数字电子技术PPT12(应电专业)

1、1. 1. 模拟信号模拟信号-时间和数值均连续变化的电信号，时间和数值均连续变化的电信号， 如正弦波、三角波等如正弦波、三角波等 u u O t O t u u 2. 2. 数字信号数字信号-在时间上和数值上均是离散的在时间上和数值上均是离散的 信号。信号。 数字信号波形数字信号波形 3. 3. 模拟信号的数字表示模拟信号的数字表示 数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换 为数字信号为数字信号. . 模模- -数转换的实现数转换的实现: : 模拟信号模拟信号 模数转换器模数转换器 3 V 数字输数字输出出 0 0 0 0 0 0 1

2、 1 4 3 0000 0010 0 1 2 C B 0000 0011 0000 0100 201040306050t/ms908070 u/v A 100 电压电压(V)(V)二值逻辑二值逻辑电电 平平 +5+51 1H H( (高电平高电平) ) 0 00 0L L( (低电平低电平) ) 逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）逻辑电平与电压值的关系（正逻辑） 1.1.4.1.1.4.数字信号的描述方法数字信号的描述方法 1. 1. 二值数字逻辑及其表示二值数字逻辑及其表示 (1)(1)在电路中用在电路中用低、高低、高电平表示电平表示0 0、1 1两种逻辑状态两种逻辑状态 0 0、1 1表示的

3、两种对立逻辑状态的逻辑关系表示的两种对立逻辑状态的逻辑关系-二值数字逻辑二值数字逻辑 在数字电路中在数字电路中, 0, 0、1 1组成二进制数可以表示数量大小组成二进制数可以表示数量大小, ,也也 可以表示两种对立的逻辑状态可以表示两种对立的逻辑状态. . 表示方式表示方式 二值数字逻辑二值数字逻辑 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 (a) (a) 用逻辑电平描述的数字波形用逻辑电平描述的数字波形 (b) 16(b) 16位数据的图形表示位数据的图形表示 v/V 5 0 t/ms 50100150200 逻辑逻辑 0 0 逻辑逻辑1 1 (2)(2)波形图波形图

4、t t 为一拍为一拍 数字波形数字波形 (a)1110110001 2. 2. 数字波形数字波形 高电位高电位 低电位低电位 有脉冲有脉冲 数字波形数字波形-是信号逻辑电平对时间的图形表示是信号逻辑电平对时间的图形表示 (b)(b) (a)(a)非归零型非归零型 (b)(b)归零型归零型 比特率比特率 - - 每秒钟转输数据的位数每秒钟转输数据的位数 无脉冲无脉冲 10 (1)(1)数字波形的两种类型数字波形的两种类型: : (2) (2) 数字波形的周期性和非周期性数字波形的周期性和非周期性 T t W 非周期性数字波形非周期性数字波形 周期性数字波形周期性数字波形周期性数字波形周期性数字波

5、形 tftr 脉冲宽度 tw 0.5V0.5V 2.5V 4.5V4.5V 2.5V 幅值=5.0V 0.0V 5.0V 下降 时间 上升 时间 a.a.非理想脉冲波形非理想脉冲波形 (3) (3) 实际脉冲波形及主要参数实际脉冲波形及主要参数 占空比占空比 q -q -表示脉冲宽度占整个周期的百分比表示脉冲宽度占整个周期的百分比 b. b. 几个主要参数几个主要参数: : 上升时间上升时间t tr r和下降时间和下降时间t tf f - -从脉冲幅值的从脉冲幅值的10%10%到到90% 90% 上升、上升、 下降所经历的时间下降所经历的时间( ( 典型值典型值ns )ns ) 脉冲宽度脉冲宽

6、度(tw )-(tw )-脉冲幅值的脉冲幅值的50%50%的两个时间所跨越的时间的两个时间所跨越的时间 周期周期(T) - (T) - 表示两个相邻脉冲之间的时间间隔表示两个相邻脉冲之间的时间间隔 tftr 脉冲宽度 tw 0.5V0.5V 2.5V 4.5V4.5V 2.5V 幅值=5.0V 0.0V 5.0V 下降 时间 上升 时间 %100 w T t q (4) (4) 时序图时序图 - -表明各个数字信号时序关系的多重波形图表明各个数字信号时序关系的多重波形图 由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保 持同步关系。为了保证可靠工作，

7、各信号之间通常允许一持同步关系。为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一 定的时差，但这些时差必须限定在规定范围内，各个信号定的时差，但这些时差必须限定在规定范围内，各个信号 的时序关系用时序图表达。的时序关系用时序图表达。 某存储器读数据的时序图某存储器读数据的时序图 t t t tC CO O 数据数据 RDRD 地址地址 bbbb t t AAAA 1 1、任何一位数可以而且只可以用任何一位数可以而且只可以用 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 8, 9 这十个数码表示。这十个数码表示。 012 10 104103102

8、)234( 式中，式中，102 102 、101 101 是根据每一个数码所在的位置而定的，是根据每一个数码所在的位置而定的， 称之为称之为“权权”。 例如：例如： 2 2、进位规律是进位规律是“逢十进一逢十进一”。即。即 9+1=109+1=10 一、特点：一、特点： 3 3、在十进制中，各位的权都是在十进制中，各位的权都是1010的幂，而每个权的系数只能的幂，而每个权的系数只能 是是0 09 9，这十个数码中的一个。，这十个数码中的一个。 =1=110101 1+0+010100 0 210 10 104101103)14. 3( 1.21.2 数制数制 .2.1 .2.1 十进制十进制

9、二、一般表达式二、一般表达式: : 90,10)( 10 i i i i KKN 位权位权 系数系数 在数字电路中，计数的基本思想是要把电路的状在数字电路中，计数的基本思想是要把电路的状 态与数码一一对应起来。显然，采用十进制是十分不态与数码一一对应起来。显然，采用十进制是十分不 方便的。它需要十种电路状态与之对应。要想严格区方便的。它需要十种电路状态与之对应。要想严格区 分这十种状态是很困难的。分这十种状态是很困难的。 一、特点一、特点 二、二进制数的一般表达式为二、二进制数的一般表达式为: : 1 1、任何一位数可以、而且只可以用任何一位数可以、而且只可以用“0”0”和和“1”1”表表 示

10、。示。 1 , 0,2)( 2 i i i i KKN 位权位权 系数系数 例如：例如：1+1=101+1=10 2 2、进位规律是：进位规律是：“逢二进一逢二进一” ” 。 3 3、各位的权都是各位的权都是2 2的幂。的幂。 = 1= 12 21 1+ 0+ 02 20 0 .2.2 .2.2 二进制二进制 四、二进制数的缺点四、二进制数的缺点 a a、易于电路实现、易于电路实现-每一位数只有两个值，可以每一位数只有两个值，可以 用管子的用管子的“导通导通”或或“截止截止”，灯泡的，灯泡的“亮亮”或或 “灭灭”、继电器触点的、继电器触点的“闭合闭合”或或“断开断开”来表示。来表示。 b b、

11、二进制数装置所用元件少、二进制数装置所用元件少, ,电路简单、可靠电路简单、可靠 。 c c、基本运算规则简单、基本运算规则简单, , 运算操作方便。运算操作方便。 三、二进制数的优点三、二进制数的优点 位数太多，不符合人的习惯，不能在头脑中立位数太多，不符合人的习惯，不能在头脑中立 即反映出数值的大小，一般要将其转换成十进制即反映出数值的大小，一般要将其转换成十进制 后，才能反映。后，才能反映。 计算机 A 计算机 B 1 0 1 0 1 1 0 0 串行数据传输 1 0 1 0 1 1 0 0 计算机 A 计算机 B 0 1 2 3 4 5 6 7 1 0 1 0 MSB LSB 0 0

12、1 1 0 1 1 0 CP 串行数据 a) a) 二进制数据的串行传输二进制数据的串行传输 五、二进制数据的传输五、二进制数据的传输 需要一根时钟信号线和一根数据传送线以及一根公共地线。需要一根时钟信号线和一根数据传送线以及一根公共地线。 在时钟脉冲在时钟脉冲CPCP控制下，数据由最高位控制下，数据由最高位MSBMSB到最低位到最低位LSBLSB依次传送。依次传送。 打 印 机 0 1 1 0 0 M SB 1 1 L SB 计 算 机 (a) 0 并 行 数 据 传 输 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 ( L SB) 2 0 并行数据 ( MSB) 0 1 2 3

13、4 5 6 7 1 0 CP 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 b) b) 二进制数据的并行传输二进制数据的并行传输 并行传送的突出特点是数据传送速率快。其缺点是需并行传送的突出特点是数据传送速率快。其缺点是需 要占用的数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。要占用的数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。 将一组二进制数据的所有位同时传送，称为并行传送。将一组二进制数据的所有位同时传送，称为并行传送。 常用方法是常用方法是“按权相加按权相加”。 1. 1. 整数部分用整数部分用“除除2 2取余，逆序排列取余，逆序排列” 法法: : 将十进制数连续不断地除以将十进制数

14、连续不断地除以2 , 2 , 直到商为零，所直到商为零，所 得余数由得余数由低位到高位低位到高位排列，即为所求二进制数排列，即为所求二进制数 一、二进制数转换成十进制数：一、二进制数转换成十进制数： 整数部分整数部分 小数部分小数部分 2 .2 .小数部分用小数部分用“乘乘2 2取整，顺序排列取整，顺序排列”法法: : 1.2.3 1.2.3 二二-十进制之间的转换十进制之间的转换 例如例如:(11):(11)10 10=( ? ) =( ? )2 2 10 -b22 0 1 -b3 112 1 -b0 2 5 1 -b1 2 2 余数余数 (11) (11)10 10=(b =(b3 3b

15、b2 2b b1 1b b0 0) )2 2 =( 1011 ) =( 1011 )2 2 若十进制数较大时，不必逐位去除若十进制数较大时，不必逐位去除2 2，可算出，可算出2 2 的幂与十进制对比，的幂与十进制对比， 228 8 =256 =256，261256=5 261256=5 ， 低位低位 | | | | 高位高位 (5)(5)1010=(101)=(101)2 2 , , (261)(261)1010=(100000101)=(100000101)2 2 将十进制数连续不断地除以将十进制数连续不断地除以2 , 2 , 自至商为零，所得余数由自至商为零，所得余数由低位到低位到 高位高

16、位排列，即为所求二进制数排列，即为所求二进制数 又如：又如：（261)261)10 10 =(?)=(?)2 2 2 .2 .小数部分用小数部分用“乘乘2 2取整，顺序排列取整，顺序排列”法法: : 将小数部分连续不断地乘以将小数部分连续不断地乘以2 , 2 , 每次所得乘积每次所得乘积 的的整数部分整数部分取出，由取出，由高位到低位高位到低位排列，即为所求排列，即为所求 例例1 1 将将(0.706)(0.706)D D转换为二进制数，要求其转换为二进制数，要求其 误差不大于误差不大于2 2-10 -10。 。 解解：0.7060.7062=1.4122=1.4121 1 b 1 由于最后的

17、小数小于由于最后的小数小于0.5，根据，根据“四舍五入四舍五入”的原则，应为的原则，应为 0所以，所以，(0.706)D=(0.101101001)B，其误差，其误差 2 10 高位高位 | | | | | | | | 低位低位 0.4120.4122=0.8242=0.8240 0 b 2 0.8240.8242=1.6482=1.6481 1 b 3 0.6480.6482=1.2962=1.2961 1 b 4 0.2960.2962=0.5922=0.5920 0 b 5 0.5920.5922=1.1841 2=1.1841 b 6 0.1840.1842=0.3682=0.3680

18、 0 b 7 0.3680.3682=0.7362=0.7360 0 b 8 0.7360.7362=1.4721 2=1.4721 b 9 将小数部将小数部 分连续不分连续不 断地乘以断地乘以 2 , 每次所每次所 得乘积的得乘积的 整数部分整数部分 取出，由取出，由 高位到低高位到低 位排列，位排列， 即为所求即为所求 解：由于精度要求达到解：由于精度要求达到0.1%0.1%，需要精确到二进制，需要精确到二进制 小数小数1010位，即位，即1/21/210 10=1/1024 =1/1024。 0.392 = 0.78 b-1= 0 0.782 = 1.56 b-2= 1 0.562 =

19、1.12 b-3= 1 0.122 = 0.24 b-4= 0 0.242 = 0.48 b-5= 0 0.482 = 0.96 b-6 = 0 0.962 = 1.92 b-7 = 1 0.922 = 1.84 b-8 = 1 0.842 = 1.68 b-9 = 1 0.682 = 1.36 b-10= 1 所以所以: BD 0110001111. 039. 0 例例2 2 将十进制小数（将十进制小数（0.39)0.39)10 10转换成二进制数，要 转换成二进制数，要 求精度达到求精度达到0.1%0.1%。 例例3 3：要求：要求 10 10-2 -2 ，完成下面转换 ，完成下面转换 (

20、 617.28 )( 617.28 )10 10 = ( ) = ( )2 21001101001.01000111001101001.0100011 2 2-n -n = = 10 10-2 -2 n = 7n = 7 1 1、八进制数以、八进制数以8 8为基数，采用为基数，采用0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 70, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7八个数八个数 码表示。码表示。 2 2、进位规律是、进位规律是“逢八进一逢八进一”。 3 3、各位的权都是、各位的权都是8 8的幂。的幂。 例例 ( ( 10 110.011 )10 110.011 )B B = = 一、八进制的

21、特点：一、八进制的特点： 例如例如 ( (144)144)0 0 = 1 = 18 82 2+4+48 81 1+4+48 80 0 = =64+32+4=(100)64+32+4=(100)D D 二、二进制转换成八进制：二、二进制转换成八进制： 例例 ( (752.1)752.1)0 0 = = 三、八进制转换成二进制：三、八进制转换成二进制： ( (26.3)26.3)0 0 （111 101 010.001111 101 010.001）B B 0 因为八进制的基数因为八进制的基数 8=28=23 3 ，所以，可将，所以，可将3 3位二进制位二进制 数表示一位八进制数，即数表示一位八进

22、制数，即 000-111 000-111 表示表示 0-70-7。 转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小数部分自左向转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小数部分自左向 右，右，3 3位一组，不够位一组，不够3 3位的添零补齐，则每位的添零补齐，则每3 3位二进制数表示一位二进制数表示一 位八进制数。位八进制数。 将每位八进制数展开成将每位八进制数展开成3 3位二进制数，排列顺序不变即可。位二进制数，排列顺序不变即可。 十六进制数中只有十六进制数中只有0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 , A9 , A、B B

23、、C C、D D、E E、F F十六个数码，进位规律是十六个数码，进位规律是“逢逢 十六进一十六进一”。各位的权均为。各位的权均为1616的幂。的幂。 1 16 16)( n mi i i aN 101 H 16121661610(A6.C) 例如： 一般表达式：一般表达式： 四、十六进制的特点：四、十六进制的特点： 二进制转换成十六进制：二进制转换成十六进制： 因为因为1616进制的基数进制的基数16=24 16=24 ，所以，可将四位二进制数表示，所以，可将四位二进制数表示 一位一位1616进制数，即进制数，即 000000001111 1111 表示表示 0-F0-F。 例例 ( (11

24、1100010101110)111100010101110)B B = = 将每位将每位1616进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。 例例 ( (BEEF)BEEF)H H = = (78AE)(78AE)H H (1011 1110 1110 1111)(1011 1110 1110 1111)B B 十六进制转换成二进制：十六进制转换成二进制： 五、二五、二- -十六进制之间的转换十六进制之间的转换 十六进制在数字电路中，尤其在计算机中得到广泛十六进制在数字电路中，尤其在计算机中得到广泛 的应用，因为：的应用，因为： 六、优点六、优点 ：

25、 第一第一、与二进制之间的转换容易与二进制之间的转换容易 第二第二、计数容量较其它进制都大。假如同样采用四计数容量较其它进制都大。假如同样采用四 位数码，位数码， 第三第三、计算机系统中，大量的寄存器、计数器等往往计算机系统中，大量的寄存器、计数器等往往 按四位一组排列。故使十六进制的使用独具优越性。按四位一组排列。故使十六进制的使用独具优越性。 八进制可计至八进制可计至 777777770 0 = 4095 = 4095D D； 十进制可计至十进制可计至 99999999D D； 十六进制可计至十六进制可计至 FFFFFFFFH H = 65535 = 65535D D， 二进制最多可计至二

26、进制最多可计至 11111111B B = 15 = 15D D 即即64K64K。其容量最大。其容量最大。 几种数制之间的关系对照表几种数制之间的关系对照表 数制转换小结数制转换小结 （1 1）R R进制转十进制进制转十进制 按权展开十进相加按权展开十进相加 （2 2）十进制转十进制转R R进制进制 整数部分与小数部分分开转换，整数部分与小数部分分开转换， 整数部分除整数部分除 基取余，小数部分乘基取整。基取余，小数部分乘基取整。 （3 3）基数位基数位2k进制互相转换进制互相转换 利用二进作媒介，分段转换。利用二进作媒介，分段转换。 （4 4）任意进制相互转换任意进制相互转换 可以以十进为

27、媒介，先转换为十进制，再转换可以以十进为媒介，先转换为十进制，再转换 为所需进制。为所需进制。 1.31.3二进制数的算术运算二进制数的算术运算( (自学自学) ) 1.3.1 1.3.1 无符号二进制数的算术运算无符号二进制数的算术运算 算术运算是当两个二进制数码表示数量大小时，它算术运算是当两个二进制数码表示数量大小时，它 们之间可以进行数值运算。二进制数的算术运算法们之间可以进行数值运算。二进制数的算术运算法 则和十进制数的运算法则基本相同，只是进位借位则和十进制数的运算法则基本相同，只是进位借位 规则不同规则不同, , 加法运算是加法运算是“逢二进一逢二进一”, , 减法则是减法则是

28、“借一当二借一当二”。 1.3.2 1.3.2 带符号二进制数的算术运算带符号二进制数的算术运算 1.3.2 1.3.2 带符号二进制数的算术运算带符号二进制数的算术运算 例例1.3.6 1.3.6 分别计算出分别计算出A=+6 A=+6 和和B=-6B=-6的四位二进制的原码、的四位二进制的原码、 反码和补码反码和补码 D D 反 反 反反 = D D = D D 补补 补补 = D= D 例：分别写出下面二进制数的原、补码例：分别写出下面二进制数的原、补码 1 1、( (1101)1101)2 2 2 2、( (0.1101)0.1101)2 2 D D 反反 反反 = D= D D D

29、补补 补补 = D= D 1 1、5 5位二进制表示：位二进制表示： 原码原码 反码反码 补码补码 1 1 11011101 1 1 0010 0010 1 1 00110011 1 1、8 8位二进制表示：位二进制表示： 原码原码 反码反码 补码补码 1 1111111 11011101 1 1111111 00100010 1 1111111 00110011 进位位与和的符号位不一致时进位位与和的符号位不一致时 解决解决 位扩展位扩展 1.41.4二进制码二进制码 代码代码: : 表示某一特定信息的二进制数码。表示某一特定信息的二进制数码。 编码编码: : 赋予代码特定含义的过程。赋予代

30、码特定含义的过程。 二进制代码的位数二进制代码的位数n n与需要编码的数（或信息）的与需要编码的数（或信息）的 个数个数N N之间应满足以下关系：之间应满足以下关系：2n-1N2n 1.4.1 1.4.1 二二十进制码十进制码 (BCD(BCD码码- Binary Code Decimal- Binary Code Decimal） 用用4 4位二进制数来表示一位十进制数中的位二进制数来表示一位十进制数中的0-90-9十个数码。十个数码。 从从4 4 位二进制数位二进制数1616种代码中种代码中, ,选择选择1010种来表示种来表示0-90-9个个 数码的方案有很多数码的方案有很多, , 每种

31、方案产生一种每种方案产生一种BCDBCD码。码。 1. 1. 几种常用的几种常用的BCDBCD代码代码 有权码：编码与所表示的十进制数之间的转算容有权码：编码与所表示的十进制数之间的转算容 易易, ,如（）如（） （） （） 余码的特点余码的特点: 0: 0和和9, 19, 1和和8686和和3 3的余码互为反码的余码互为反码, , 这对于求取对这对于求取对9 9的补码很方便。如两个余的补码很方便。如两个余3 3码相加的和是十码相加的和是十 进制的进制的1010时，正好是二进制的时，正好是二进制的1616，于是可从高位自动产生，于是可从高位自动产生 进位信号进位信号 余余3 3码循环码：相邻的

32、两个代码之间仅一位的状态不码循环码：相邻的两个代码之间仅一位的状态不 同。按余同。按余3 3码循环码组成计数器时，每次转换过程只有码循环码组成计数器时，每次转换过程只有 一个触发器翻转，译码时不会发生竞争一个触发器翻转，译码时不会发生竞争- -冒险现象冒险现象。 2 2各种编码的特点各种编码的特点 3. 3. 用用BCDBCD代码表示十进制数代码表示十进制数 BCD2421 2368 10 BCD8421 5364 10 0010 .0011 1100 11102 .863 0101 .0011 0110 01005 .463 不能省略！不能省略！ 不能省略！不能省略！ 对于一个多位的十进制数

33、，需要有与十进制位数相对于一个多位的十进制数，需要有与十进制位数相 同的几组同的几组BCDBCD代码来表示。例如：代码来表示。例如： 对于有权对于有权BCDBCD码，可以按权展开，求得所代表的十码，可以按权展开，求得所代表的十 进制数。例如：进制数。例如： 10 BCD8421 7 11214180 0111 10 BCD2421 7112041211101 4. 4. 求求BCDBCD代码表示的十进制数代码表示的十进制数 编码特点是：任何两个相邻代编码特点是：任何两个相邻代 码之间仅有一位不同。码之间仅有一位不同。 例如，例如，84218421码中的码中的01110111和和10001000

34、是是 相邻码，当相邻码，当7 7变到变到8 8时，四位均变了。时，四位均变了。 若采用格雷码，若采用格雷码，01000100和和11001100是相邻是相邻 码，仅最高一位变了码，仅最高一位变了。 该特点常用于模拟量的转换。当该特点常用于模拟量的转换。当 模拟量发生微小变化，而可能引起模拟量发生微小变化，而可能引起 数字量发生变化时，格雷码仅仅改数字量发生变化时，格雷码仅仅改 变一位，这与其它码同时改变两位变一位，这与其它码同时改变两位 或更多位的情况相比，更加可靠。或更多位的情况相比，更加可靠。 ASCIIASCII码即美国标准信息交换码码即美国标准信息交换码 它共有它共有128128个代码，可以表示大、小写英文字母、个代码，可以表示大、小写英文字母、 十进制数、标点符号、运算符号、控制符号等，十进制数、标点符号、运算符号、控制符号等， 普遍用于计算机的键盘指令输入和数据等。普遍用于计算机的键盘指令输入和数据等。 1.5 1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算二值逻辑变量与基本逻辑运算 当当0和和1表示逻辑状态时，两个二进制数表示逻辑状态时，两个二进制数 码按照某种特定的因果关系进行的运算。码按照某种特定的因果关系进行的运算。 逻辑运算有逻辑代数表达式、真值表、逻辑图和硬件逻辑运