25 24 23 22 21 20 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù): 1 1

11、0 1 1 0 11101101= 26+25+ 23 +22 +20= 64+32 +8+4 +1=109 0.1011= 21 +23 + 24 權(quán)權(quán): 21 22 23 24 二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù): 0 . 1 0 1 1 = 0.5 +0.125+0.0625 = 0.6875表達(dá)式展開法表達(dá)式展開法l DECIMAL-TO-BINARY CONVERSION 10-2進(jìn)制轉(zhuǎn)換進(jìn)制轉(zhuǎn)換加權(quán)法加權(quán)法 例：例： 把下列整數(shù)轉(zhuǎn)成二進(jìn)制數(shù)把下列整數(shù)轉(zhuǎn)成二進(jìn)制數(shù). (a) 12 (b) 25 (c) 58 (d) 82 解：解： (a) 12 = 8 + 4 = 23 + 22 1100 (b) 2

12、5 = 16 + 8 +1 = 24 + 23 + 20 11001 (c) 58 = 32 + 16 + 8 + 2 = 25 + 24 + 23 + 21 111010 (d) 82 = 64 + 16 + 2 = 26 + 24 + 21 1010010 重復(fù)除重復(fù)除2法法 Remainder 余數(shù)第一個(gè)余數(shù)是最低位第一個(gè)余數(shù)是最低位最后一個(gè)余數(shù)是最高位最后一個(gè)余數(shù)是最高位除除N取余法，逆序排列取余法，逆序排列 Converting Decimal Fractions to Binary 10進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制進(jìn)制加權(quán)法加權(quán)法 0.625 = 0.5 + 0.125 =

13、21 + 23 = 0.101 重復(fù)乘重復(fù)乘2法法 第一個(gè)進(jìn)位是最高位第一個(gè)進(jìn)位是最高位最后一個(gè)進(jìn)位是最低位最后一個(gè)進(jìn)位是最低位乘乘N取整法，順序排列取整法，順序排列 2-8進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換 8-2進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換 8進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù) 0 1 2 3 4 5 6 7 2進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù) 000 001 010 011 100 101 110 111例：例： 轉(zhuǎn)換下列轉(zhuǎn)換下列8進(jìn)制數(shù)到進(jìn)制數(shù)到2進(jìn)制數(shù)：進(jìn)制數(shù)： (a) 138 (b) 258 (c) 1408 (d) 75268 解：解： l二二十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換 2-16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換 16-2進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換 8

14、-10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換 權(quán)權(quán): 83 82 81 80 八進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù): 2 3 7 4 23748 = (283) + (382) + (781) + (480) = (2512) + (364) + (78) + (41) = 1024 + 192 + 56 + 4 = 127610 10-8進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換第一個(gè)余數(shù)是最低位第一個(gè)余數(shù)是最低位最后一個(gè)余數(shù)是最高位最后一個(gè)余數(shù)是最高位 16-10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換 E516 = (E16) + (51) = (1416) + (51) = 224 + 5 = 22910B2F816 = (B4096) + (2256) + (F16) +

15、 (81) = 45056 + 512 + 240 + 8 = 4581610 10-16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換 三、原碼、反碼和補(bǔ)碼三、原碼、反碼和補(bǔ)碼原碼：帶符號(hào)位的二進(jìn)制數(shù)碼稱為原碼。原碼：帶符號(hào)位的二進(jìn)制數(shù)碼稱為原碼。如：如：17的原碼為的原碼為010001，17的原碼為的原碼為110001反碼：反碼：正數(shù)正數(shù)的反碼與原碼相同，的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)負(fù)數(shù)的原碼除了符的原碼除了符號(hào)位外的數(shù)值部分按位取反，即號(hào)位外的數(shù)值部分按位取反，即“1”改為改為“0”，“0”改為改為“0”，如：如：7的的原碼為原碼為0 111，反碼為，反碼為0 111 7的的原碼為原碼為1 111，反碼為，反碼為1 0

16、00三、原碼、反碼和補(bǔ)碼三、原碼、反碼和補(bǔ)碼補(bǔ)碼的概念補(bǔ)碼的概念 10-5=5三、原碼、反碼和補(bǔ)碼三、原碼、反碼和補(bǔ)碼補(bǔ)碼的概念補(bǔ)碼的概念對(duì)于對(duì)于n位位2進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)N（N）comp=N2n-N（N）inv=N(2n-1)-N（N）comp= （N）inv+11011-0111=0100當(dāng)做二進(jìn)制減法時(shí)，可利用補(bǔ)碼將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算。當(dāng)做二進(jìn)制減法時(shí)，可利用補(bǔ)碼將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換成加法運(yùn)算。例例1 用二進(jìn)制補(bǔ)碼計(jì)算用二進(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

17、（10011100）B 原碼原碼7 52 81 0 30 10010110 0011100 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（用解：先求兩個(gè)數(shù)的二進(jìn)制原碼和補(bǔ)碼（用8位代碼）位代碼）補(bǔ)碼補(bǔ)碼7 52 8 4 70 10010111 11001001 0 0101111 7 52 810 31 01101011 11001001 1 0011001溢出溢出 7 52 8 4 71 01101010 0011100 1 1010001溢出溢出補(bǔ)碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼u 寫出下列帶符號(hào)位二進(jìn)制數(shù)的反碼和補(bǔ)碼 原碼

18、 反碼 補(bǔ)碼000110101001101000101110110101101例題數(shù)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：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。數(shù)等。代碼代碼：特定的二進(jìn)制數(shù)碼組，是不同信號(hào)的代號(hào)，不：特定的二進(jìn)制數(shù)碼組，是不同信號(hào)的代號(hào)，不一定有數(shù)的意義一定有數(shù)的意義編碼編碼：n 位二進(jìn)制數(shù)可以組合成位二進(jìn)制數(shù)可以組合成2n 個(gè)不同的信息，給每個(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)程叫編碼。個(gè)信息規(guī)定一個(gè)具體碼組，這種過(guò)程叫編碼。 數(shù)字系數(shù)字系統(tǒng)中常用的編碼有兩類，一類是二進(jìn)制編碼，另一類統(tǒng)中常用的編碼有兩類，一類是二進(jìn)制編碼，另一類是是 二二-十進(jìn)制編碼。另外無(wú)論二進(jìn)制編碼還是二十進(jìn)十進(jìn)制編碼。另外無(wú)論二進(jìn)制編碼還是二十進(jìn)制編碼，都可分成有權(quán)碼（每位數(shù)碼代表的權(quán)值固定）制編碼，都可分成有權(quán)碼（每位數(shù)碼代表的權(quán)值固定）和無(wú)權(quán)碼和無(wú)權(quán)碼四、常用編碼四、常用編碼幾種常見的十進(jìn)制編碼幾種常見的十進(jìn)制編碼8421 Code (binary coded decim