《电工电子学 教学课件 ppt 作者 林小玲 第5章 数字集成电路（基础）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子学 教学课件 ppt 作者 林小玲 第5章 数字集成电路（基础）（120页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 数字集成电路 (基础）,上海大学 自动化系 林小玲,数字信号与模拟信号 数制 码制 逻辑代数基础,5.1 数字电路的基础知识,5.1.1 数字信号与模拟信号,电子电路,模拟电路,数字电路,信号与时间的关系连续,信号与时间的关系离散,电子技术,电子器件,电子电路,电子系统,分立元件电路,集成电路,end,模拟信号：时间连续、数值也连续的物理量。 数字信号：时间和数值均离散的物理量，常用数字0和1表示。 注意：0和1并不是普通代数中的数值，在数字电路中，应称为：逻辑0和逻辑1。他们并不表示实际数值的大小，而是代表某两种截然不同的状态。如：信号的无和有；条件的非和是；事件的假和真电路的断和通
2、；电键的开和闭；电压的小和大，低和高等。在电路上通常用逻辑电平来表示：分别是低电平和高电平。 在数字电路中：3.6V为标准高电平，0.3V为标准低电平。 但近年来：2.4V以上均视为高电平，而1.4V以下均视为低电平。,模拟电路与数字电路的区别,1、工作任务不同：,模拟电路研究的是输出与输入信号之间的大小、相位、失真等方面的关系；数字电路主要研究的是输出与输入间的逻辑关系（因果关系）。,模拟电路中的三极管工作在线性放大区,是一个放大元件；数字电路中的三极管工作在饱和或截止状态,起开关作用。,因此，基本单元电路、分析方法及研究的范围均不同。,2、三极管的工作状态不同：,模拟电路研究的问题,引言,
3、基本电路元件:,基本模拟电路:,数字电路研究的问题,基本电路元件,引言,基本数字电路,数字电路的特点,模拟电路：,处理的信号是时间上连续的信号,数字电路：,处理的信号是离散的信号,高电平,低电平,1. 工作信号是离散的：电路中的半导体管多数工作在开关状态。 如二极管工作在导通和截止态； 三极管工作在饱和态和截止态。,2. 研究对象是输入和输出的逻辑关系，因此主要的分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要是真值表、逻辑表达式及波形图等。,数字电路的特点,数字波形的描述：周期、频率、脉宽和占空比。 脉宽（tw）：表示脉冲的作用时间，即高电平持续时间。 占空比（q）：表示脉宽与周期的百分比。 上升时间
4、（t r） 和下降时间（tf）：从脉冲幅值的10%到90% 所经 历的时间如图：,计算机,通信（DSP应用）,电视（高清晰度）,将来通信的发展趋势：,典型应用,会议电视,数字移动蜂窝电话,家庭信息中心,虚拟教育,数字相机,自动驾驶汽车,视觉感应器,数据存储与处理,数制,不同数制之间的转换,二进制正负数的表示及运算,常用的编码,5.1.2 数制,一、数制,2 3,210,31,20,3,+,+,2 3,十位数字2,个位数字3,权值,基数：,由09十个数码组成，基数为10。,位权：,102 101 100 10-1 10-2 10-3,计数规律：,逢十进一,权值,10的幂, 10-1,权 权 权
5、权,任意一个十进制数，都可按其权位展成多项式的形式。,(652.5)D,位置计数法,按权展开式,(N)D=(Kn-1 K1 K0. K-1 K-m)D,=Kn-1 10n-1 + +K1101 + K0100 + K-1 10-1 + + K-m 10-m,=,6, 102,+,5, 101,+,2, 100,+,5,下标D表示十进制,只由0、1两个数码和小数点组成，,不同数位上的数具有不同的权值2i。,基数2，逢二进一,任意一个二进制数，都可按其权位展成多项式的形式。,(N)B=(Kn-1 K1 K0. K-1 K-m)B,=Kn-1 2n-1 + +K121 + K020 + K-1 2-
6、1 + + K-m 2-m,下标B表示二进制,常用数制对照表,0 1 2 3 4 5 6 7,8 9 10 11 12 13 14 15,0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111,1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111,0 1 2 3 4 5 6 7,0 1 2 3 4 5 6 7,10 11 12 13 14 15 16 17,8 9 A B C D E F,二、不同数制之间的转换,二进制转换成十进制,十进制转换成二进制,二进制转换成十六进制,十六进制转换成二进制,例： ( 10011.101 )B= ( ？ )D
7、,(10011.101)B124023022121120 121022123,二进制转换成十进制,利用二进制数的按权展开式，可以将任意一个二进制数转换成相应的十进制数。,（19.625）D,整数部分的转换,除基取余法：用目标数制的基数（R=2）去除十进制数，第一次相除所得余数为目的数的最低位K0，将所得商再除以基数，反复执行上述过程，直到商为“0”，所得余数为目的数的最高位Kn-1。,例：（29）D=（？）B,29,14,7,3,1,0,1,K0,0,K1,1,K2,1,K3,1,K4,LSB,MSB,得（29）D=（11101）B,小数部分的转换,乘基取整法：小数乘以目标数制的基数（R=2）
8、，第一次相乘结果的整数部分为目的数的最高位K-1，将其小数部分再乘基数依次记下整数部分，反复进行下去，直到小数部分为“0”，或满足要求的精度为止（即根据设备字长限制，取有限位的近似值）。,例：将十进制数（0.723）D转换成不大于2-6的二进制数。,不大于2-6 ，即要求保留到 小数点后第六位。,0.723,K-1,0.446,K-2,0.892,K-3,0.784,K-4,0.568,K-5,0.136,由此得：(0.723)D=(0.101110)B,十进制,二进制,八进制、十六进制,0.272,K-6,从小数点开始，将二进制数的整数和小数部分每4位分为一组，不足四位的分别在整数的最高位前
9、和小数的最低位后加“0”补足，然后每组用等值的十六进制码替代，即得目的数。,例： （1011101.101001）B = （?）H,(1011101.101001） B = （5D.A4） H,1011101.101001,小数点为界,0,00,D,5,A,4,从小数点开始，将二进制数的整数和小数部分每3位分为一组，不足三位的分别在整数的最高位前和小数的最低位后加“0”补足，然后每组用等值的八进制码替代，即得目的数。,例：（11010111.0100111）B = （?）Q,（11010111.0100111）B = （327.234 ）Q,11010111.0100111,小数点为界,0,0
10、0,7,2,3,2,3,4,补码分为两种：基数的补码和降基数的补码。,前面介绍的十进制和二进制数都属于原码。,各种数制都有原码和补码之分。,三、二进制正负数的表示及运算,n是二进制数N整数部分的位数。,二进制数N 的基数的补码又称为2的补码，常简称为补码，其定义为,例：,1010补=24-1010=10000-1010=0110,1010.101补=24-1010.101=10000.000- 1010.101 =0101.011,1010.101反=(24-2-3)-1010.101 =1111.111-1010.101 =0101.010,n是二进制数N整数部分的位数，m是N的小数部分的位
11、数。,例：,1010反=(24-20)-1010=1111-1010=0101,二进制数N的降基数补码又称为1的补码，习惯上称为反码，其定义为,N反=01001001,例：,N =10110110,根据定义，二进制数的补码可由反码在最低有效位加1得到。,N补=,无论是补码还是反码，按定义再求补或求反一次，将还原为原码。,01001001 + 00000001,01001010,01001010,即N补= N反+1,即N补补= N原,例：,(+43)D,二进制正负数的表示法有原码、反码和补码三种表示方法。对于正数而言，三种表示法都是一样的，即符号位为0，随后是二进制数的绝对值，也就是原码。,符号
12、位,绝对值,二进制负数的原码、反码和补码,= 0,0101011,例：,-25原= 1 0011001,-25反= 1 1100110,-25补= 1 1100111,符号位“1”加原码,符号位“1”加反码,符号位“1”加补码,补码运算：,X1反+X2反 = X1+X2反,符号位参加运算,X1补+X2补 = X1+X2补,符号位参加运算,在数字电路中，用原码求两个正数M和N的减法运算电路相当复杂，但如果采用反码或补码，即可把原码的减法运算变成反码或补码的加法运算，易于电路实现。,反码运算 ：,例： X1 = 0001000，X2 = -0000011， 求X1+ X2,解： X1反+X2反 =
13、 X1+X2反,X1反 = 0 0001000,X2反 = 1 1111100,1 0 0000100,+） 1,X1反+X2反= 0 0000101,反码在进行算术运 算时不需判断两数符 号位是否相同。,当符号位有进位时需循环进位，即把符号位进位加到和的最低位。,故得X1+ X2 = + 0000101,例： X1 =-0001000，X2 = 0001011， 求X1+ X2,解： X1补+X2补 = X1+X2补,X1补 = 1 1111000,X2补 = 0 0001011,1 0 0000011,X1补+X2补 = 0 0000011,符号位参加运算。 不过不需循环进位，如 有进位，
14、自动丢弃。,故得 X1+ X2 = + 0000011,自动丢弃,一、常用的编码,（一）二十进制码（BCD码）, 有权码,8421BCD码,用四位自然二进制码的16种组合中的前10种，来表示十进制数09，由高位到低位的权值为23、22、21、20，即为8、4、2、1，由此得名。,用文字、符号或数码表示特定对象的过程称为编码。,此外，有权的BCD码还有2421BCD码和5421BCD码等。, 无权码,余三码是一种常用的无权BCD码。,5.1.3 二进制码,常用的BCD码,二十进制码 格雷码 校验码 字符编码,一、常用的编码：,2.编码还具有反射性，因此又可称其为反射码。,1.任意两组相邻码之间只
15、有一位不同。,注：首尾两个数码即最小数0000和最大数1000之间也符合此特点，故它可称为循环码。,最常用的误差检验码是奇偶校验码，它的编码方法是在信息码组外增加一位监督码元。,（四）字符编码,ASCII码:七位代码表示128个字符 96个为图形字符 控制字符32个,（三）校验码,8421权码，四位二进制数中的每一位都对应有固定的权，从高位到低位的权依次为8，4，2，1按权相加，即可得到所代表的十进制数。例如：1001=8+1=9，0110=4+2=6。,还可以取四位二进制码的前五种和后五种状态，代表十进制的09十个数，中间六种状态不用，这就构成了2421码。它也是一种有权码，从高位到低位的权依次为2，4，2，1按权相加，即可得到所代表的十进制数,(1) 有权BCD码：每位数码都有确定的位权的码， 例如：8421码、5421码、2421码.,如: 5421码1011代表5+0+2+1=8; 2421码1100代表2+4+0+0=6.,* 5421BCD码和2421BCD码不唯一.,例: 2421BCD码0110也可表示6,* 在表中：, 8421BCD码和代表09的二进制数一一对应；, 5421BCD码的前5个码和84
