数字电路郭建才主讲-第一章.ppt

EXIT 绪论 EXIT 数字电路 主讲：郭建才 EXIT 绪论 EXIT 一、为什么要开设这门课？ 二、课程主要内容介绍 三、参考书目 EXIT 绪论 EXIT 一、为什么要开设这门课？ 1、是数字化教学媒体的基础 2、是以下课程的基础 计算机组成原理与系统结构 微机原理 计算机接口技术 数据通信与计算机网络 数字影音技术 数字电视 EXIT 绪论 EXIT 普通高中通用技术 电子控制技术模块由4个主题组成 电子控制技术 传感器 数字电路电磁继电器 电子控制系统及其应用 EXIT 绪论 EXIT 二、课程主要内容介绍 第1章 数制和码制 第2章 逻辑代数基础 第3章 集成逻辑门电路 第4章 组合逻辑电路 第5章 集成触发器 第6章 时序逻辑电路 第7章 脉冲产生与整形电路 第8章 数模和模数转换器 EXIT 绪论 EXIT 三、参考书目 1、电子技术基础（数字部分）（第5版）康华光 主编 2、数字电子技术基础（第5版）阎石 主编 高等教育出版社 高等教育出版社 3、数字电子技术基础(第2版) 学习指导与习题解答 卫桦林主编 高等教育出版社 EXIT 绪论 EXIT 概 述 第 1 章 绪 论 数制与码制 本章小结 EXIT 绪论 EXIT 主要要求： 了解数字电路的特点和分类。 1.1 概 述 EXIT 绪论 EXIT 模拟电路 电子电路分类 数字电路 传递、处理模拟 信号的电子电路 传递、处理数字 信号的电子电路 一、数字电路与数字信号 EXIT 绪论 EXIT 模拟电路 数字电路 分析信号离散的数字信号 核心输出信号与输入信号的逻辑关系 器件工作情况非线性区域(作为开关器件) 分析信号连续的模拟信号 核心信号不失真的放大 器件工作情况线性区域（作为放大器件） EXIT 绪论 EXIT 模拟信号：在时间和数值上连续变化的信号。 时间上连续，幅值上也连续 数字信号：在时间和数值上变化是离散的信号。 时间上离散，幅值上整数化 t t EXIT 绪论 EXIT EXIT 绪论 EXIT 数字信号的优点是什么? (相对于模拟信号) 常见的数字媒体有哪些? EXIT 绪论 EXIT 数字信号的优点: 1、抗干扰的能力强。模拟信号在传输过程中噪声逐步 积累，而数字信号在传输过程中，基本上不产生新的噪 声，即信噪比基本不变。 2、便于加密处理。用简单的数字逻辑运算进行加密 、 解密处理。 3、便于存储、处理和交换。数字通信的信号形式和计 算机所用信号一致，都是二进制代码 ，因此便于与计 算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理 和交换。 EXIT 绪论 EXIT 数字媒体： 音乐：CD、MP3、数字音响 电影：VCD、DVD、MP4 数字电视(数字电视机顶盒) 数码相机 数字摄像机、录像机、数字投影机 计算机 数字电路在日常生活、计算机、通信、数控、电子测量 等领域得到广泛应用，请举日常生活应用的例子？ EXIT 绪论 EXIT 模拟信号与数字信号是否可以相互转换？ 如： 摄象机 非线性 编辑 Audio/Video 1394 EXIT 绪论 EXIT 1、数字摄象机、电视机、DVD机、电视投 影机有哪些接口？ 2、哪些接口是数字、哪些接口是模拟？ 3、如何使用这些接口？ 作业： EXIT 绪论 EXIT 输出信号与输入信号之间的对应逻辑关系 逻辑代数 只有高电平和低电平两个取值 导通(开)、截止(关) 具有算术运算能力和逻辑运算能力 ，可进行逻辑推理和逻辑判断、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 研究对象 分析工具 信 号 电子器件 工作状态 主要优点 二、数字电路特点 EXIT 绪论 EXIT 将晶体管、电阻、电 容等元器件用导线在线路 板上连接起来的电路。 将上述元器件和导线通过半 导体制造工艺做在一块硅片上而 成为一个不可分割的整体电路。 根据电路结构不同分 分立元件电路集 成 电 路 根据半导体的导电类型不同分 双极型数字集成电路单极型数字集成电路 以双极型晶体管 作为基本器件 以单极型晶体管 作为基本器件 例如 CMOS例如 TTL 三、数字电路的分类 EXIT 绪论 EXIT 集成电电路 分 类类 集 成 度电电路规规模与范围围 小规规模集成 电电路 SSI 1 10 门门/片或 10 100 个元件 /片 逻辑单逻辑单 元电电路 包括：逻辑门电逻辑门电 路、集成触发发器 中规规模集成 电电路 MSI 10 100 门门/片 或 100 1000 个元件/片 逻辑逻辑 部件 包括：计计数器、 译码译码 器、编码编码 器、数据选择选择 器、寄存器、 算术术运算器、比较较器、转换电转换电 路等 大规规模集成 电电路 LSI 100 1000 门门/ 片或 1000 100000 个元件 /片 数字逻辑逻辑 系统统 包括：中央控制器、存储储器、各种接 口电电路等 超大规规模集 成电电路 VLSI 大于 1000 门门/ 片或大于 10 万 个元件/片 高集成度的数字逻辑逻辑 系统统 例如：各种型号的单单片机，即在一片 硅片上集成一个完整的微型计计算机 根据集成密度不同分 EXIT 绪论 EXIT 理解 BCD 码的含义，掌握 8421BCD 码。 主要要求： 掌握十进制数和二进制数的表示及其相互转换。 掌握十六进制，了解八进制。 1.2 数制和码制 EXIT 绪论 EXIT 十六进制：广泛应用于微机的汇编语言 二进制：广泛应用于数字电路 EXIT 绪论 EXIT EXIT 绪论 EXIT 计数的方法 (一) 十进制 (Decimal) (xxx)10 或 (xxx)D 例如(3176.54)10 或(3176.54)D 数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 1101 1100 510-1 110-2 权 权 权 权 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，借一当十 10i 称十进制的权 10 称为基数 0 9 十个数码称系数 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 (3176.54)10 = 3103 + 1102 + 7101 + 6100 + 510-1 + 410-2 一、数制 EXIT 绪论 EXIT 例如 0 + 1 = 1 1 + 1 = 10 11 + 1 = 100 10 1 = 1 (二) 二进制 (Binary) (xxx)2 或 (xxx)B 例如 (1011.11)2 或 (1011.11)B 数码：0、1 进位规律：逢二进一，借一当二 权：2i 基数：2 系数：0、1 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。 = 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 (1011.11)2 = (11.75)10 = 11.75 (1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12-1 + 12-2 EXIT 绪论 EXIT (三) 八进制和十六进制 进制 数的表示 计数规律 基数 权 数码 八进制 (Octal) (xxx)8 或(xxx)O 逢八进一，借一当八 8 0 7 8i 十六进制(Hexadecimal) (xxx)16 或(xxx)H 逢十六进一，借一当十六 16 0 9、A、B、C、D、E、F 16i 例如 (437.25)8 = 482 + 381 + 780 + 28-1 + 58-2 = 256 + 24 + 7 + 0.25 + 0.078125 = (287.328125)10 例如(3BE.C4)16 = 3162 + 11161 + 14160 + 1216-1 + 416-2 = 768 + 176 + 14 + 0.75 + 0.015625 = (958.765625)10 EXIT 绪论 EXIT 【练习】将下列数值转换为十进制数 (101.01)2 (205.4)8 (AF.8)16 解： (101.01)2= 12202112002 -112-2 =(5.25)10 (205.4)8= 28208158 048 1 =(133. 5)10 (AF.8)16= 1016 1 15160816 -1 =(175. 5)10 【思考】以下数值中最大的和最小的分别是哪个？ (1234)8 (1234)16 (1234)5 (1234)10 (11011011)2 (219)16 (210)8 (219)10 EXIT 绪论 EXIT 二、不同数制间的关系与转换 对同一个数的不同计数方法 (一) 不同数制间的关系 二、不同数制间的关系与转换 十进制、二进制、八进制、十六进制对照表 7701117 6601106 5501015 4401004 3300113 2200102 1100011 0000000 十六进制八进制二进制十进制 F17111115 E16111014 D15110113 C14110012 B13101111 A12101010 91110019 81010008 十六进制八进制二进制十进制 EXIT 绪论 EXIT 1.500 1 整数 0.750 0 (二) 不同数制间的转换 1. 各种数制转换成十进制 2. 十进制转换为二进制 例 将十进制数 (26.375)10 转换成二进制数 26 6 1 3 0 1 1 0 1 2 (26 )10 = (11010 ) 2 2 2 1.000 1 .375 2 2 2 2 0.375 2 一直除到商为 0 为止 余数 13 0 按权展开求和 整数和小数分别转换 整数部分：除 2 取余法 小数部分：乘 2 取整法 读 数 顺 序 读 数 顺 序 .011 EXIT 绪论 EXIT 练习练习 ：将(44)10化为二进制数。 所以：(44)10(101100)2 EXIT 绪论 EXIT 练习练习 ：将(0.625)10化为二进制数。 所以： (0.625)10 (0.101)2 1 1 0 0 1 1 0.625 2 1.250 2 0.500 2 1.000 EXIT 绪论 EXIT 每位八进制数用三位二进 制数代替，再按原顺序排列。 八进制二进制 3. 二进制与八进制间的相互转换 二进制八进制 (11100101.11101011)2 = (345.726)8 (745.361)8 = (111100101.011110001)2 补0 (11100101.11101011)2 = ( ? )8 11100101.11101011 00 345726 从小数点开始，整数部分向左 (小数部分向右) 三位一组，最后不 足三位的加 0 补足三位，再按顺序 写出各组对应的八进制数 。 补0 11100101 11101011 EXIT 绪论 EXIT 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。 4. 二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 0 (10011111011.111011)2 = ( ? )16 10011111011.11101100 4FBEC 0 十六进制二进制 : 每位十六进制数用四位二进 制数代替，再按原顺序排列。 二进制十六进制 : 从小数点开始，整数部分向 左(小数部分向右) 四位一组， 最后不足四位的加 0 补足四位， 再按顺序写出各组对应的十六进 制数 。 补 0 10011111011 111011 EXIT 绪论 EXIT 例如 ：用四位二进制数码表示十进制数 0 9 0000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 4 0101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9 将若干个二进制数码 0 和 1 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 码，简称二进制码。 用数码的特定组合表示特定信息的过程称编码 三、二进制代码 常用二进制代码 自然二进制码 二 - 十进制码 格雷码 奇偶检验码 ASCII 码 (美国信息交换标准代码) EXIT 绪论 EXIT 一位二进制代码有0，1二个状态，可表示二种信息。 二位二进制代码有22四种状态，00，01，10，11可表 示为四种信息。 n 位二进制代码有2n 种状态，可表示2n种信息。 EXIT 绪论 EXIT ASCII 码表 EXIT 绪论 EXIT 字符十进制十六进制 6440 A6541 B6642 C6743 D6844 E6945 F7046 G7147 H7248 I7349 J744a K754b L764c M774d N784e ASCII 码表 EXIT 绪论 EXIT 例如：用三位自然二进制码表示十进制数 0 7： 000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111 7 (一) 自然二进制码 按自然数顺序排 列的二进制码 (二) 二-十进制代码 表示十进制数 0 9 十 个数码的二进制代码 (又称 BCD 码 即 Binary Coded Decimal) 1 位十进制数需用 4 位二进制数表示 ，故 BCD 码为 4 位。 4 位二进制码有 16 种组合，表示 0 9十个数 可有多种方案，所以 BCD 码有多种。 EXIT 绪论 EXIT 常用二 - 十进制代码表 111111111100 111011101011 110101111010 110001101001 101101011000 010001000100 001100110011 001000100010 000100010001 000000000000 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 十 进 制 数 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 余 3 码2421(B)2421(A) 5421 码 8421 码 无权码 有 权 码 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 权为 8、4、2、1 比 8421BCD 码多余 3 取四位自然二进制数的前 10 种组合， 去掉后 6 种组合 1010 1111。 EXIT 绪论 EXIT 用 BCD 码表示十进制数举例： (36) 10 = ( )8421BCD (4.79)10 = ( )8421BCD (01010000)8421BCD = ( )10 注意区别 BCD 码与数制： (150)10 = (000101010000)8421BCD = (10010110)2 = (226)8 = (96)16 6 0110 3 0011 4. 0100.7 01119 1001 0101 50000 0 EXIT 绪论 EXIT 本章小结 数字电电路是传递传递 和处处理数字信号的电电子电电路 。 它有分立元件电电路和集成电电路两大类类，数字 集成电电路发发展很快，目前多采用中大规规模以 上的集成电电路。 数字电路的主要优点是便于高度集成化、工