电子科技大学数字电路课件-第一章.ppt

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1、链接演示文稿主页面第第 1 章章 绪论绪论第第 1 章绪论章绪论 概述概述数制和码制数制和码制二进制数的算术运算二进制数的算术运算本章小结本章小结返回首页第第 1 章章 绪论绪论主要要求：主要要求：了解数字电路的特点和分类。了解数字电路的特点和分类。了解模拟信号、模拟电路与数字信号、数了解模拟信号、模拟电路与数字信号、数字电路的区别。字电路的区别。1.1概述概述返回首页第第 1 章章 绪论绪论模拟电路模拟电路电子电路分类电子电路分类数字电路数字电路 传递、处理模拟传递、处理模拟 信号的电子电路信号的电子电路 传递、处理数字传递、处理数字信号的电子电路信号的电子电路数字信号数字信号时间上和幅度上

2、都时间上和幅度上都断续断续变化的信号变化的信号 模拟信号模拟信号时间上和幅度上都时间上和幅度上都连续连续变化的信号变化的信号1.1.1 数字信号和数字电路数字信号和数字电路返回首页第第 1 章章 绪论绪论输出信号与输入信号之间的对应逻辑关系输出信号与输入信号之间的对应逻辑关系逻辑代数逻辑代数只有高电平和低电平两个取值只有高电平和低电平两个取值导导通通(开开)、截止、截止(关关)便于高度集成化、工作可靠性高、便于高度集成化、工作可靠性高、抗干扰能力强和保密性好等抗干扰能力强和保密性好等研究对象研究对象分析工具分析工具信信 号号电子器件电子器件工作状态工作状态主要优点主要优点1.1.2 数字电路特

3、点和分类数字电路特点和分类一、数字电路的特点一、数字电路的特点返回首页第第 1 章章 绪论绪论将晶体管、电阻、电将晶体管、电阻、电容等元器件用导线在线路容等元器件用导线在线路板上连接起来的电路。板上连接起来的电路。将将上上述述元元器器件件和和导导线线通通过过半半导导体体制制造造工工艺艺做做在在一一块块硅硅片片上上而而成为一个不可分割的整体电路。成为一个不可分割的整体电路。根据电路结构不同分根据电路结构不同分分立元件电路分立元件电路集集 成成 电电 路路根据半导体的导电类型不同分根据半导体的导电类型不同分 双极型数字集成电路双极型数字集成电路单极型数字集成电路单极型数字集成电路以双极型以双极型晶

4、体管晶体管作为基本器件作为基本器件以以单极单极型型晶体管晶体管作为基本器件作为基本器件例如例如 CMOS例如例如 TTL、ECL二、数字电路的分类二、数字电路的分类返回首页第第 1 章章 绪论绪论集成电路集成电路分分 类类集集 成成 度度电路规模与范围电路规模与范围小规模集成小规模集成电路电路 SSI1 10 门门/片或片或10 100 个元件个元件/片片逻辑单元电路逻辑单元电路包括：逻辑门电路、集成触发器包括：逻辑门电路、集成触发器中规模集成中规模集成电路电路 MSI10 100 门门/片或片或 100 1000 个元件个元件/片片逻辑部件逻辑部件 包括：计数器、包括：计数器、译码器、编码器

5、、译码器、编码器、数据选择器、寄存器、算术运算器、比较器、数据选择器、寄存器、算术运算器、比较器、转换电路等转换电路等 大规模集成电大规模集成电路路 LSI100 10000 门门/片片或或 1000 100000 个个元件元件/片片数字逻辑系统数字逻辑系统包括：中央控制器、存储器、各种接口电路包括：中央控制器、存储器、各种接口电路等等超大规模集超大规模集 成成电路电路 VLSI大于大于 10000 门门/片片或大于或大于 10 万个元万个元件件/片以上片以上高集成度的数字逻辑系统高集成度的数字逻辑系统例如：各种型号的单片机，即在一片硅片上例如：各种型号的单片机，即在一片硅片上集成一个完整的微

6、型计算机集成一个完整的微型计算机根据集成密度不同分根据集成密度不同分返回首页第第 1 章章 绪论绪论理解理解 BCD 码的含义，掌握码的含义，掌握 8421BCD 码码，了解其他常用了解其他常用 BCD 码。码。主要要求：主要要求：掌握二进制数、十六进制及其与十进制数掌握二进制数、十六进制及其与十进制数的相互转换。的相互转换。1.2数制和码制数制和码制返回首页第第 1 章章 绪论绪论 一、一、十进制十进制 (Decimal)(xxx)10 或或(xxx)D 例如例如(385.64)10 或或(385.64)D 数码：数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、91101 1100 510-1 1

7、10-2权权 权权 权权 权权 数码所处位置不同时，所代表的数值不同数码所处位置不同时，所代表的数值不同(11.51)10 进位规律：逢十进一进位规律：逢十进一10i 称十进制的权称十进制的权 10 称为基数称为基数 0 9 十个数码称系数十个数码称系数数码与权的乘积，称为加权系数数码与权的乘积，称为加权系数十进制数可表示为各位加权系数之和，称为按权展开式十进制数可表示为各位加权系数之和，称为按权展开式 (385.64)10=3102+8101+5100+610-1+410-21.2.1 数制数制 计数进制的简称计数进制的简称返回首页第第 1 章章 绪论绪论 例如例如 0+1=1 1+1=10

8、 11+1=100 二、二、二进制二进制 (Binary)(xxx)2 或或(xxx)B 例如例如(1011.11)2 或或(1011.11)B 数码：数码：0、1 进位规律：逢二进一进位规律：逢二进一权：权：2i 基数：基数：2按权展开式表示按权展开式表示(1011.11)2=123+022+121+120+12-1 +12-2 将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。=8+0+2+1+0.5+0.25(1011.101)2=(11.75)10=11.75 (1011.11)2=123+022+121+120+12-1+12-2返回首

9、页第第 1 章章 绪论绪论 三、三、八进制八进制 (Octal)(xxx)8 或或(xxx)O 例如例如(573.46)8 或或(573.46)O 数码：数码：0、1、2、3、4、5、6、7进位规律：逢八进一进位规律：逢八进一权：权：8i 基数：基数：8按权展开式表示按权展开式表示(573.46)8=582+781+380+48-1 +68-2 将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。(573.46)8=582+781+380+48-1+68-2=320+56+3+0.5+0.09375(573.46)8=(379.59375)10=3

10、79.59375 返回首页第第 1 章章 绪论绪论 四、四、十六进制十六进制 (Hexadecimal)(xxx)16 或或(xxx)H 例如例如(5EC.D4)16 或或(5EC.D4)H 数码：数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)进位规律：逢十六进一进位规律：逢十六进一权：权：16i 基数：基数：16按权展开式表示按权展开式表示(5EC.D4)16=5162+14161+12160+1316-1 +416-2 将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。=1

11、280+224+12+0.8125+0.015625(5EC.D4)16=(1516.828125)10=1516.828125 (5EC.D4)16=5162+14161+12160+1316-1+416-2返回首页第第 1 章章 绪论绪论 一一、二进制、八进制和十六进制转换为十进制、二进制、八进制和十六进制转换为十进制 方法：按权展开求和方法：按权展开求和例例 将将(101110.011)2、(637.34)8、(8ED.C7)16转转换为十进制数。换为十进制数。解解:(101110.011)2=125+024+123+122+121+020+02-1+12-2+12-3 =(46.375

12、)10(637.34)8=682+381+780+38-1+48-2 =(415.4375)10(8ED.C7)16=8162+14161+13160+1216-1+716-2 =(2285.7773)10 1.2.2 不同数制间的转换不同数制间的转换返回首页第第 1 章章 绪论绪论1.500 1 整数整数0.750 0 二、二、十进制转换为二进制、八进制和十六进制十进制转换为二进制、八进制和十六进制例例 将十进制数将十进制数(26.375)10 转换成二进制数转换成二进制数 26 6 1 3 01 10 12(26 )10=(11010 )2 2 21.000 1.37522220.375

13、2一直除到商为一直除到商为 0 为止为止 余数余数 13 0方法：方法：整数部分采用整数部分采用“除基逆取余法除基逆取余法”小数部分采用小数部分采用“乘基顺取整法乘基顺取整法”读读数数顺顺序序读读数数顺顺序序.011返回首页第第 1 章章 绪论绪论 每位八进制数用三位二进每位八进制数用三位二进制数代替，再按原顺序排列。制数代替，再按原顺序排列。八进制八进制二进制二进制 二进制二进制八进制八进制(11100101.11101011)2 =(345.726)8 (745.361)8=(111100101.011110001)2 补补0(11100101.11101011)2=(?)8 111001

14、01.11101011 00 345726 从小数点开始，整数部分向左从小数点开始，整数部分向左(小数部分向右小数部分向右)三位一组三位一组，最后，最后不不足三位的加足三位的加 0 补足补足三位，再按顺序三位，再按顺序写出各组对应的八进制数写出各组对应的八进制数。补补011100101 11101011三、三、二进制与八进制、十六进制相互转换二进制与八进制、十六进制相互转换1.二进制和八进制间的相互转换二进制和八进制间的相互转换 返回首页第第 1 章章 绪论绪论二进制二进制十六进制十六进制:从小数点开始，整数部分从小数点开始，整数部分向左向左(小数部分向右小数部分向右)四位一组四位一组，最后，

15、最后不足四位的加不足四位的加 0 补足补足四位，再按顺四位，再按顺序写出各组对应的十六进制数序写出各组对应的十六进制数。一位十六进制数对应四位二进制数，因此二进制数四一位十六进制数对应四位二进制数，因此二进制数四位为一组。位为一组。2.二二进制和十六进制间的相互转换进制和十六进制间的相互转换 (10011111011.111011)2=(4FB.EC)16 (3BE5.97D)16=(11101111100101.100101111101)2 补补 0(10011111011.111011)2=(?)16 10011111011.11101100 4FBEC0 十六进制十六进制二进制二进制:每

16、位十六进制数用四位二进每位十六进制数用四位二进制数代替，再按原顺序排列。制数代替，再按原顺序排列。补补 010011111011 111011返回首页第第 1 章章 绪论绪论例如例如：用四位二进制数码表示十进制数：用四位二进制数码表示十进制数 0 90000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 40101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9将若干个二进制数码将若干个二进制数码 0 和和 1 按一定规则排按一定规则排列起来表示某种特定含义的代码称为二进制代列起来表示某种特定含义的代码称为二进制代码，简称二进制码码，简称二进制码。用数码的特定组合表示特定

17、信息的过程称编码用数码的特定组合表示特定信息的过程称编码 1.2.3 二进制代码二进制代码 常用二进制代码常用二进制代码 自然二进制码自然二进制码 二二-十进制码十进制码 格雷码格雷码 奇偶检验码奇偶检验码 ASCII 码码 (美国信息交换标准代码美国信息交换标准代码)返回首页第第 1 章章 绪论绪论常用的二常用的二-十进制十进制 BCD 码有：码有：(1)8421BCD码码(2)2421BCD 码和码和 5421BCD码码(3)余余 3 BCD码码 一、一、二二-十进制代码十进制代码 将一位十进制数将一位十进制数 0 9 十个数十个数字用四位二进制数表示的代码字用四位二进制数表示的代码 (又

18、称又称 BCD 码码 即即 Binary Coded Decimal)4 位二进制码有位二进制码有 16 种组合，表示种组合，表示 0 9十个数十个数可有多种方案，所以可有多种方案，所以 BCD 码有多种码有多种。恒权码恒权码,取取4 4位自然二进位自然二进制数的前制数的前1010种组合。种组合。无权码，比无权码，比8421BCD 码多余码多余3(0011)。恒权码恒权码,从高位到低位从高位到低位的权值分别为的权值分别为2、4、2、1和和5、4、2、1。返回首页第第 1 章章 绪论绪论常用二常用二-十进制代码表十进制代码表 11111111110011101110101111010111101

19、01100011010011011010110000100010001000011001100110010001000100001000100010000000000009876543210 十十 进进 制制 数数1100101110101001100001110110010101000011余余 3 码码2421(B)2421(A)5421 码码 8421 码码无权码无权码 有有 权权 码码1001100001110110010101000011001000010000权为权为 8、4、2、1比比 8421BCD 码多余码多余 3取四位自然二进制数的前取四位自然二进制数的前 10 种组合，种

20、组合，去掉后去掉后 6 种组合种组合 1010 1111。返回首页第第 1 章章 绪论绪论用用 BCD 码表示十进制数举例码表示十进制数举例：(36)10=()8421BCD (4.79)10=()8421BCD (01010000)8421BCD=()10 注意区别注意区别 BCD 码与数制：码与数制：(150)10=(000101010000)8421BCD =(10010110)2=(226)8 =(96)16 6 0110 3 0011 4.0100.7 01119 10010101 50000 0返回首页第第 1 章章 绪论绪论1.格雷码格雷码(Gray 码码，又称循环码又称循环码)

21、0110最低位最低位(最右边一位最右边一位)以以 0110 为循环节为循环节次低位以次低位以 00111100 为循环节为循环节第三位以第三位以 0000111111110000 为循环节为循环节.011001100110001111000011110000001111111100000000000011111111典型格雷码构成规则典型格雷码构成规则：二、二、可靠性代码可靠性代码 返回首页第第 1 章章 绪论绪论特点：特点：任意两组相邻代码之间只有任意两组相邻代码之间只有一位一位不同不同应用：减少过渡噪声应用：减少过渡噪声编码顺序编码顺序二进制二进制格雷码格雷码编码顺序编码顺序二进制码二进制

22、码格雷码格雷码000000000810001100100010001910011101200100011101010111130011001011101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000返回首页第第 1 章章 绪论绪论2.奇偶校验码奇偶校验码 组成组成 信信 息息 码码：需要传送的信息本身。需要传送的信息本身。1 位校验位：取值为位校验位：取值为 0 或或 1，以使整个代码，以使整个代码 中中“1”的个数为奇数或偶数。的个数为奇数或偶数。使使1的的个个数数为为奇奇数数

23、的的称称奇奇校校验验，1的的个个数数为为偶偶数数的称偶校验。的称偶校验。返回首页第第 1 章章 绪论绪论 8421 奇偶校验码奇偶校验码 01 0 0 111 0 0 1911 0 0 001 0 0 0810 1 1 100 1 1 1700 1 1 010 1 1 0600 1 0 110 1 0 1510 1 0 000 1 0 0400 0 1 110 0 1 1310 0 1 000 0 1 0210 0 0 100 0 0 1100 0 0 010 0 0 00校校 验验 码码信信 息息 码码校校 验验 码码信信 息息 码码8421 偶偶 校校 验验 码码8421 奇奇 校校 验验

24、 码码十进制数十进制数返回首页第第 1 章章 绪论绪论主要要求：主要要求：掌握二进制数原码、反码和补码及其表示方掌握二进制数原码、反码和补码及其表示方法。法。1.3二进制数的算术运算二进制数的算术运算返回首页第第 1 章章 绪论绪论一、二进制加法一、二进制加法1.3.1 两数绝对值之间的运算两数绝对值之间的运算二进制数的加、减、乘、除等算术运算的规则和十进二进制数的加、减、乘、除等算术运算的规则和十进制数相似，所不同的是制数相似，所不同的是:二进制数的加法运算规则为二进制数的加法运算规则为“逢二进一逢二进一”；减法运算规则为；减法运算规则为“借一作二借一作二”。二进制数的二进制数的加法规则加法

25、规则是：是：0+0=10+0=1，0+1=10+1=1，1+0=11+0=1，1+1=1 01+1=1 01二、二进制减法二、二进制减法二进制数的二进制数的减法规则减法规则是：是：0-0=10-0=1，1-1=01-1=0，1-0=11-0=1，0-1=1 0-1=10-1=1 0-1=11返回首页第第 1 章章 绪论绪论三、二进制乘法三、二进制乘法二进制数的二进制数的乘法规则乘法规则是：是：0*0=00*0=0，0*1=00*1=0，1*0=01*0=0，1*1=11*1=1四、二进制除法四、二进制除法二二进进制制数数的的除除法法规规则则是是：被被除除数数从从高高位位开开始始逐逐位位向向低低

26、位位不不断断减减去去除除数数，够够减减时时商商为为1 1，不不够够减减时时商商为为0 0，不不断断减减下下去去便可求得商。便可求得商。乘乘法法运运算算也也可可用用加加法法运运算算来来完完成成，只只要要将将被被乘乘数数连连续续进行加法运算就可求得结果。进行加法运算就可求得结果。除除法法运运算算也也可可用用减减法法运运算算来来完完成成，只只要要将将被被除除数数连连续续减减去去除数就可求得结果，减法运算的次数就是商。除数就可求得结果，减法运算的次数就是商。返回首页第第 1 章章 绪论绪论一、原码表示一、原码表示1.3.2 原码、反码和补码原码、反码和补码一般情况下，数的正、负是在数的最高位前面加上一

27、般情况下，数的正、负是在数的最高位前面加上“+”+”或或“-”-”来表示，而在计算机中，数的正和负是用数码来表示，通常采用来表示，而在计算机中，数的正和负是用数码来表示，通常采用的方法是在二进制数最高位的前面加一个符号位来表示，符号位的方法是在二进制数最高位的前面加一个符号位来表示，符号位后面的数码表示数。后面的数码表示数。正数的符号位用正数的符号位用“0”0”表示，负数的符号位用表示，负数的符号位用“1”1”表示，如表示，如原原码码由由二二进进制制数数的的原原数数值值部部分分和和符符号号位位组组成成，又又称称为为符符号号数值表示法。数值表示法。如如二二进进制制数数+1010101+10101

28、01的的原原码码为为0101010101010101；-1010101-1010101的的原原码码为为11010101.11010101.(+13)(+13)1010=(1101)=(1101)2 2，0(-13)(-13)1010=(1101)=(1101)2 2，1返回首页第第 1 章章 绪论绪论二、反码表示二、反码表示二二进进制制数数的的反反码码是是这这样样规规定定的的：对对于于正正数数，反反码码和和原原码码相相同同，为为符符号号位位加加上上原原数数值值；对对于于负负数数，反反码码为为符符号号位位加加上上原原数数值值按位取反按位取反。表示如下：。表示如下：如如二二进进制制数数+10010

29、101+10010101的的反反码码为为010010101010010101；-10010101-10010101的的反反码码为为101101010.101101010.返回首页第第 1 章章 绪论绪论三、补码表示三、补码表示二二进进制制数数的的补补码码是是这这样样规规定定的的：对对于于正正数数，补补码码和和原原码码、反反码码相相同同；对对于于负负数数，补补码码为为符符号号位位加加上上原原数数值值按按位位取取反反后后再再在最低位加在最低位加1 1，即为反码加，即为反码加1 1。表示如下：表示如下：如如 二二 进进 制制 数数+110011+110011的的 补补 码码 为为 011001101

30、10011；-110011-110011的的 补补 码码 为为1001101.1001101.返回首页第第 1 章章 绪论绪论本章小结本章小结数字数字电电路路是是传递传递和和处处理数字信号的理数字信号的电电子子电电路。路。它有分立元件它有分立元件电电路和集成路和集成电电路两大路两大类类，数字，数字集成集成电电路路发发展很快，目前多采用中大展很快，目前多采用中大规规模以模以上的集成上的集成电电路。路。数字电路的主要优点数字电路的主要优点是便于高度集成化、工是便于高度集成化、工作可靠性高、抗干扰能力强和保密性好等。作可靠性高、抗干扰能力强和保密性好等。返回首页第第 1 章章 绪论绪论数数字字电电路

31、路中中的的信信号号只只有有高高电电平平和和低低电电平平两两个个取取值值，通通常常用用 1 表表示示高高电电平平，用用 0 表表示示低低电电平平，正正好好与与二二进进制制数数中中 0 和和 1 对对应应，因因此此，数数字字电电路中主要采用二进制。路中主要采用二进制。常常用用的的计计数数进进制制有有十十进进制制、二二进进制制、八八进进制制和和十六进制。十六进制。二进制数进位规律是逢二进一。二进制数进位规律是逢二进一。其基数为其基数为 2；权为；权为 2i（i 为整数）。为整数）。返回首页第第 1 章章 绪论绪论二进制代码二进制代码指将若干个二进制数码指将若干个二进制数码 0 和和 1 按一按一定规

32、则排列起来表示某种特定含义的代码，简定规则排列起来表示某种特定含义的代码，简称二进制码。称二进制码。二进制数二进制数十进制数十进制数方法：按权展开后求和。方法：按权展开后求和。十进制数十进制数二进制数二进制数方法方法：整数：整数“除除 2 取余取余”法，法，小数小数“乘乘 2 取整取整”法。法。写出转换结果时需注意读数的顺序。写出转换结果时需注意读数的顺序。返回首页第第 1 章章 绪论绪论BCD 码指用以表示十进制数码指用以表示十进制数 0 9 十个数码的十个数码的二进制代码二进制代码。十进制数与十进制数与 8421 码对照表码对照表 十进十进制数制数8421 码码十进十进制数制数8421 码

33、码十进十进制数制数8421 码码十进十进制数制数8421 码码十进十进制数制数8421 码码00000200104010060110810001000130011501017011191001编码是用数码的特定组合表示特定信息的过程。编码是用数码的特定组合表示特定信息的过程。返回首页第第 1 章章 绪论绪论采采用用可可靠靠性性代代码码能能有有效效地地提提高高设设备备的的抗抗扰扰能能力力，常常用用的的可可靠靠性性代代码码有有格格雷雷码码和和奇奇偶偶校校验验码码。奇奇偶偶校校验验码码中中，使使“1”的的个个数数为为奇奇数数的的称称奇奇校校验验，为偶数为偶数的称的称偶校验偶校验。带带符符号号的的二二进进制制数数有有原原码码、反反码码和和补补码码三三种种表表示示方方法法：对对于于正正数数，原原码码、反反码码和和补补码码都都相相同同；对对于于负负数数，符符号号位位不不变变，反反码码为为原原码码按按位位取取反反的值；补码为反码加的值；补码为反码加1.1.