数字技术的发展和应用(第1章).ppt

,绪论,数字技术的发展和应用模拟信号和数字信号数字电路的特点和分类学习本课程应注意的问题授课计划与考核要求,数字技术的发展及应用,一、数字技术的发展,20世纪中期至21世纪初，电子技术特别是数字电子技术得到了飞速的发展，使工业、农业、科研、医疗以及人们的日常生活发生了根本性的变革。,二、数字技术的应用,人类社会进入信息数字化的时代，“数字逻辑”是数字技术的基础，是电子信息类各专业的主要技术基础课程之一。,“数字化”：,许多传统使用模拟技术的领域转而使用数字技术。,模拟信号和数字信号,一、模拟信号：,如：工频信号；射频信号；音、视频信号等。,时间连续、数值也连续的信号。,模拟电子电路：分析处理模拟信号的电路系统。,主要参数：频率、带宽、功率等。,特点：基本元件为晶体管，通常工作在放大区。,模拟信号和数字信号,二、数字信号：,最常见是二值离散信号：,由高低两种电平构成的矩形波。,通常用1表示高电平；用0表示低电平。,将矩形波按周期划分，可以得到0和1构成的一串数字。,0,1,0,0,1,1,0,1,0,数字电路,处理数字信号的电子电路,特点：数值的大小和每次的增减都是量化单位的整数倍。,时间离散、数值也离散的信号。,1.抗干扰性强;2.便于存储;3.便于利用计算机、DSP等进行信号处理.,数字信号的优点：,数字电路的特点和分类,数字电路：,处理数字信号的电子电路。,一、数字电路的特点,电路的结构以二值数字逻辑为基础；,处理的信号是离散的数字信号；,电路中的电子器件工作在开关状态，易于实现，便于集成化。,二、数字电路的分类,1、根据逻辑功能的不同特点分：,组合逻辑电路；,时序逻辑电路。,2、根据所用的半导体器件分：,双极型：,单极型：,3、根据集成度分：,小规模；中规模；大规模；超大规模,TTL等,CMOS等,学习本课程应注意的问题,一、注重概念和基础,二、集成电路为主；逻辑功能为主,三、重视实践,数字电子技术基础是一门专业技术基础课程，有比较完整的理论体系，同时还具有很强的实践性。针对课程特点，在学习中需要注意学习方法：,本课程的重点是数字电路的基本概念、基本原理、分析方法、设计方法和实验调试方法。只要掌握了基本的原理和方法，我们就可以分析给出的任何一种数字电路；也可以根据提出的任何一种逻辑功能，设计出相应的逻辑电路。,对于各类数字集成电路器件，重点是掌握他们的外部特性，包括逻辑功能和输入、输出端的电气特性。为了更好的理解和运用电路器件的外部特性，需要理解他们的输入电路和输出电路的结构及其原理。至于内部的电路结构和详细工作过程都不是重点，不需要去记忆。,通过实验的训练，加深对理论知识的理解和掌握，同时更重要的是要学习和掌握电子技术实验的研究方法。将理论和实际有机地结合，学会用实验的方法分析和解决实际问题。,四、学会应用EDA技术,EDA技术是最新的现代电子技术，帮助电子设计工程师利用计算机完成电子系统的自动设计，是从事数字系统设计的人员所必须掌握的一种技术，特别是在使用大规模PLD（如CPLD和FPGA）设计数字电路时，必须使用EDA的手段。EDA技术可帮助设计者完成大量的辅助性工作，但主要的设计和构思还需由人来完成。因此它并不能代替我们学习和掌握数字电路的基本概念、基本原理、基本分析方法和设计方法。可以先学习一种EDA仿真软件（Maxplu或Quartus)，学习中可以结合具体的实验和电路设计来学习软件的使用，这样容易收到较好的效果。对于基于大规模PLD的EDA技术可以在后续的课程（硬件描述语言）中再进一步学习。,授课计划和考核方式,理论课总学时：48,各章的学时分配：,考试方式：闭卷考试,学生成绩评定：,平时作业、课堂考勤及随堂测试等占20%，期中10%,期末考试占70%。,第一章数制与编码,数字系统中的信息有两类：数码信息和代码信息数码：用来表示数量的大小。如90分，101元等数制：多位数码中每一位的构成方式及进位的规则。,1-1数制,常用的数制有：十进制、二进制、八进制、十六进制,数制的表示方法：,括弧加下标；,在数字后面加数制后缀.,1.十进制,进位规则：“逢十进一”或“借一当十”。,十进制的权展开式：,即：9110。,数码为：09；基数是10。,如：,第i位的系数,第i位的权,(209.04)1021020101910001014102,2.二进制,进位规则：“逢二进一”或“借一当二”。,例：（1011）B=123+022+121+120,二进制的权展开式：,即：1110。,加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法规则：0.0=0，0.1=0，1.0=0，1.1=1,运算规则,二进制数只有0和1两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现，因此在计算机技术中被广泛应用。,数码为：0、1；基数是2。,数码为：07；基数是8。运算规律：逢八进一，即：7110。,3、八进制：,4、十六进制,数码为：09、AF；基数是16。,如：(207.4)8282081780481,八进制数的权展开式：,(135.5)10,运算规律：逢十六进一，即：F110。,十六进制数的权展开式：,如：(D8.A)1613161816010161(216.625)10,1-2数制转换,1、N进制数转换为十进制数,2、二进制数与八进制数的相互转换,方法：,利用N进制数的权展开式,（1）二进制数转换为八进制数：将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每3位分成一组，不够3位补零，则每组二进制数便是一位八进制数。,1101010.01,00,0,(152.2)8,（2）八进制数转换为二进制数：将每位八进制数用3位二进制数表示。,=011111100.010110,(374.26)8,“3对1”,“1对3”,（1101011.01011）D=（）H,6B.58,0,000,6,B,5,8,例：,3、二进制数与十六进制数的转换,“4对1”,“1对4”,例：将(98FB.D3)16转换为二进制数(98FB.D3)16=(1001100011111011.11000011)2,（1）二进制数转换为十六进制数：将二进制数由小数点开始，整数部分向左，小数部分向右，每4位分成一组，不够4位补零，则每组二进制数便是一位十六进制数。,（2）十六进制数转换为二进制数：将每位十六进制数用4位二进制数表示。,二进制数与十六进制数的转换表（熟记）,4、十进制数转换为二进制数,将整数部分和小数部分分别进行转换，转换后合并。,方法：,整数部分除2取余；,小数部分乘2取整。,先将整数部分用“除取余法”转换为二进制数；将小数部分用“乘取整法”转换为二进制数；最后将两部分合在一起。,小结：,例:(44.375)10=()2,例:(60.6)D=()B?,先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。,先得到的整数为高位，后得到的整数为低位。,小数部分在不能精确转换的情况下，可以按照转换精度的要求，进行若干次乘以2的运算后结束转换。,2nN,二进制编码：,以n位二进制代码（0,1）来表示某个状态、事物或信息称为二进制编码。,例如身份证号码1-3编码,编码：用数字代表不同的状态、事物或信息称为编码，它不含有数量的意义。如身份证号码，银行帐号等码制：为了便于记忆和处理，在编制代码时总要遵循一定的规则，这种规则叫做码制。,二进制代码的位数n与需要编码的数（或信息）的个数N之间应满足以下关系：,一位十进制数需要几位二进制代码来表示？,1.BCD码：,四位二进制数有16种组合，因此从中选十个来表示09，可以有多种情况。不同的表示法便形成了一种编码。因此BCD码有许多不同的码制，用于不同的情况。,用二进制码表示十进制数中的(09)十个数码的代码，称为二十进制码，即BCD（BinaryCodeDecimal）码。,表1-1常用BCD代码,例：用BCD代码表示十进制数,说明：一位十进制数对应四位代码，对于一个多位的十进制数，需要有与十进制位数相同的几组BCD代码来表示；,010001100011.0101,100010010111.0010,2.ASC码：,ASCII码：AmericanStandardCodeforInformationInterchange，即美国标准信息交换码由七位二进制编码组成，可表示128个字符，包括英文符号、数字符号、标点符号以及控制符号等。,3.格雷码（循环码）,小结,1、什么叫高电平、低电平？,2、什么叫正逻辑、负逻辑？,3、二进制数有几位数码？进位规则是什么？,4、十六进制数有几位数码？进位规则是什么？,5、在计算机或数字系统通常采用什么进制？为什么？,6、如何将N进制数转换为十进制数？,7、如何将十进制数转换为N进制数？,8、二进制和十六进制间的转换规则是怎样的？,9、二进制代码和二进制数有什么不同？,10、什么叫BCD码？8421BCD码和循环码各有什么特点？,下节预习：什么叫逻辑代数？它和普通代数有什么区别？,高、低电平与正、负逻辑,1、高电平和低电平（统称逻辑电平）：,高电平和低电平是两种状态，,是两个不同的可以截然区别开来的电压范围。,高电平,低电平,2、正逻辑和负逻辑：,负逻辑：,正逻辑：,注意：,这里的0和1不是十进制数中的数字，它不代表大小，只是表示两种不同的状态，称为逻辑0和逻辑1。,因为只有两种取值，所以称之为二值数字逻辑，简称数字逻辑。,（25）D=（）B,25,2,余1b0,12,2,余0b1,6,2,余0b2,3,2,余1b3,1,0,2,余1b4,11001,除2取余,（235）D=（）B,11101011,235,2,余1b0,117,2,余1b1,58,2,余0b2,29,2,余1b3,14,7,2,余0b4,3,2,余1b5,1,2,余1b6,0,2,余1b7,除2取余,0.81252整数部分1.6250.10.625021.2500.10.250020.5000021.000010.0000,(0.8125)D=()B,0.1101,乘2取整,0.62整数部分1.210.220.4.00.420.8.021.6.10.6,(60.6)D=()B,.1001,除2取余；乘2取整,111100,小数部分在不能精确转换的情况下，可以按照转换精度的要求，进行若干次乘以2的运算后结束转换。