数字电子技术1.ppt

1 TELmail zyz 数字电子技术 华侨大学信息科学与工程学院 张育钊 2 1数字逻辑概论 1 1数字电路与数字信号1 2数制1 3二进制数的算术运算1 4二进制代码1 5二值逻辑变量与基本逻辑运算1 6逻辑函数及其表示方法作业 3 1 1数字电路与数字信号 1 1 1数字技术的发展及其应用1 1 2数字集成电路的分类及特点1 1 3模拟信号和数字信号1 1 4数字信号的描述方法 4 1 2数制 1 2 1十进制1 2 2二进制1 2 3二 十进制之间的转换1 2 4十六进制和八进制 5 1 3二进制数的算术运算 1 3 1无符号二进制数的算术运算1 3 2带符号二进制数的减法运算 6 1 4二进制代码 1 4 1二 十进制码1 4 2格雷码1 4 3ASCII码 7 1 1 1数字技术的发展及其应用 一 数字技术的发展1 20世纪初直至中叶 主要使用的电子器件是真空管 也称电子管 2 第一只晶体三极管于1947年问世 开创了电子技术的新领域 3 60年代初 模拟和数字集成电路相继上市 4 70年代末微处理器的问世 5 1988年 集成工艺可在lcm2的硅片上集成3500万个元件 说明集成电路进入甚大规模阶段 8 1 1 1数字技术的发展及其应用 二 数字技术的应用1 数字技术应用的典型代表是电子计算机 2 广播3 电视4 通信5 医学诊断6 测量7 控制8 家用电器 9 1 1 1数字技术的发展及其应用 随着微电子技术的发展 将会有更多的数字电子产品问世 数字技术的发展 计算机的应用正改变着人类的生活方式 生产方式及思维方式 它使得工业自动化 农业自动化 办公自动化和通信网络化成为现实 无论数字技术如何发展 终不能代替模拟技术 模拟技术在电子系统中是不可或缺 10 1 1 2数字集成电路的分类及特点 一 数字电路的分类 11 1 1 2数字集成电路的分类及特点 二 数字集成电路的特点1 工作可靠 稳定性好 2 不需要复杂数学知识 易于设计 3 便于批量生产 成本低 4 可编程性高 5 高速 低功耗 12 1 1 2数字集成电路的分类及特点 三 数字电路的分析 设计 调试1 数字电路的分析方法主要研究输入 输出之间的逻辑关系分析工具是逻辑代数逻辑关系表达 真值表 功能表 逻辑表达式 波形图计算机仿真 仿真软件 13 1 1 2数字集成电路的分类及特点 三 数字电路的分析 设计 调试2 数字电路的设计方法功能要求确定输入输出变量选择器件设计电路设计过程 方案提出验证修改方法 传统EDA 14 1 1 2数字集成电路的分类及特点 三 数字电路的分析 设计 调试3 数字电路的测试技术数字电压表 测量电路中的电压电子示波器 观察 测量波形 15 1 1 3模拟信号和数字信号 一 模拟信号模拟量 在时间上是连续变化的 幅值上也是连续取值的物理量 模拟信号 表示模拟量的信号 电流 电压 模拟电路 处理模拟信号的电子电路 16 1 1 3模拟信号和数字信号 二 数字信号数字量 在时间上是离散的 数值上也是离散的 数字信号 表示数字量的信号 数字电路 工作于数字信号下的电子电路 17 1 1 3模拟信号和数字信号 三 模拟量的数字表示 18 1 1 4数字信号的描述方法 一 二值数字逻辑和逻辑电平在数字电路中 可以用0和1组成的二进制数表示数量的大小 也可以用0和1表示两种不同的逻辑状态 当表示数量时 两个二进制数可以进行数值运算 常称为算术运算 当用0和1描述客观世界存在的彼此相互关联又相互对立的事物时 例如 是与非 真与假 开与关 低与高 通与断等等 这里的0和1不是数值 而是逻辑0和逻辑1 这种只有两种对立逻辑状态的逻辑关系称为二值数字逻辑或简称数字逻辑 19 1 1 4数字信号的描述方法 一 二值数字逻辑和逻辑电平在电路中 可以很方便地用电子器件的开关来实现二值数字逻辑 也就是以高 低电平分别表示逻辑1和0两种状态 表示数字电压的高 低电平通常称为逻辑电平 在分析实际数字电路时 考虑的是信号之间的逻辑关系 只要能区别出表示逻辑状态的高 低电平 可以忽略高 低电平的具体数值 20 1 1 4数字信号的描述方法 一 二值数字逻辑和逻辑电平 21 1 1 4数字信号的描述方法 二 数字波形1 数字波形的两种类型 22 1 1 4数字信号的描述方法 二 数字波形2 周期性和非周期性 占空比 23 1 1 4数字信号的描述方法 二 数字波形3 实际数字信号波形 24 1 1 4数字信号的描述方法 二 数字波形3 实际数字信号波形脉冲参数 上升时间 tr下降时间 tf脉冲宽度 tw 25 1 1 4数字信号的描述方法 二 数字波形4 时序图 26 1 2 1十进制 十进制 以十为基数的计数体制 逢十进一 27 1 2 2二进制 一 二进制的表示方法二进制 以2为基数的计数体制 逢2进一 例 101011 B 1 25 1 20 0 24 1 23 0 22 1 21 43 D 28 1 2 2二进制 二 二进制的优缺点1 简单可靠 所用元件少2 运算规则简单 操作方便不足 位数多 不习惯 不方便 29 1 2 2二进制 三 二进制数的波形表示 LSB 最低位 MSB 最高位 30 1 2 2二进制 四 二进制数据的传输 31 1 2 2二进制 四 二进制数据的传输 32 1 2 3十 二进制之间的转换 一 二进制转十进制每位二进制数与其权相乘 然后相加 二 十进制转二进制1 整数 33 1 2 3十 二进制之间的转换 二 十进制转二进制1 整数 注意MSB LSB 34 1 2 3十 二进制之间的转换 二 十进制转二进制2 小数 35 1 2 3十 二进制之间的转换 二 十进制转二进制2 小数 注意MSB LSB 误差 2 10 36 1 2 4十六进制和八进制 一 十六进制十六进制 以16为基数的计数体制 逢16进一 16个数码 0 1 9 A B C D E F 37 1 2 4十六进制和八进制 二 十六 二进制之间转换4位二进制数有16种状态 1位16进制数有16个不同的数码 以小数点为基准 整数部分从右到左每4位为1组 不足4位高位补0 小数部分从左到右每4位为1组 不足4位低位补0 每4位为1组的二进制数表示1位16进制数 38 1 2 4十六进制和八进制 三 八进制八进制 以8为基数的计数体制 逢8进一 七个数码 0 1 2 3 4 5 6 7四 八 二进制之间转换 39 1 3 1无符号二进制数的算术运算 一 二进制加法规则 0 0 01 0 11 1 10二 二进制减法规则 0 0 01 0 11 1 00 1 11 40 1 3 1无符号二进制数的算术运算 三 二进制乘法和除法 41 1 3 2带符号二进制数的减法运算 一 有符号的二进制数表示在定点运算的情况下 二进制数的最高位表示符号位 0表示正数 1表示负数 其余部分为数值位 42 1 3 2带符号二进制数的减法运算 二 二进制数的补码表示基数为R 位数为n的原码N 其补码为2的补码为10 2 846的补码为100 46 548 2 8 2 补 10 8 8 10 682 46 82 46 补 100 82 54 100 36 43 1 3 2带符号二进制数的减法运算 二 二进制数的补码表示带符号二进制补码 补码或反码的最高位为符号位 正数为0 负数为1 正数 其补码 反码 原码相同 负数 将原码的数值位逐位取反得到反码 反码加1得到补码 44 1 3 2带符号二进制数的减法运算 二 二进制数的补码表示例 A 6 A 原 数值范围 原码 2n 1 1 2n 1 1 反码 2n 1 1 2n 1 1 补码 2n 1 2n 1 1 0110 A 反 0110 A 补 0110 B 6 B 原 1110 B 反 1001 B 补 1010 45 1 3 2带符号二进制数的减法运算 三 二进制补码的减法运算A B A B 例 5 2 补 5 补 2 补 0101 1110 0011注意 被加数补码与加数补码的位数相等 即两个补码的符号位必须对齐 46 1 3 2带符号二进制数的减法运算 四 溢出例 5 7 补 5 补 7 补 0101 0111 1100原因 数值位只有3位 范围 8 7 溢出 解决办法 位扩展 对计算结果数值范围应有估计 出错 符号出错 47 1 3 2带符号二进制数的减法运算 五 溢出的判断 对 对 错 错 进位位与符号位相反 结果出错 48 1 4二进制代码 数字系统信息分类文字符号信息表示 采用一定位数的二进制数码 这些数码并不表示数量的大小 仅仅区别不同事物而已 这些特定的二进制数码称为代码 以一定的规则编制代码 用以表示十进制数值 字母 符号等的过程称为编码 将代码还原成所表示的十进制数 字母 符号等的过程称为解码或译码 若所需编码的信息有N项 则需要的二进制数码的位数n应满足2n N 数值 文字符号 49 1 4 1二 十进制码 常用BCD码 50 1 4 2格雷码 51 1 4 2ASCII码 52 1 5二值逻辑变量与基本逻辑运算 1 5 1逻辑变量1 5 2与运算1 5 3或运算1 5 4非运算1 5 5常用逻辑运算 53 1 5 1逻辑变量 一 逻辑运算当0和1表示逻辑状态时 两个二进制数码按照某种指定的因果关系进行的运算称为逻辑运算 逻辑运算与算术运算完全不同 它所使用的数学工具是逻辑代数 又称为布尔代数 二 逻辑变量逻辑运算是由逻辑变量和逻辑运算组成 变量可以用A B C X Y Z等字母组成 在逻辑代数中的变量 即逻辑变量只有两个可取的值 即0 1 54 1 5 2与运算 与逻辑 只有当一件事的几个条件全部具备之后这件事才会发生 55 1 5 3或运算 或运算 当一件事的几个条件中只要有一个条件得到满足 这件事就会