第1章 数字电路基础知识

第第 1章章 数字电路基础知识数字电路基础知识1.1.3 数字电路的分类和学习方法数字电路的分类和学习方法1.1.1 电子技术的发展与应用电子技术的发展与应用1.1.2 数字电路与模拟电路数字电路与模拟电路1.1 数字电路概述数字电路概述Date 11.1.1 电子技术的发展与应用1. 电子技术的应用科学研究中，先进的仪器设备；传统的机械行业，先进的数控机床、自动化生产线；通信、广播、电视、雷达、医疗设备、新型武器、交通、电力、航空、宇航等领域；日常生活的家用电器；电子计算机及信息技术。 Date 22.电子技术的发展 电子器件的改进与创新 1904年发明电真空器件（电子管） 电子管时代。1948年发明半导体器件 晶体管时代。20世纪 60年代制造出集成电路 集成电路时代。 3.电子技术的分类电子技术的分类电子技术 ：研究电信号的产生、传送、接收和处理。l 模拟电子技术l 数字电子技术Date 31.1.2 数字电路与模拟电路1. 基本概念电信号：指随时间变化的电压和电流。模拟信号 ：在时间和幅值上都为连续的信号。数字信号 ：在时间和幅值上都为离散的信号。模拟电路 ：处理和传输模拟信号的电路。数字电路 ：处理和传输数字信号的电路。Date 4模拟信号 ：时间上连续：任意时刻有一个相对的值。数值上连续：可以是在一定范围内的任意值。例如：电压、电流、温度、声音等。真实的世界是模拟的。缺点：很难度量；容易受噪声的干扰；难以保存。优点：用精确的值表示事物。模拟电路 ：处理和传输模拟信号的电路。三极管工作在线性放大区。Date 5数字信号 ：时间上离散：只在某些时刻有定义。数值上离散：变量只能是有限集合的一个值，常用 0、 1二进制数表示。例如：开关通断、电压高低、电流有无。Date 6数字化时代：音乐： CD、 MP3电影： MPEG、 RM、 DVD数字电视数字照相机数字摄影机手机数字电路 ：处理和传输数字信号的电路。三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。Date 72. 数字电路特点（与模拟电路相比）（ 1）数字电路的基本工作信号是用 1和 0表示的二进制的数字信号 ，反映在电路上就是高电平和低电平。（ 2）晶体管处于开关工作状态， 抗干扰能力强、精度高。（ 3） 通用性强 。结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产。（ 4）具有 “ 逻辑思维 ” 能力。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、逻辑判断，故又称为数字逻辑电路。Date 81.1.3 数字电路的分类和学习方法 1. 数字电路的分类（ 1）按电路结构分类 组合逻辑电路 ：电路的输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路原来的状态无关。时序逻辑电路 ：电路的输出信号不仅与当时的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。Date 9（ 2）按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路 (Small Scale IC， SSI)中规模集成电路 (Medium Scale IC， MSI)大规模集成电路 (Large Scale IC， LSI)超大规模集成电路 (Very Large Scale IC， VLSI)特大规模集成电路 (Ultra Large Scale IC， ULSI)巨大规模集成电路 (Gigantic Scale IC， GSI）Date 102. 数字电路的学习方法 （ 1） 逻辑代数 是分析和设计数字电路的重要工具，应熟练掌握。（ 2）重点掌握各种常用数字逻辑电路的 逻辑功能、外部特性及典型应用 。对其内部电路结构和工作原理不必过于深究。（ 3）掌握基本的 分析方法 。（ 4）本课程 实践性 很强。应重视习题、基础实验和综合实训等实践性环节。（ 5）注意培养和提高 查阅 有关技术资料和数字集成电路产品手册的能力。 Date 11 越来越大的设计 越来越短的推向市场的时间 越来越低的价格 大量使用计算机辅助设计工具（ EDA技术） 多层次的设计表述 大量使用复用技术IP（ Intellectual Property）3. 当前数字电路设计的趋势当前数字电路设计的趋势Date 12作业题（思考题）作业题（思考题）1、什么是数字信号？与模拟信号有何区别？2、什么是数字电路？数字电路有哪些特点？3、数字电路在生活中有哪些广泛应用？4、怎样才能学好数字电路？Date 131.2 数制及编码1.2.1 数制数制1.2.2 数制转换数制转换1.2.3 编码编码结束结束放映放映Date 14复习复习什么是数字信号？数字电路的特点？Date 151.2.1 数制1. 十进制 l 数字符号（系数）： 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9l 计数规则：逢十进一l 基数： 10l 权： 10的幂 例： （ 1999） 10 =（ 110 3+910 2+910 1+910 0） 10 数码 数码 ：由数字符号构成且表示物理量大小的数字和数字组合。计数制 计数制 （简称数制）：多位数码中每一位的构成方法，以及从低位到高位的进制规则。Date 162. 二进制 l 数字符号： 0、 1l 计数规则：逢二进一l 基数： 2l 权： 2的幂一般形式为： （ N） 2 =（ bn-1bn-2b 1b0） 2= (bn-12n-1 bn-22n-2 b121 b020)10例： （ 1011101） 2 = （ 126+025+124+123+122+021+120） 10=（ 64+0+16+8+4+0+1） 10=（ 93） 10数值越大，位数越多，读写不方便，容易出错！Date 173. 八进制 l 数字符号： 07l 计数规则：逢八进一l 基数： 8l 权： 8的幂例 ：（ 128） 8=（ 182+281+880） 10=（ 64+16+8） 10=（ 88） 10Date 184. 十六进制 l 数字符号： 09、 A、 B、 C、 D、 E、 Fl 计数规则：逢十六进一l 基数： 16l 权： 16的幂例 ：（ 5D） 16=（ 5161+13160） 10=（ 80+13） 10=（ 93） 10Date 191.2.2 数制转换 1. 十进制数转换成二进制整数部分的转换：除 2取余法。例：求 （ 217） 10 =（ ） 2 解： 2217 余 1 b02108 余 0 b1254 余 0 b2 227 余 1 b3213 余 1 b426 余 0 b523 余 1 b621 余 1 b7 0 （ 217） 10 =（ 11011001） 2Date 20例：求 （ 0.3125） 10 =（ ） 2 解： 0.3125 2 = 0.625 整数为 0 b- 1 0.625 2 = 1.25 整数为 1 b- 20.25 2 = 0. 5 整数为 0 b- 3 0. 5 2 = 1.0 整数为 1 b- 4说明：有时可能无法得到 0的结果，这时应根据转换精度的要求适当取一定位数。小数部分的转换：乘 2取整法。 （ 0.3125） 10 =（ 0.0101） 2Date 212. 二进制与八进制、十六进制之间的转换 （ 1）二进制与八进制之间的转换三位二进制数对应一位八进制数。（ 101011100101） 2 =（ 101， 011， 100， 101） 2=（ 5345） 8（ 6574） 8 =（ 110， 101， 111， 100） 2=（ 110101111100） 2Date 22（ 2）二进制与十六进制之间的转换例如：（ 9A7E） 16 =（ 1001 1010 0111 1110） 2=（ 1001101001111110） 2四位二进制数对应一位十六进制数。（ 10111010110） 2 =（ 0101 1101 0110） 2=（ 5D6） 16Date 23表 1-1 几种计数进制数的对照表十进制 二进制 八进制 十六进制0 0000 0 01 0001 1 12 0010 2 23 0011 3 34 0100 4 45 0101 5 56 0110 6 67 0111 7 78 1000 10 89 1001 11 910 1010 12 A11 1011 13 B12 1100 14 C13 1101 15 D14 1110 16 E15 1111 17 FDate 241.2.3 编码 二进制代码：具有特定意义的二进制数码。编码：代码的编制过程。BCD码：用一个四位二进制代码表示一位十进制数字的编码方法。 1. 二 十进制编码 （ BCD码）* 25表 1-2 几种常用的 BCD码 十进制数 8421码 5421码 余 3码0 0000 0000 00111 0001 0001 01002 0010 0010 01013 0011 0011 01104 0100 0100 01115 0101 1000 10006 0110 1001 10017 0111 1010 10108 1000 1011 10119 1001 1100 1100Date 26（ 1） 8421码l 选取 00001001表示十进制数 09。l 按自然顺序的二进制数表示所对应的十进制数字。l 是有权码，从高位到低位的权依次为 8、 4、 2、 1，故称为 8421码。l 10101111等六种状态是不用的，称为禁用码。例：（ 1985） 10 =（ 0001 1001 1000 0101） 8421BCDDate 27（ 2） 5421码（ 3）余 3码选取 00000100和 10001100这十种状态。01010111和 11011111等六种状态为禁用码。是有权码，从高位到低位的权值依次为 5、 4、 2、 1。 选取 00111100这十种状态。与 8421码相比，对应相同十进制数均要多 3（ 0011） ，故称余 3码。 Date 282. 其它常用的代码 （ 1）格雷码（又称循环码）特点 特点