《数字电子技术基础：第1章_数制和码制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术基础：第1章_数制和码制（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数字电子技术基础数字电子技术基础高等教育出版社( (第5版)开课专业：电子信息工程、通信工程、信息对抗技术、微电子、电子信息工程（水声）、电子科学与技术、光信息科学与技术、自动化、电气工程及其自动化、生物医学工程、测控技术与仪器、探测制导与控制技术课程定位：通信、电子、控制等电类专业的重要技术基础课，是上述众多专业的后续课程的基础。本课程具有极强的逻辑性和实用性，作为电子、通信、控制等领域中实际应用的基础，对后续专业课的学习、打好专业基础和适应“数字化”发展，起到决定性作用。课程目标：掌握逻辑代数和数字电子技术方面的基本理论，掌握数字电路分析和设计的基本方法，具备分析常见组合逻辑电路和时序逻辑
2、电路等数字电路的能力，具备设计数字单元电路和简单数字系统的能力，培养分析问题和解决问题的能力，培养和提高学生自主学习能力、灵活应用能力以及独立思考敢于创新的能力。0909版教学大纲提示版教学大纲提示版教学大纲提示版教学大纲提示1掌握数字信号的定义及数字电路特点；了解数字电路的优点和数字系统的基本组成。2熟练掌握数字电路的数学基础。1 , 23正确理解门电路的结构、主要参数、工作原理，掌握其逻辑功能和正确使用。34掌握组合逻辑电路的特点和分析、设计方法以及常用组合模块的功能及其应用； 了解组合逻辑电路的VHDL/Verilog HDL语言描述方法。45熟练掌握各种触发器的逻辑功能及描述方法；掌握
3、时序电路的分析方法和描述方法以及常用中规模时序电路的功能及其应用；了解同步时序电路设计的过程与原则； 掌握MSI构成的时序电路的分析与设计方法；了解时序电路的HDL语言描述方法。5, 66理解ROM和RAM存储器的基本结构和存储机理，掌握各种存储器的特点及应用。77掌握可编程逻辑器件（PLD）的主要特点和实现数字电路的设计流程； 了解用FPGA器件实现数字系统的设计方法。88掌握施密特、单稳态和多谐振荡器这3种脉冲电路的基本工作原理、特点及应用； 熟练掌握555定时器的功能及应用。109掌握D/A和A/D的工作原理、主要技术指标，以及各种D/A、A/D的性能比较与适用场合；并掌握量化方法与转换
4、误差的关系。1109版教学大纲提示版教学大纲提示1.抓住重点：器件外特性抓住重点：器件外特性2.学会学会处理工程理工程实际问题的方法的方法3.努力学好努力学好实验调试方法和方法和EDA技技术的的应用用使用大使用大规模集成的数字器件模集成的数字器件设计电路，必路，必须使使用用EDA手段手段4.课内外内外结合学合学习，提高自学能力，注，提高自学能力，注意意读书方法方法5.专业课、考研、开、考研、开发、技、技术管理管理6.56学学时，3.5学分学分学习提示学习提示学习提示学习提示21世世纪纪是是信信息息数数字字化化的的时时代代，“数数字字电电子子技技术术”是是数数字字技术的基础，是电子信息类各专业的
5、主要技术基础课程。技术的基础，是电子信息类各专业的主要技术基础课程。数字电子技术应用广泛数字电子技术应用广泛电视技术电视技术雷达技术雷达技术通信技术通信技术计算机、自动控制计算机、自动控制航空航天航空航天数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用6 最新产品介绍：最新产品介绍：Cyclone IVCyclone IV硅谷圣侯塞硅谷圣侯塞ALTERA总部总部客户成功案例客户成功案例客户成功案例客户成功案例 客客客客户设计户设计展区展区展区展区 LG ElectronicsLG Electronics 公司公司:
6、LG Electronics产品名称产品名称:3G Base Station产品类型产品类型:Mobile Communications Infrastructure所选所选Altera产品产品:Quartus II 软件软件 Stratix FPGA HardCopy 结构化结构化ASIC 数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用客户成功案例客户成功案例客户成功案例客户成功案例 客客客客户设计户设计展区展区展区展区 华为华为 “我们很高兴地看到Altera发布了StratixII、CycloneII和MAXII器件等最新的产品系列。StratixIIFPGA具有更强的
7、数字信号处理能力、更好的存储器、更高的存储带宽和更多的I/O支持。MAXIICPLD提供了更高的容量、更快的速度、更低的成本和功耗。CycloneII器件具有很多优势，与大批量ASIC相比，具有在价格方面很强的竞争力。靳阳葆华为固网硬件总监公司公司:华为技技术产品名称品名称:IP DSLAM 5300产品品类型型:互互联网网协议数字用数字用户线接入复用器接入复用器所选所选Altera产品产品:Quartus II 软件软件 Stratix II FPGA Altera的最新产品推动技术创新的最新产品推动技术创新数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字
8、电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用举例：智力竞赛抢答器电路结构数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用锁存电路启动电路启动电路启动电路启动电路判断判断判断判断电路电路电路电路席位灯驱动电路席位灯驱动电路席位灯驱动电路席位灯驱动电路计时电路动态扫描译码电路动态扫描译码电路延时复位电路延时复位电路数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用总电路图总电路图智力竞赛抢答器仿真波形数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技
9、术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用交通信号时间显示器电路交通信号时间显示器电路数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用频率测量仪电路数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用数字电子技术应用第第1 1章章 数制和码制数制和码制u几种常用的数制几种常用的数制u不同数制间的转换不同数制间的转换u二进制算数运算二进制算数运算u几种常用的编码几种常用的编码1.1.1 数字量和模数字量和模拟量量模模拟量：量：时间连续、数、数值也也连续的物理量的物理量数字量：数字量：变化在化在时间上和数上和数值上都是离散的上都是离散的 （存
10、在一个（存在一个最小数量最小数量单位位）电子子电路的作用：路的作用：处理信息理信息模模拟电路：用路：用连续的模的模拟电压/电流流值表示信息表示信息数字数字电路：用一个离散的路：用一个离散的电压序列来表示信息序列来表示信息1.1 1.1 1.1 1.1 概述概述概述概述1.1.2 数字电路的特点数字电路的特点数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象，分析数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象，分析/设设计方法以及所用的数学工具都有显著的不同计方法以及所用的数学工具都有显著的不同 数字电路具有如下特点：数字电路具有如下特点：(1)(1)稳定性稳定性(2)(2)精确性精确性(3)(3)可靠性可靠性
11、(4)(4)工艺容易、易集成工艺容易、易集成1.1 1.1 1.1 1.1 概述概述概述概述数制：数制： 每一位的构成方法每一位的构成方法从低位向高位的从低位向高位的进位位规则常用到的：常用到的： 十十进制，二制，二进制，十六制，十六进制，八制，八进制制.二二 进进 制制机器内部的数据处理机器内部的数据处理十六进制十六进制书写程序书写程序十十 进进 制制运算最终结果的输出运算最终结果的输出在计算机系统中：在计算机系统中：1.2 1.2 1.2 1.2 几种常用的数制几种常用的数制几种常用的数制几种常用的数制十进制，二进制，八进制，十六进制十进制，二进制，八进制，十六进制逢二进一逢二进一逢八进一
12、逢八进一逢十进一逢十进一逢十六进一逢十六进一1.2 1.2 1.2 1.2 几种常用的数制几种常用的数制几种常用的数制几种常用的数制十进制数十进制数二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制00000000000000000 001010001000101011 102020010001002022 203030011001103033 304040100010004044 405050101010105055 506060110011006066 607070111011107077 708081000100010108 809091001100111119 91010101010101212
13、A A1111101110111313B B1212110011001414C C1313110111011515D D1414111011101616E E1515111111111717F F不同进制数的对照表不同进制数的对照表1.2 1.2 1.2 1.2 几种常用的数制几种常用的数制几种常用的数制几种常用的数制1 1、二、二、二、二 十转换十转换十转换十转换例：例：例：例：2 计数基数；进位基数、进位模数计数基数；进位基数、进位模数Ki 系数；系数；2i 位权；数位的权值，权位权；数位的权值，权i 各数位的序号各数位的序号1.3 1.3 1.3 1.3 不同数制间的转换不同数制间的转换
14、不同数制间的转换不同数制间的转换2 2、十、十 二转换二转换整数部分整数部分: :例：例：整数部分整数部分-除基取余除基取余1.3 1.3 1.3 1.3 不同数制间的转换不同数制间的转换不同数制间的转换不同数制间的转换2 2、十、十 二转换二转换小数部分小数部分: :小数部分小数部分-乘基取整乘基取整1.3 1.3 1.3 1.3 不同数制间的转换不同数制间的转换不同数制间的转换不同数制间的转换3、二 十六转换例：将例：将(01011110.10110010)(01011110.10110010)2 2化为十六进制化为十六进制4、十六 二转换例：将例：将(8FAC6)(8FAC6)1616化
15、为二进制化为二进制1.3 1.3 1.3 1.3 不同数制间的转换不同数制间的转换不同数制间的转换不同数制间的转换5、八进制数与二进制数的转换例：将例：将(011110.010111)(011110.010111)2 2化为八进制化为八进制例：将例：将(52.43)(52.43)8 8化为二进制化为二进制1.3 1.3 1.3 1.3 不同数制间的转换不同数制间的转换不同数制间的转换不同数制间的转换6、十六进制数与十进制数的转换 十六进制转换为十进制十六进制转换为十进制 十进制转换为十六进制：通过二进制转化十进制转换为十六进制：通过二进制转化 1.3 1.3 1.3 1.3 不同数制间的转换不
16、同数制间的转换不同数制间的转换不同数制间的转换1.4 二进制运算二进制运算1.4.1 二二进制算制算术运算的特点运算的特点算算术运算：运算：1：与十：与十进制算数运算的制算数运算的规则相同相同 2：逢二：逢二进一一 特点：加、减、乘、除特点：加、减、乘、除 全部可以用移位和相加全部可以用移位和相加这两种操作两种操作实现。简化化电路路结构构。 所以数字电路中普遍采用二进制算数运算所以数字电路中普遍采用二进制算数运算1.4.2 反反码、补码和和补码运算运算 二二进制数的正、制数的正、负号也是用号也是用0/1表示的。表示的。在定点运算中，最高位在定点运算中，最高位为符号位（符号位（0为正，正，1为负
17、）如如 +89 = （0 1011001 1011001） - -89 = （1 10110011011001）1.4 1.4 1.4 1.4 二进制数运算二进制数运算二进制数运算二进制数运算二进制数的补码：二进制数的补码：最高位为符号位（最高位为符号位（0 0为正，为正，1 1为负）为负）正数，补码和它的原码相同正数，补码和它的原码相同负数，补码负数，补码 = 数值位逐位求反数值位逐位求反(反码反码) 末位末位+ 1 1如如 +5 = （0 01010 0101） - -5 = （1 10111 1011）通过补码，将减一个数用加上该数的补码来实现通过补码，将减一个数用加上该数的补码来实现1
18、.4 1.4 1.4 1.4 二进制数运算二进制数运算二进制数运算二进制数运算 10 5 = 5 10 5 = 5 10 + 7 10 + 7 12= 5 12= 5 （舍弃进位）（舍弃进位） 7+5=12 7+5=12 产生进位的模产生进位的模 7 7是是-5-5对对模模模模数数1212的补码的补码 1.4 1.4 1.4 1.4 二进制数运算二进制数运算二进制数运算二进制数运算1011 1011 0111 = 0100 0111 = 0100 （11 - 7 = 411 - 7 = 4）1011 + 1001 = 1011 + 1001 = 1 101000100 =0100=0100（舍
19、弃进位）（舍弃进位） （11 + 911 + 916 = 416 = 4）0111 + 10010111 + 1001 =2 =24 401110111是是10011001对对模模模模 2 24 4 （1616）的补码）的补码1.4 1.4 1.4 1.4 二进制数运算二进制数运算二进制数运算二进制数运算 两个补码表示的二进制数相加时的符号位讨论两个补码表示的二进制数相加时的符号位讨论例：用二进制补码运算求出例：用二进制补码运算求出（用补码表示负数）（用补码表示负数）131310 10 、131310 10 、131310 10 、13131010结论：将两个加数的符号位和来自最高位数结论：将
20、两个加数的符号位和来自最高位数字位的进位相加，结果就是和的符号字位的进位相加，结果就是和的符号 解：解：1.4 1.4 1.4 1.4 二进制数运算二进制数运算二进制数运算二进制数运算1.5 几种常用的几种常用的编码编码1.5.1 十进制代码十进制代码 （BCD码码 Binary Coded Decimal Codes） 几种常用的十进制代码几种常用的十进制代码十进制数十进制数8421码码余余3码码2421码码5211码码5421码码余余3循环码循环码0 00000000000110011000000000000000000000000001000101 1000100010100010000
21、0100010001000100010001011001102 20010001001010101001000100100010000100010011101113 30011001101100110001100110101010100110011010101014 40100010001110111010001000111011101000100010001005 50101010110001000101110111000100010001000110011006 60110011010011001110011001001100110011001110111017 7011101111010
22、1010110111011100110010101010111111118 81000100010111011111011101101110110111011111011109 9100110011100110011111111111111111100110010101010BCD码十码十进制数码进制数码8421码码余余3码码2421码码5121码码6311码码单位间单位间距码距码余余3循环循环码码移存码移存码000000011000000000011000000100001100010100000100010010000101100010200100101001000100101001101
23、110100300110110001100110111001001011001401000111010001110110011001000011501011000101110001001011111000111601101001110011001000010111011111701111010110111011010010011111110810001011111011101101110011101100910011100111111111100111010101000其他BCD代码 1.5 1.5 1.5 1.5 几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码1.5.2 1.5.2
24、 格雷码格雷码 （Gray Code, Gray Code, 循环码）循环码）特点：1.每一位的状态变化都按一定的顺序循环。 2.编码顺序依次变化，按表中顺序变化时，相邻代码只有一位改变状态。应用：减少过渡噪声 编码编码顺序顺序二进制二进制格雷码格雷码编码编码顺序顺序二进制码二进制码格雷码格雷码0 000000000000000008 810001000110011001 100010001000100019 910011001110111012 20010001000110011101010101010111111113 30011001100100010111110111011111011
25、104 40100010001100110121211001100101010105 50101010101110111131311011101101110116 60110011001010101141411101110100110017 70111011101000100151511111111100010001.5 1.5 1.5 1.5 几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码有权有权BCD码码即即代代码码中中的的每每位位二二进进制制数数码码都都有有确确定定的的位位权权值值。如表中的如表中的8421码、码、2421码、码、5121码、码、631-1码等。码等。对于有权对
26、于有权BCD码，可以根据位权展开求得所代表码，可以根据位权展开求得所代表的十进制数。例如：的十进制数。例如：1.5 1.5 1.5 1.5 几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码无权无权BCD码码即即代代码码没没有有确确定定的的位位权权值值，不不能能按按照照位位权权展展开开求求解解所所代代表表的的十十进进制制数数。如如表表中中的的余余码码、单单位位间间距距码码、余余循循环环码码等等。这这些些代代码码都都有有其其特特点点，适适用用于于不不同同的的场合。场合。用用BCD代码表示十进制数代码表示十进制数对于一个多位的十进制数，需要有与十进制位数对于一个多位的十进制数，需要有与十进制
27、位数相同的几组相同的几组BCD代码来表示。例如：代码来表示。例如：不能省略！不能省略！不能省略！不能省略！1.5 1.5 1.5 1.5 几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码1.5.3 美国信息交换标准代码（美国信息交换标准代码（ASCII）ASC是一组七位二进制代码，共是一组七位二进制代码，共128个个26个小写字母、个小写字母、26个大写字母、个大写字母、10个数字、个数字、32个符号、个符号、33个控制码和一个空格，总共个控制码和一个空格，总共128个字符码个字符码应用：计算机和通讯领域应用：计算机和通讯领域 1.5 1.5 1.5 1.5 几种常用的编码几种常用的编
28、码几种常用的编码几种常用的编码在计算机中，所有的数据在存储和运算时都要使用二进在计算机中，所有的数据在存储和运算时都要使用二进制数表示（因为计算机用高电平和低电平分别表示制数表示（因为计算机用高电平和低电平分别表示1和和0），例如，象），例如，象a、b、c、d这样的这样的52个字母（包括大写）个字母（包括大写）、以及、以及0、1、2等数字还有一些常用的符号（例如等数字还有一些常用的符号（例如*、#、等）。等）。在计算机存储时也要使用二进制数来表示，而具体用哪在计算机存储时也要使用二进制数来表示，而具体用哪个数字表示哪个符号，当然每个人都可以约定自己的一个数字表示哪个符号，当然每个人都可以约定自
29、己的一套（这就叫编码），而大家如果要想互相通讯而不造成套（这就叫编码），而大家如果要想互相通讯而不造成混乱，那么大家就必须使用相同的编码规则，于是美国混乱，那么大家就必须使用相同的编码规则，于是美国有关的标准化组织就出台了所谓的有关的标准化组织就出台了所谓的ASCII编码，统一规定编码，统一规定了上述常用符号用哪个二进制数来表示。了上述常用符号用哪个二进制数来表示。 1.5.3 美国信息交换标准代码（美国信息交换标准代码（ASCII）1.5 1.5 1.5 1.5 几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码1.5.4 奇偶校验码奇偶校验码奇偶校验码是奇校验码和偶校验码的统称，是一
30、种最基本的检错码。奇偶校验码是奇校验码和偶校验码的统称，是一种最基本的检错码。奇校验码，在附加上一个校验元以后，码长为奇校验码，在附加上一个校验元以后，码长为n的码字中的码字中“1”的个数为奇数个；的个数为奇数个；偶校验码，在附加上一个校验元以后，码长为偶校验码，在附加上一个校验元以后，码长为n的码字中的码字中“1”的个数为偶数个。的个数为偶数个。例：不带奇偶校验的内存每个字节只有例：不带奇偶校验的内存每个字节只有8位，如果某一位存储了错误的值，就位，如果某一位存储了错误的值，就会导致其存储的相应数据发生变化，进而导致应用程序发生错误。而奇偶校验会导致其存储的相应数据发生变化，进而导致应用程序
31、发生错误。而奇偶校验就是在每一字节（就是在每一字节（8位）之外又增加了一位作为错误检测位。位）之外又增加了一位作为错误检测位。假设存储的数据为假设存储的数据为 1110 0101，那么把每个位相加（，那么把每个位相加（111001011），结果是奇数，那么在校验位定义为），结果是奇数，那么在校验位定义为1，反之为，反之为0。当当CPU读取存储的数据时，会再次把前读取存储的数据时，会再次把前8位中存储的数据相加，计算结果是否位中存储的数据相加，计算结果是否与校验位相一致。从而一定程度上能检测出内存错误。与校验位相一致。从而一定程度上能检测出内存错误。 1.5 1.5 1.5 1.5 几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码数据 奇校验的编码 偶校验的编码00000000 100000000 00000000001010100 001010100 10101010001111111 001111111 10111111111111111 111111111 011111111奇偶校验，只能检测出错误，而无法对其进行修正；奇偶校验，无法检测出双位错误。1.5 1.5 1.5 1.5 几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码几种常用的编码第第1章作业章作业P171.1、4、9、10、11
