数字电子技术 第六版 课件 第1章 绪论

第1章

绪论

1.1

概述1.2

数制和码制本章小结电路结构简单，易于集成化通用性强﹑成本低且数字信息便于长期保存和加密工作可靠，抗干扰能力强小规模集成电路（SSI）掌握不同数制间的相互转换和8421BCD码。概述在数字电子技术中，被传递、加工和处理的信号是数字信号，这类信号的特点是在时间上和幅值上都是断续变化的离散信号；其高低电平用1和0来表示，用于传递、加工和处理数字信号的电子电路，称作数字电路。数字电路特点数字集成电路分类本章重点中规模集成电路（MSI）大规模集成电路（LSI）超大规模集成电路（VLSI）第1章

绪论1.1

概述1.1.1数字信号与数字电路1.1.2时序波形与数字脉冲波形一、数字信号的特点正极负极内电场模拟电路电子电路分类数字电路

传递、加工和处理模拟

信号的电子电路

传递、加工和处理数字信号的电子电路模拟信号：在时间上和幅值上都是连续变化的信号数字信号：在时间上和幅值上都是断续变化的离散信号1.1.1数字信号与数字电路数字信号时间上和幅度上都是离散的、突变的信号

模拟信号时间上和幅度上都是连续变化的信号一、数字信号的特点1.1.1数字信号与数字电路010010一、数字信号的特点数字电路的特点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)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1.1.1数字信号与数字电路二、逻辑电平

在数字系统中，采用的是二进制数，它只有低电平

0

和高电平1

两个数码，可以进行数值运算。正逻辑体制负逻辑体制规定高电平为逻辑1、低电平为逻辑0

规定低电平为逻辑1、高电平为逻辑0

逻辑体制1.1.1数字信号与数字电路通常未加说明时，则采用正逻辑体制二、逻辑电平L(低电平)00–1.5VH(高电平)13.5-5V逻辑电平二值逻辑值电压范围CMOS电路电压范围与逻辑电平的关系L(低电平)00–0.8VH(高电平)12.7–3.5V逻辑电平二值逻辑值电压范围TTL电路电压范围与逻辑电平的关系

在数字集成电路中，无论是CMOS数字集成电路，还是TTL数字集成电路，它们的高电平1（H）和低电平0（L）不是一个固定的数值，而是允许有一定的变化范围。1.1.1数字信号的特点和逻辑电平一、时序波形又称为时钟波形，用CP

表示，为周期性数字波形。数字波形也称为脉冲波形脉冲周期T：脉冲频率f

：脉冲宽度tw

：占空比q

：脉冲幅度Um：相邻两个脉冲之间的时间间隔。单位为秒（S）、毫秒（mS）、微秒(µS)、纳秒(nS)。每秒时间内重复出现的脉冲个数

f=1/T，单位为赫兹(Hz)、千赫兹(kHz)、兆赫兹(MHz)。单个脉冲的持续时间。单位与周期相同。脉冲宽度tw

与脉冲周期T

的比值q=tw/T脉冲电压变化的最大值。单位为伏(V)、毫伏(mV)。tw

TUmu(CP)0t1.1.2时序波形和数字波形二、数字波形

非周期性波形01101000101101001t数字波形时钟脉冲

CP11010010t当数字波形与时钟波形同步时，数字波形的变化与时钟波形的变化是同时的。在时钟波形到来时，数字波形不一定变化，但数字波形的变化一定发生在时钟波形发生变化的时刻。1.1.2时序波形和数字波形二、数字波形［例］如图，试求：(1)计算出时钟波形（时序波形）的周期、频率和占空比(2)写出数字波形的数据序列。5/Vt/ms0123

456

78

9

1011

1213

1415

16t/ms解:(1)求时钟波形（时序波形）的周期、频率、占空比和电压幅值。

周期(T)：由时钟波形的横坐标可得T=2ms

频率(f)：频率是周期的倒数f=1/T=1/2ms=500Hz1.1.2时序波形和数字波形二、数字波形［例］如图，试求：(1)计算出时钟波形（时序波形）的周期、频率和占空比(2)写出数字波形的数据序列。5/Vt/ms0123

456

78

9

1011

1213

1415

16t/ms解:(1)求时钟波形（时序波形）的周期、频率、占空比和电压幅值。

占空比(q)：占空比为脉冲宽度和周期的比值，由图可知tw=1ms,

因此得q=tw/T=1ms/2ms=0.5=50%1.1.2时序波形和数字波形二、数字波形［例］如图，试求：(1)计算出时钟波形（时序波形）的周期、频率和占空比。(2)写出数字波形的数据序列。5/Vt/ms0123

456

789

1011

1213

1415

16t/ms解:(1)求时钟波形（时序波形）的周期、频率、占空比和电压幅值。

电压幅值(Um)：电压幅值为脉冲电压波形变化的最大值，由纵坐标可得：Um=5V1.1.2时序波形和数字波形二、数字波形［例］如图，试求：(1)计算出时钟波形（时序波形）的周期、频率和占空比(2)写出数字波形的数据序列。5/Vt/ms

0123

456

78

9

1011

1213

1415

16t/ms解:

(2)求数字波形的数据序列。由数字波形图可得数据序列为1011000101.1.2时序波形和数字波形10110001实际数字波形有一定的上升时间和下降时间UmtrtfTtw

脉冲幅度Um：脉冲上升时间tr：脉冲下降时间tf：脉冲宽度tw

：脉冲周期T

：脉冲频率f

：占空比q

：脉冲电压变化的最大值

脉冲波形从

0.1Um

上升到

0.9Um

所需的时间脉冲上升沿

0.5Um

到下降沿

0.5Um所需的时间脉冲波形从

0.9Um

下降到

0.1Um

所需的时间周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间1秒内脉冲出现的次数f=1/T

脉冲宽度

tw与脉冲周期

T的比值

q=tw/T

知识拓展实际数字信号波形实际数字波形有一定的上升时间和下降时间第1章数字逻辑基础1.2

数制与码制1.2.1数制1.2.2不同数制间的相互转换1.2.3二进制代码

一、十进制(Decimal)

(xxx)10或

(xxx)D

例如(385.64)10

或(385.64)D

数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、91×1011×100

5×10-1

1×10-2权权权

权

数码所处位置不同时，所代表的数值不同

(11.51)10

计数规则：逢十进一10i

称为十进制数i位的位权10称为基数

0~9十个数称为数码十进制数可表示为各位数按权展开后相加的展开式

(3176.54)10=3×103+1×102+7×101

+6×100+5×10-1+4×10-21.2.1数制

计数进位制的简称

例如0+1=1

1+1=10

11+1=100

二、二进制(Binary)

(xxx)2或

(xxx)B

例如(1011.11)2或(1011.11)B

数码：0、1

计数规则：逢二进一位权：2i

基数：2按位权展开式表示

(1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+

1×2-2

将按位权展开后的数按照十进制规律相加，即得对应十进制数。(1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=8+0+2+1+0.5+0.25

(1011.11)2=(11.75)10

=11.75

三、八进制(Octal)

(xxx)8或

(xxx)O

例如(164.16)8

或(164.16)O

数码：0、1

、2、3

、4

、5

、6

、7

计数规则：逢八进一位权：8i

基数：8按位权展开式表示

(164.16)8=1×82+6×81+4×80+1×8-1+6×8-2

将按位权展开后的数按照十进制规律相加，即得对应十进制数。=64+48+4+0.125+0.09375(164.16)8=(116.21875)10

=116.21875(164.16)8=1×82+6×81+4×80+1×8-1+6×8-2

四、十六进制(Hexadecimal)

(xxx)16或

(xxx)H

例如(5EC.D4)16或(5EC.D4)H

数码：0、1

、2、3

、4

、5

、6、7、8、9

、

A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)计数规则：逢十六进一位权：16i

基数：16按位权展开式表示

(3BE.C4)16=3×162+11×161+14×160+12×16-1+4×162

将按位权展开后的数按照十进制规律相加，即得对应十进制数。=768+176+14+0.75+0.015625(3BE.C4)16=(958.765625)10

=958.765625(3BE.C4)16=3×162+11×161+14×160+12×16-1+4×16-2十进制、二进制、八进制、十六进制对照表77011176601106550101544010043300113220010211000110000000十六进制八进制二进制

十进制F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A121010109111001981010008十六进制八进制二进制

十进制1.648

10.824

0

整数1.412

1

一、十进制转换为二进制［例］将十进制数

(107.706)10转换成二进制数。

1071010

12(107)10=(1101011)2

×2×21.296

1.70622220.706×2一直除到商为

0为止

余数

1方法：整数部分采用“除基取余法”

小数部分采用“乘基取整法”读数顺序读数顺序

.

10112

0

12×21.2.2不同数制间的相互转换5326136310221．二进制与八进制间的相互转换

二进制→八进制(11100101.11101011)2=(345.726)8

补0(11100101.11101011)2=

011100101.111010110

345.7

26

从小数点开始，整数部分向左﹑

小数部分向右﹐每三位二进制数一组，最后一组不足三位的﹐整数部分在高位加0补足三位，小数部分在低位加0补足三位，再按原顺序写出各组对应的八进制数。补0

二、二进制与八进制十六进制之间的相互转换八进制→二进制1.二进制与八进制间的相互转换(745.361)8=(111100101.011110001)2

745.361

将每位八进制数用三位二进制数取代，再按原顺序排列起来，便得到了相应的二进制数。

二、二进制与八进制十六进制之间的相互转换

111

100

101.011

11000110110111111.111011011110

11方法：整数部分从低位开始，每4位二进制数为一组，最后一组不足4位时，则在高位加0补足4位；小数部分从高位开始，每4位二进制数为一组，最后一组不足4位时，则在低位加0补足4位。再按原顺序写出各组对应的十六进制数。

一位十六进制数对应4位二进制数，因此二进制数4位为一组。2．二进制与十六进制间的相互转换(10110111110.100111)2=(5BF.EC)16

补0［例］(10110111111.1110110)2=(?)16

。00

5BF.EC补010110111110

二、二进制与八进制十六进制之间的相互转换二进制→十六进制方法：将每位十六进制数用4位二进制数来代替，然后再按原来的顺序排列写出就可得到相应的二进制数。

一位十六进制数对应4位二进制数，因此二进制数4位为一组。2.二进制与十六进制间的相互转换［例］(3DC.7E)16=(?)2

。

二、二进制与十六进制数之间的相互转换(3DC.7E)16=(1111011100.

0111111)2

3DC.

7E1100.0011111001111101十六进制→二进制将一定位数的二进制数按一定规则排列起来表示某种特定含义的对象，这些数码称为二进制代码。

在进行编码时，可根据不同情况编写需要的代码。为便于识别，编写代码都有一定的规则，这些规则叫做码制。

1.2.3二进制代码

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常用的二-十进制

BCD码有：1.8421BCD码2.5421BCD码和2421BCD码3.余3BCD码4.

格雷码

二-十进制代码

用4位二进制数表示1

位十进制数

0~

9十个状态的方法(又称BCD码

，

即

BinaryCodedDecimal)

4位二进制码有16种不同的组合，取出其中10种组合来表示0~

9十个数有多种编码方案，所以BCD码也有多种方案。恒权码,取4位自然二进制数的前10种组合。从高位到低位的权值分别为8、4、2、1。

无权码，比8421BCD码多余3(0011)。恒权码,从高位到低位的权值分别为5、4、2、1和2、4、2、1。无权码，在相邻两组代码之间只有1位二进制数不同，其余各位都相同，且最小值0(0000)和最大值9(1000)之间也只有一位代码不同。常用二-

十进制代码表9876543210

十进制数余3码2421(B)2421(A)5421码8421

码无权码

有权码

格雷码100110000111011001010100001100100001000011111111110011101110101111010111101011000110100110110101100001000100010000110011001100100010001000010001000100000000000011001011101010011000011101100101010000111000110001000101011101100010001100010000比8421BCD码多余3取4位自然二进制数的前10种组合，去掉后6种组合1010~1111。权为

8、4、2、1(753)10=(101010000011)5421BCD

(753)10

=(011101010011)8421BCD

用BCD码表示十进制数举例：

(753)10=

(10000110)余3BCD

注意不同BCD码之间的区别：(150)10=(000101010000)8421BCD

=(10010110)2=(226)8=(96)16

753

1010方法：用BCD码表示十进制数时，只要将每一位十进制数分别用相应的BCD码取代即可。［例］将十进制数(847.65)10

分别转换为8421BCD码、5421BCD码和余3BCD码。(8

4

7.6

5)16=(1000

0100

0111.

0110

0101

)8421BCD

=(1011

0100

1010.1001

1000

)5421BCD

=(1011

0111

1010.1001

1000)余3BCD

注意不同BCD码之间的区别：方法：以小数点为起点向左、向右各以4位二进制数为一组，并写出每组代码代表的十进制数，再按原顺序排列即可。［例］将(10010110.01110100)8421BCD和(11000111.10011011)余3BC