数字电路第一章数制与编码

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1、现代数字逻辑电路,主讲教师：杨海燕E-mail: 教 材江国强现代数字逻辑电路. 电子工业出版社 参 考 书1、阎 石. 数字电子技术基础.（第五版）高等教育出版社2、王毓银脉冲与数字电路. 高等教育出版社,课程安排,理论课实验课 理论课内容 第一章 数制与 编码 第二章 逻辑代数基础 第三章 门电路 第四章 组合逻辑电路 第五章 触发器 第六章 时序逻辑电路,基础知识,课程重点,课程安排,第七章 脉冲单元电路 第八章 数模和模数转换 第九章 程序逻辑电路 第十章 可编程逻辑器件 第十一章VHDL,实用性电路,电路设计 新器件新方法,省略,辅导答疑,辅导时间：每周三下午3：005：00 辅导地

2、点：二号教学楼2412（微电子教研室） 辅导老师：杨海燕 作业上交：每周一上课前,第一章 数字逻辑基础,第一章 数字逻辑基础,教学要求,1.理解模拟信号的特点。,2.理解数字信号的特点及其表示方法。,3.掌握常用的数制及相互间的转换。,4.熟练掌握对数字的编码。,第一章 数字逻辑基础 教学要求,第一节 概述,第二节 数制及其转换,第三节 编码,第一章 数制与编码 目录,第一节 概述,电子电路模拟电路：,工作在模拟信号下。,表示模拟量的信号。,时间上或数值上是连续的。,（ e.g. 正弦波 ）,数字电路：,表示数字量的信号。,工作在数字信号下。,时间上和数值上是离散的。,（ e.g. 矩形波 ）

3、,1.1.1 模拟电子技术和数字电子技术,数字电路,线性电路,集成电路IC,截止、饱和区（开、关状态）,线性放大状态,器件工作状态,BJT、MOS,BJT、MOS,基本器件,在数值上、时间上离散,在数值上、时间上连续,信号特点,矩形波,正弦波,典型波形,数字量,模拟量,研究对象,数字电子技术,模拟电子技术,1.1.1 模拟电子技术和数字电子技术,1.1.2 数字信号,模拟信号：时间连续、数值也连续的信号。 数字信号：时间和数值都离散的信号，常用数字0和1表示。 脉冲信号：有效电平与周期之比（即占空比）较小。数字信号也是一种脉冲信号。,第一章 数字逻辑基础 1模拟信号和数字信号,数字逻辑：变量的

4、取值只有0和1两种，没有第三种 可能。特点： 0、1不代表数值的大小，而是表示两种 对立的逻辑状态。 逻辑电平：表示在电路中，由电子器件的开关特性 形成的离散信号电压或数字电压。,（一）、二值数字逻辑和逻辑电平,逻辑电平和电压值的关系：,第一章 数字逻辑基础 1模拟信号和数字信号,1、数字波形：逻辑电平对时间的图形表示, 周期T（频率f）：两个相邻脉冲间的时间间隔。 脉 冲 宽 度 tW：脉冲的作用时间。 占 空 比 q： 脉冲宽度占整个周期的百分比。q（%）= （tW / T）100%,（二）、数字波形,2、周期性数字波形的基本参数：,3、二值位形图：用数字波形表示二值数据。,0 1 0 1

5、 0 1 1 0 1 1 1 0,位时间：1位数据所占用的时间。（10 s） 比特率（数据率）：每秒钟传输数据的位数。 （100k Bit）,（三）、模拟量的数字表示,第一章 数字逻辑基础 1模拟信号和数字信号,1.1.3 数字电路,一、数字电路的发展和分类,1、数字电路的特点： 电路的结构以二值数字逻辑为基础； 处理的信号是离散的数字信号； 电路中的电子器件工作在开关状态。,第一章 数字逻辑基础 2数字电路,基本电路结构简单 与、或、非门 大规模集成、功耗低、可靠性高、不用调试 0、1状态，便于存储、传输和处理 存储：光盘中的数据 传输：数字电视信号 处理：通信中的检错、纠错码 应用广泛（工

6、业设备、家用电器的数字化） 数字电视,第一章 数字逻辑基础 2数字电路,数字电路的特点：,2、数字电路的发展：电子管 半导体分立元件 集成电路 小规模 中规模 大规模 超大规模 TTL CMOS PLD、FPGA,第一章 数字逻辑基础 2数字电路,3、数字电路的分类：,从整体分：组合逻辑电路和时序逻辑电路 从所用器件分：TTL、CMOS 从集成度分：小规模、中规模、大规模、 超大规模、甚大规模,注：集成度每一芯片所包含的三极管的个数。,第一章 数字逻辑基础 2数字电路,二、数字电路的分析方法和测试技术,分析方法： 采用逻辑代数做为分析工具； 用功能表、真值表、逻辑表达式、波形图等表示电路的功能

7、。 测试技术： 数字电压表、数字示波器,第一章 数字逻辑基础 2数字电路,封装好的集成电路,第二节 数制及其转换,十进制 二进制 十-二进制之间的转换 十六进制和八进制,数制的概念：,多位数字构成的方法，进位的规则。,第一章 数字逻辑基础,1、十进制定义：以10为基数的计数体制，具有0、19十个 数码， 计数规律是“逢十进一”。,ki：第i位的系数 10i：第i位的权,例：4578 = 4103+ 5102+ 7101+ 8100,1.2.1 十进制,2、十进制数的表达式：,1、二进制定义：以2为基数的计数体制，只有0、1两个数码，计数规律是“逢二进一”。,ki：第i位的系数 10i：第i位的

8、权,1.2.2 二进制,2、二进制数的表达式：,例：（1011）B = 123+ 022+ 121+ 120,3、二进制数的波形表示,第一章 数字逻辑基础 3 数制,、二进制数的传输,串行方式传输： 并行方式传输：,、二进制数的特点,数字装置简单可靠，所用元件少； 基本运算规则简单，运算操作方便； 位数太多，不方便书写和阅读。,第一章 数字逻辑基础 3 数制,1.2.3 十六进制和八进制,2、十六进制数的表达式,1、十六进制定义,以16为基数的计数体制，有010、A、B、C、D、E、F共16个数码，计数规律是“逢十六进一”。,例：（2E5）H = 2162 + 14161+ 5160,4、八进

9、制数的表达式,3、八进制定义,以8为基数的计数体制，有07共8个数码，计数规律是“逢八进一”。,例：（157）O = 182 + 581+780,1.2.4 各种数制之间的转换,一、二进制数转换为十进制数,方法：利用公式,例题： （1011）B = 123+ 022+ 121+ 12011,第一章 数字逻辑基础 2 数制,二、十进制数转换为二进制数,整数（除取余）,例： ( 25 )D = ( )B,例： ( 235 )D = ( )B,小数（乘取整）,例： ( 0 .25 )D = ( )B,1 1 0 0 1,1 1 1 0 1 0 1 1,0 . 0 1,第一章 数字逻辑基础 3 数制,

10、十进制数转换为二进制数的方法小结：,先将整数部分用“除取余法”转换为二进制数； 将小数部分用“乘取整法”转换为二进制数； 最后将两部分合在一起。,例： ( 5 .25 )D = ( )B,1 0 1 . 0 1,第一章 数字逻辑基础 3 数制,整数部分： 以小数点为界，往左将每4位二进制数划为一组，不够4位的在最高位补0，并将每一组代之以1位十六进制数。 小数部分： 以小数点为界，往右将每4位二进制数划为一组，不够4位的在最低位补0，并将每一组代之以1位十六进制数。,三、二-十六转换,（4对1）,四、十六-二转换,将每1位十六进制数用相应的4位二进制数代替即可。（1对4）,例：将(98FB.D

11、3)16转换为二进制数( 9 8 F B . D 3 )16 = ( 1001 1000 1111 1011 . 1100 0011 )2,第一章 数字逻辑基础 3 数制,转换方法与二-十六转换类似，将每3位二进制数划为一组并分别代之以相应的1位十六进制数。 （3对1）,五、二-八转换,转换方法与十六-二转换类似，将每1位八进制数用相应的3位二进制数代替即可。（1对3）,六、八-二转换,第一章 数字逻辑基础 3 数制,例题,第三节 编码,编码：用数码表示文字、符号等信息的过 程称为编码。,二进制代码：用来进行二进制编码后的二进制数称为二进制代码。,对N项信息进行编码所需的二进制数码的位数n的确

12、定：,2n N,第一章 数字逻辑基础,1.3.1 二十进制码（码）,码：用四位二进制数表示十进制数中的 十个数码。,、8421BCD码： （恒权代码）,取四位二进制数中的00001001前十种组合分别表示十进制码的； b3b2b1b0的位权分别为8、4、2、1。,第一章 数字逻辑基础 4二进制码,2、2421码： （恒权代码）,取四位二进制数中的00000100表示十进制数的4；取10111111表示69； b3b2b1b0的位权分别为2、4、2、1。,3、余3码：,由8421码加3得到。,4、格雷码：,相邻两个码组间只有1位不同。,第一章 数字逻辑基础 4二进制码,几种常用得BCD代码,十进

13、制数,编码种类,1.3.2 字符编码,ASC美国国家信息交换标准码 数字“0”30H 字母“A”41H 字母“a”61H,ASC表,a4a3a2a1,a7a6a5,第一章小结,一、模拟信号和数字信号的特点,二、常用的数制和相互之间的转换,第一次作业,1.2、1.3、1.4、1.5,再 见,附例：十进制数转换为二进制数,（235）D=（ ）B,1 1 1 0 1 0 1 1,附例：十进制数转换为二进制数,（25）D=（ ）B,1 1 0 0 1,附例：十进制数转换为二进制数,（0.25）D=（ ）B,0.01,0.252=0.5 0 b-1,0.502=1.0 1 b-2,0.002=0.0 0

14、 b-3,附例：二进制数转换为十六进制数,（110，1011 . 0101，1）B=（ ）H,6B . 58,1 1 0，1 0 1 1 . 0 1 0 1， 1,附例：二进制数转换为八进制数,（110，1011 . 0101，1）B=（ ）Q,附例：八进制数转换为二进制数,（7521）Q=（111，101，010，001）B,153.26,凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号，均称为模拟信号，如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。模拟信号有时也称连续信号。“连续”是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续，如下图所示的抽样信号。,