數(shù)字電路教案(原創(chuàng))第1章-基礎(chǔ)

第一章數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)數(shù)制二進(jìn)制、十六進(jìn)制等及其轉(zhuǎn)換碼制帶符號(hào)數(shù)的代碼表示數(shù)碼和字符的代碼表示1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用20世紀(jì)90年代開(kāi)始，整個(gè)社會(huì)進(jìn)入數(shù)字化、信息化、知識(shí)化時(shí)代，數(shù)字技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的關(guān)系日益密切。計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、電視及音像傳媒、自動(dòng)控制、醫(yī)療、測(cè)量等無(wú)一不納入數(shù)字技術(shù)并獲得較大技術(shù)進(jìn)步。例：Internet、程控電話、移動(dòng)通信、可視電話、會(huì)議電視、數(shù)字電視、數(shù)字相機(jī)、DVD等等。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用數(shù)字通信系統(tǒng)：

抗干擾能力強(qiáng)保密性好容量大數(shù)字化測(cè)量：

精度高功能完備具有數(shù)控測(cè)試功能實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化智能化計(jì)算機(jī)：

最具代表性的數(shù)字系統(tǒng)具有極強(qiáng)的信息處理和控制能力數(shù)字設(shè)備：精度高、功能完備、智能化數(shù)字器件發(fā)展概況分立元件40~50s:中小規(guī)模集成電路（SSI、MSI）60s:大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路（LSI、VLSI）70s:80s:專用集成電路(ASIC)晶體管邏輯、算術(shù)運(yùn)算、顯示器件等存儲(chǔ)器、微處理器等可編程邏輯器件PLD返回今天:大規(guī)?？删幊碳呻娐稩SP、CPLD等1.2模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)二值數(shù)字信號(hào)的兩種形式數(shù)字波形及其主要參數(shù)數(shù)字信息習(xí)題與答案1.模擬信號(hào)模擬信號(hào):時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的物理量

正弦波信號(hào)三角波信號(hào)返回2.數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào):時(shí)間和數(shù)值上都是離散的信號(hào)

時(shí)間上離散---信號(hào)只在時(shí)間坐標(biāo)的離散點(diǎn)上發(fā)生變化

數(shù)值上離散---各離散點(diǎn)上的信號(hào)數(shù)值是量化的（某個(gè)最小單位的整倍數(shù)）

返回3.二值數(shù)字信號(hào)的兩種形式電位(平)型:脈沖型:返回4.數(shù)字波形及其參數(shù)除周期T和頻率f外，數(shù)字波形還有以下主要參數(shù)(1)脈沖寬度tw：表示脈沖作用的時(shí)間(2)占空比q：表示脈沖寬度占整個(gè)周期的比例(3)上升時(shí)間tr：從脈沖幅值的10%上升到90%所需要的時(shí)間(4)下降時(shí)間tf：從脈沖幅值的90%下降到10%所需要的時(shí)間數(shù)字波形及其參數(shù)幅值=5.0Vtwtftr返回?cái)?shù)字信息字母、字符、數(shù)字、圖形、影象、聲音等都是信息數(shù)字信息:

最常用的數(shù)字信息是一種二值信息,它只有0、1兩種數(shù)值或特征值。例如：字母A用ASCII碼表示為1000001字符&用ASCII碼表示為0100110數(shù)值8用二進(jìn)制表示為10000和1：抽象化了的符號(hào)可以表示數(shù)值0和1,例如在二進(jìn)制數(shù)中；可以表示具有二值特征的事物、變量的狀態(tài)。如:開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)、條件的出現(xiàn)與不出現(xiàn)、燈的亮與熄滅等；在數(shù)字電路中，表示電平的高低返回1.3數(shù)制進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表示二進(jìn)制八進(jìn)制和十六進(jìn)制二進(jìn)制與十進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換返回1.進(jìn)位計(jì)數(shù)制的一般表示并列表示法:(N)R=(an-1an-2······a1a0.a-1a-2······a-m)R式中：m—小數(shù)部分位數(shù)n—整數(shù)部分位數(shù)R—基數(shù)a—不同數(shù)位的數(shù)值，0~R中的任意一個(gè)Ri—位權(quán)幾種常用的進(jìn)位數(shù)制例如：返回2.二進(jìn)制展開(kāi)式：二進(jìn)制的多項(xiàng)式形式：運(yùn)算規(guī)則：逢二進(jìn)一二進(jìn)制的形成基于數(shù)字系統(tǒng)的構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)性能和成本的綜合考慮。二進(jìn)制的數(shù)符0和1比較容易用具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電路或器件來(lái)表示。如：三極管的截止與飽和、電路電壓的高低、電流的有無(wú)、開(kāi)關(guān)的通斷等。二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算加：0+0=00+1=11+0=11+1=10向高位的進(jìn)位減：0-0=01-0=11-1=00-1=11向高位的借位乘：0×0=00×1=01×0=01×1=1除：0÷1=01÷1=1二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算舉例101+1101011a.11.01+101.111001.00b.1001-01100011c.110.01-100.10001.11d.1100×101000001100000011001111000e.101011000√10101000100010101000100010000f.返回3.八進(jìn)制和十六進(jìn)制八進(jìn)制：十六進(jìn)制：八進(jìn)制和十六進(jìn)制的基數(shù)分別是8和16，并且：8=23，16=24；所以它們與二進(jìn)制之間具有整倍數(shù)的關(guān)系。八、十六進(jìn)制與二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方法：(N)B→(N)O、(N)H將二進(jìn)制數(shù)從小數(shù)點(diǎn)開(kāi)始，分別向左、右按3位或4位分組，不足3位或4位的則需在最高位或最低位補(bǔ)0，最后將每組用對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)代替。(257.0254)O=(10101111.0001011011)B=(AF.16C)H例如：八進(jìn)制：2570554二進(jìn)制：010101111.000101101100十六進(jìn)制：AF16C返回4.二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換(N)B→(N)D：將(N)B寫(xiě)成按權(quán)展開(kāi)的多項(xiàng)式，按十進(jìn)制規(guī)則求各乘積項(xiàng)的積并相加。(N)D→(N)B：需將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換，然后合成。整數(shù)部分：除2取余，直到商為0小數(shù)部分：乘2取整，直到小數(shù)部分為0十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)二進(jìn)制數(shù)實(shí)例例：(58.625)D→(N)B整數(shù)部分小數(shù)部分2580.625229——余0×2214——余11.25027——余0×223——余10

.50021——余1×20——余11

.000低位高位0.10.100.101所以：(58)D=(111010)B(0.625)D=(0.101)B(58.625)D=(111010.101)B幾種進(jìn)制數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系返回1.4碼制帶符號(hào)數(shù)的代碼表示數(shù)碼和字符的代碼表示返回1.4.1帶符號(hào)數(shù)的代碼表示真值與機(jī)器數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼返回1.真值與機(jī)器數(shù)真值:(N1)B=+1011，(N2)B=-1011機(jī)器中，0和1只是數(shù)值的表示，無(wú)法標(biāo)示“+”、“-”。機(jī)器數(shù)：約定“+”、“-”符號(hào)數(shù)值化表示為:“0”——“+”“1”——“-”上述N1和N2在機(jī)器數(shù)中表示為：01011N111011N2返回2.原碼構(gòu)成方式：首位為符號(hào)位，“0”—“+”、“1”—“-”，其余各位為數(shù)值位例：(N1)B=+10011(N2)B=-01010(N1)原=010011(N2)原=101010特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀，但是原碼的減法運(yùn)算過(guò)程復(fù)雜，需要先判斷數(shù)值大小，再進(jìn)行運(yùn)算，最后判斷結(jié)果的符號(hào)位。整數(shù)的原碼表示：對(duì)n位整數(shù)，N=±Nn-1Nn-2······

N1N0例如：N1=+1101(N1)原=01101N2=-1101(N2)原=2n-N2=10000-(-1101)=10000+1101=11101小數(shù)的原碼表示：對(duì)m位小數(shù)，N=±0.N-1N-2······N-m例如：N1=+0.1101(N1)原=0.1101N2=-0.1101(N2)原=1-N2=1-(-0.1101)=1+0.1101=1.1101返回2.反碼首位為符號(hào)位：“0”—正數(shù)、“1”—負(fù)數(shù)數(shù)值部分：正數(shù)反碼的數(shù)值與原碼的數(shù)值相同負(fù)數(shù)反碼的數(shù)值是原碼的數(shù)值按位求反整數(shù)的反碼表示：對(duì)n位整數(shù)N=±Nn-1Nn-2······

N1N0

例如：N1=+1101(N1)反=01101N2=-1101(N2)反=(25-1)-N2=(100000-1)-1101=11111-1101=10010小數(shù)部分的反碼表示對(duì)m位小數(shù)，N=±0.N-1N-2······N-m例如：N1=+0.1101(N1)反=0.1101N2=-0.1101(N2)反=(2-2-4)+N2=(10.0000-0.0001)-0.1101=1.0010反碼運(yùn)算：(N1+N2)反=N1反+N2反(N1-N2)反=N1反+(-N2)反運(yùn)算規(guī)則：a.符號(hào)位參加運(yùn)算，若符號(hào)位產(chǎn)生進(jìn)位，該進(jìn)位加至和數(shù)的最低位—循環(huán)進(jìn)位b.運(yùn)算結(jié)果中，若符號(hào)位為0，即為正數(shù)的反碼，與原碼相同；若符號(hào)位為1，則為負(fù)數(shù)的反碼，對(duì)結(jié)果再求反方得到原碼。反碼運(yùn)算舉例N1=0.1100N2=0.0010(N1+N2)反=N1反+N2反=0.1100+0.0010=0.1110(N1-N2)反=N1反-N2反=0.1100+1.1101=0.10100.1100+1.110110.1001+10.1010所以：(N1-N2)反=0.1010，其真值為N1-N2=0.1010返回3.補(bǔ)碼首位為符號(hào)位：“0”—正數(shù)、“1”—負(fù)數(shù)數(shù)值部分：正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼、反碼相同負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是原碼的數(shù)值按位求反再加1整數(shù)的補(bǔ)碼表示：對(duì)n位整數(shù)N=±Nn-1Nn-2······

N1N0

例如：N1=+1101(N1)補(bǔ)=01101N2=-1101(N2)補(bǔ)=25-N=100000-1101=10000-1101=10011小數(shù)的補(bǔ)碼表示對(duì)m位小數(shù)，N=±0.N-1N-2······N-m例如：N1=+0.1101(N1)補(bǔ)=0.1101N2=-0.1101(N2)補(bǔ)=2+N=10.0000-0.1101=1.0011補(bǔ)碼運(yùn)算：(N1+N2)補(bǔ)=N1補(bǔ)+N2補(bǔ)(N1-N2)補(bǔ)=N1補(bǔ)+(-N2)補(bǔ)運(yùn)算規(guī)則：a.符號(hào)位參加運(yùn)算，若符號(hào)位產(chǎn)生進(jìn)位，該進(jìn)位舍去；b.運(yùn)算結(jié)果是補(bǔ)碼。結(jié)果中，若符號(hào)位為0， 即為正數(shù)的補(bǔ)碼，與原碼相同；若符號(hào)位為1，則為負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼，要獲得原碼則應(yīng)再次求補(bǔ)。補(bǔ)碼運(yùn)算舉例N1=0