数字电路第一章-数字逻辑基础

数字电路设计与项目实践,樊鲜艳邮箱:fan57ff电话典型应用,电子器件的发展,设计方法的变化,绪论,数字电路的特点,学习方法,考核方法,数字电路的特点,数字与模拟,模拟信号：连续的信号。如正弦信号。,数字信号：离散的信号。如矩形脉冲。,离散:在时间和数值上都是不连续的。,数字电子技术就是研究处理这类信号的电路。,举例说明：,输出信号,前进方向,1.工作信号是离散的，因此电路中工作的半导体管多数工作在开关状态。如二极管工作在导通和截止态三极管工作在饱和态和截止态,2.研究对象是输入和输出的逻辑关系，因此主要的分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要是真值表、逻辑表达式及波形图等。,数字电路的特点,计算机,通信（DSP应用）,电视（高清晰度）,将来通信的发展趋势：,软件无线电,单片机,+,DSP,+,FPGA,典型应用,DSP,FPGA（FieldProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。,FPGA,典型应用,数字信号处理(DigitalSignalProcessing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。,会议电视,数字移动蜂窝电话,家庭信息中心,虚拟教育,数字相机,自动驾驶汽车,视觉感应器,数据存储与处理,绪论,二、电子器件的发展,电子管,SSI（100以下）,MSI（103）,LSI（104）,（105以上）,1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一台计算机用了1.8万只电子管，占地170平方米，重30吨，耗电150W。目前在一些大功率发射装置中使用。,1948年，肖克利等发明了晶体管，其性能在体积、重量方面明显优于电子管，但器件较多时由分立元件组成的分立电路体积大、焊点多、电路的可靠性差。,1960年集成电路出现，成千上万个器件集成在一块芯片，大大促进了电子学的发展，尤其促进数字电路和微型计算机的飞速发展。,芯片中集成上万个等效门，目前高的已达上百万门。,绪论,三、设计方法的变化,传统的设计方法：,现代的设计方法：,绪论,EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完成数字系统的逻辑综合、布局布线、仿真等工作。最后下载到芯片，实现方案。,1、设计：,在计算机上利用软件平台进行设计,设计方法,原理图设计,VHDL语言设计,状态机设计,EDA技术：,绪论,2、仿真,3、下载,4、验证结果,实验板,下载线,学习方法,保证基础,熟练掌握有关逻辑设计的基础知识、设计方法,中小规模集成电路,理解电路的逻辑功能,应用它设计逻辑电路,数字系统,掌握从上到下的现代数字系统的设计方法，学会使用EDA软件设计平台,贯穿课程的始终的是：,逻辑设计,第一章数字逻辑基础,1-1数制,1-2码制,1-3知识拓展,1-4学习评估,小结,1-1数制,进位计数制,数制转换,数值数据的表示,常用的编码,进位计数制,1、十进制,=3102+3101+3100+310-1+310-2,特点：1)基数10，逢十进一，即9+1=10,3)不同数位上的数具有不同的权值10i。,4)任意一个十进制数，都可按其权位展成多项式的形式,(333.33)10,位置计数法,按权展开式,(N)10=(Kn-1K1K0.K-1K-m)10,2)有0-9十个数字符号和小数点，数码Ki从0-9,=Kn-110n-1+K1101+K0100+K-110-1+K-m10-m,返回,数基,表示相对小数点的位置,返回,常用数制对照表,返回,数制转换,十进制,非十进制,非十进制,十进制,二进制,八、十六进制,八、十六进制,二进制,十进制与非十进制间的转换,非十进制间的转换,返回,整数部分的转换,十进制转换成二进制,除基取余法：用目标数制的基数（R=2）去除十进制数，第一次相除所得余数为目的数的最低位K0，将所得商再除以基数，反复执行上述过程，直到商为“0”，所得余数为目的数的最高位Kn-1。,例：（81）10=（？）2,得：（81）10=（1010001）2,40,20,10,5,2,0,1,K0,0,K1,0,K2,0,K3,1,K4,0,K5,1,K6,1,返回,小数部分的转换,十进制转换成二进制,乘基取整法：小数乘以目标数制的基数（R=2），第一次相乘结果的整数部分为目的数的最高位K-1，将其小数部分再乘基数依次记下整数部分，反复进行下去，直到小数部分为“0”，或满足要求的精度为止（即根据设备字长限制，取有限位的近似值）。,例：（0.65）10=(?)2要求精度为小数五位。,0.65,K-1,0.3,K-2,0.6,K-3,0.2,K-4,0.4,K-5,0.8,由此得：(0.65)10=(0.10100)2,综合得：(81.65)10=(1010001.10100)2,返回,如2-5，只要求到小数点后第五位,十进制,二进制,八进制、十六进制,非十进制转成十进制,方法：,例：,返回,返回,非十进制间的转换,二进制与八进制间的转换,从小数点开始，将二进制数的整数和小数部分每三位分为一组，不足三位的分别在整数的最高位前和小数的最低位后加“0”补足，然后每组用等值的八进制码替代，即得目的数。,例8：11010111.0100111B=?Q,11010111.0100111B=327.234Q,11010111.0100111,小数点为界,0,00,7,2,3,2,3,4,返回,非十进制间的转换,二进制与十六进制间的转换,从小数点开始，将二进制数的整数和小数部分每四位分为一组，不足四位的分别在整数的最高位前和小数的最低位后加“0”补足，然后每组用等值的十六进制码替代，即得目的数。,例9：111011.10101B=?H,111011.10101B=3B.A8H,111011.10101,小数点为界,00,000,B,3,A,8,常用编码,常用的编码：,自然二进制码,常用四位自然二进制码，表示十进制数0-15，各位的权值依次为23、22、21、20。,格雷码,2.编码还具有反射性，因此又可称其为反射码。,1.任意两组相邻码之间只有一位不同。注：首尾两个数码即最小数0000和最大数1000之间也符合此特点，故它可称为循环码,返回,反射,循环,格雷码应用：循环计数,常用的编码：,（二）二十进制BCD码,有权码,有权码表示十进制数符：D=b3w3+b2w2+b1w1+b0w0+c偏权系数c=0时为有权码。,18421BCD（NBCD）码,276.8010011101101000,例：（276.8）10=（？）NBCD,（276.8）10=（0010011101101000）NBCD,常用编码,返回,常用的编码：,无权码,2.其它有权码,1.余3码,余3码中有效的十组代码为00111100代表十进制数0-9,2.其它无权码,字符编码,ASCII码：七位代码表示128个字符96个为图形字符控制字符32个。,常用编码,返回,格雷码,返回,在一组数的编码中，如果任意相