数字电子技术基础ppt课件 第1章.ppt

数字电子技术基础,华北理工大学轻工学院,电子技术及计算机教研室邢玉秀,大脑：嵌入式系统,躯干、骨骼：电路,神经系统：信号传输,思想：程序,电类系统人体图,行走：使用,数字电子技术基础,第一章 数制和码制,第三章 门电路,第四章 组合逻辑电路,第五章 触发器,课程说明,第二章 逻辑代数基础,退出,第十一章 数模和模数转换,第七章 半导体存储器,*第八章 可编程逻辑器件,第十章 脉冲波形的产生与整形,第六章 时序逻辑电路,*第九章 硬件描述语言简介,课程说明,书中打星号的章节不作考试要求数字逻辑课程第三章选讲部分内容授课内容共九章,参考书,数字电子技术基础（第五版）阎石（课本）数字电子技术基础 康华光模拟电子技术基础（第四版）童诗白数字电子技术 范立南，代红艳，恩莉编著数字电子技术 刘南平,李擎主编 数字电子技术基础(第五版)教师手册 阎石，王红编 数字电子技术基础(第四版)导教导学导考 陈志武主编,成绩评定办法,1.出勤情况2.预习情况3.回答问题情况4.作业情况等,本门课程成绩=平时成绩(30%)+考试成绩(70%),平时成绩分(30%)，包括：,特别说明：,1.作业纸中间对折或打线，按从上往下、从左往右的顺序写；不用抄题，但要有必要的电路图；写清题号，要有推理或计算过程,2.不许写在背面，不许超界限,3.课代表按学号从小到大的顺序整理好统一上交,4.作业要清晰、有条理，潦草者最多6分,5.统一用河北联合(理工)大学轻工学院作业纸,6.抄袭者一经发现，扣5分/班次,7.每周一上课前交作业，过时不候,8.其它未尽事宜，最终裁决权归本人。,教师联系方式,姓 名：单 位：办公室:Email：Tel:,第1章 数制和码制,1.1 概述,1.2 几种常用的数制,退出,返回主目录,1.3 不同数制间的转换,1.4二进制算术运算,1.5 几种常用的编码,1.1.1 数字信号与数字电路,1.1 概述,数字电路可分为小规模(SSI，每片数十器件,如：非门、与门、或门等)、中规模(MSI，每片数百器件，如：编码器、译码器、数据选择器等)、大规模(LSI，每片数千器件)和超大规模(VLSI，每片器件数目大于1万)数字集成电路。集成电路从应用的角度又可分为通用型和专用型两大类型。,1.1.2 数字电路的分类,（1）按集成度分类：,数字电路可分为单极型(MOS型)和双极型(TTL型)两类。,数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关。时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅和当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。,（2）按所用器件制作工艺的不同：,（3）按照电路的结构和工作原理的不同：,1.1.3 数字电路的优点,（1）便于高度集成化。（2）工作可靠性高、抗干扰能力强。（3）数字信息便于长期保存。（4）数字集成电路产品系列多、通用性强、成本低。（5）保密性好。,(1)数制：表示数时，仅用一位数码往往不够用，必须用进位计数的方法组成多位数码。多位数码每一位的构成以及从低位到高位的进位规则称为进位计数制，简称进位制或数制。(如：十进制),(2)基数：进位制的基数，就是在该进位制中可能用到的数码个数。(如：十进制基数是10，二进制基数是2),(3)位权(位的权数)：在某一进位制的数中，每一位的大小都对应着该位上的数码乘上一个固定的数，这个固定的数就是这一位的权数。权数是一个幂。(如：243，2的位权是102),1.2 几种常用的数制,数码为：09；基数是10。运算规律：逢十进一，即：9110。表示方法：(255)10、255D（D可省）十进制数的权展开式：,1、十进制,103、102、101、100称为十进制的权。每个数位的权都是10的幂。,同样的数码在不同的数位上代表的数值不同。,任意一个十进制数都可以表示为各个数位上的数码与其对应的权的乘积之和，称权展开式。,即：(5555)105103 510251015100,又如：(209.04)10 2102 0101910001014 102,2、二进制,数码为：0、1；基数是2。运算规律：逢二进一，即：1110。表示方法：(101)2、101B二进制数的权展开式：(101.01)2 122 0211200211 22=(5.25)10,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,各数位的权是的幂,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。,数码为：07；基数是8。运算规律：逢八进一，即：7110。表示方法：(127)8、127O（或127Q，手写方式）八进制数的权展开式：(207.04)8 282 0817800814 82(135.0625)10,3、八进制,各数位的权是8的幂,4、十六进制,数码为：09、AF；基数是16。运算规律：逢十六进一，即：F110。表示方法：(F27)16、F27H十六进制数的权展开式：(D8.A)16 13161 816010 161(216.625)10,各数位的权是16的幂,结论,一般地，N进制需要用到N个数码，基数是N；运算规律为逢N进一。如果一个N进制数M包含位整数和位小数，即(an-1 an-2 a1 a0 a1 a2 am)N则该数的权展开式为：,由权展开式很容易将一个N进制数转换为十进制数。,1.3 不同数制间转换,（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。,将N进制数按权展开，即可以转换为十进制数。,1、二进制数与八进制数的相互转换,1 1 0 1 0 1 0.0 1,(0 0,0)2,(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。,=(011 111 100.010 110)2,(374.26)8,2、二进制数与十六进制数的相互转换,1 1 1 0 1 0 1 0 0.0 1 1,(0 0 0,0)2,(1D4.6)16,=(1010 1111 0100.0111 0110)2,(AF4.76)16,二进制数与十六进制数的相互转换，按照每4位二进制数对应于一位十六进制数进行转换。,3、十进制数转换为二进制数,采用的方法 基数连除、连乘法,a.整数部分的转换,因此将(S)10除以2所得的商再次除以2，则所得余数即k1。以此类推，反复将每次得到的商再除以2，就可求得二进制数的每一位了。,假定十进制整数为,等值的二进制数为,，则依式,可知,上式表明，若将,除以2，则得到的商为,，而余数即,。,同理将上式中的商除以2得到新的商可写成,a.整数部分的转换,因此将(S)10除以2所得的商再次除以2，则所得余数即k1。以此类推，反复将每次得到的商再除以2，就可求得二进制数的每一位了。,b.小数部分的转换,上式说明将(S)10乘以2所得乘积的整数部分即k-1。,同理，将乘积的小数部分再乘以2又可得到,亦即乘积的整数部分就是k-2。以此类推，将每次乘2后所得乘积的小数部分再乘以2，便可求出二进制小数的每一位。,整数部分采用基数连除法，先得到的余数为低位，后得到的余数为高位。,小数部分采用基数连乘法，先得到的整数为高位，后得到的整数为低位。,所以：(44.375)10(101100.011)2,采用基数连除、连乘法，可将十进制数转换为任意的N进制数。,考研进阶：(数制转换方法),一、2m进制数2n进制数的快速转换法：,2m进制数(如2，4，8，进制数）可快速的转换成2n进制数，m，n均为正整数，方法是：,(2)再将二进制数转换成2n进制数：以小数点为界分别向左、右两个方向每n位二进制数位一组(两端的组若位数不够时在两端补0)，即可从左向右直接读出其等值的2n进制数。,(1)先将2m进制数转换成二进制数；,例：将AF.3DH转换成八进制数。,解：AF.3DH=1010 1111.0011 1101B=010 101 111.001 111 010B=257.172O,二、m进制数n进制数的通用转换法：,m进制数转换成n进制数(m，n均为正整数)，可按以下方法进行：,(2)再将十进制数转换成n进制数：整数部分采用基数连除法，小数部分采用基数连乘法。,(1)先将m进制数转换成十进制数；,例：将(21.6)7转换成等值的十一进制数。,解：先转换成等值的十进制数,(21.6)7=271+170+67-1(15.857)10,将15.857转换成等值的十一进制数,故：(21.6)7(14.947)11,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，这种运算称为算术运算。运算规则与十进制唯一不同的是逢二进一。,1.4 二进制算术运算,例如：两个二进制数1001和0101的算术运算有：,在数字电路和数字电子计算机中，二进制数的正负也是用0和1表示的。采用的方法是在二进制数的前面增加一位符号位，正数为0，负数为1。其余位0和1表示数值。这种方式表示的数码称为原码。,正负号表示原码：,补码原理：,法一：往回拨5格，10-5=5。,法二：往前拨7格，10+7-12=5超过12以后进位自动消失，只剩下余数5。,10-5的减法可用10+7的加法代替。因为5和7相加正好等于进位的模数12，所以称7为-5对模12的补数，也称为补码。,调表时，从10点调到5点，方法有两种。,结论：,推论：在舍弃进位的条件下，减去某个数可以用加上它的补码来代替。,例：1011-0111=0100,上式中还是用到了减法，为避免在求补码的过程中做减法运算，通常先求出N的反码(INVERSE)，二进制的反码(N)INV定义为：,因此当N为负数时，N+(N)INV=2n-1，而2n-1为n位全1的二进制数，所以N 和(N)INV每一位互反。综合以上两式可知：,补码的快速求取：数值位从右往左数到第一个1，1前各位全部取反即可。,1.最高位为符号位，正数为0，负数为12.正数的反码、补码和它的原码相同；3.负数的反码是原码按位取反，补码是反码加1。,例：计算(1001)2-(0101)2,反码、补码：,例：用二进制补码运算求13+10和-13-10。,解：由于13+10和-13-10的绝对值为2315，所以必须用有效数字为5位的二进制数才能表示，再加上一位符号位，就得到6位的二进制补码。,+13的二进制补码应为001101，+10的二进制补码应为001010，-13的二进制补码应为110011，-10的二进制补码应为110110。,验证：补码再求补即为原码。将101001求补，得110111，即-23。,注意：,第一：补码相加的和仍为补码，当符号位为1时，和为负数，这时的数值部分不是这个数的绝对值。,第二：将两数写成补码时，数值部分所取的位数必须足以表示和的最大绝对值，否则计算结果将出现错误。,用一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息的过程称为编码。用以表示十进制数码、字母、符号等信息的一定位数的二进制数称为代码。,1.5 几种常用的编码,数字系统只能识别0和1，怎样才能表示更多的数码、符号、字母呢？用编码可以解决此问题。,2421码的权值依次为2、4、2、1；余3码由8421码加0011得到；余3循环码是一种变权码，其特点是任何相邻的两个码字，仅有一位代码不同，其它位相同。(P13),用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的09十个数码。简称BCD码。,8421BCD码：用四位自然二进制码中的前十个代码来表示十进制数码，因各位的权值依次为8、4、2、1而得名。,一、二-十进制代码：,又称循环码，编码规则：如果从0000开始，最低位状态按0110顺序循环变化，次低位按00111100顺序循环变化，右边第三位按0000111111110000顺序循环变化。因此，自右向左，每一位状态循环中连续的0、1数目增加一倍。,二、格雷码,格雷码与二进制代码对照表,将二进制代码转换成格雷码，只需将相应位置的二进制代码的第i位与第i+1位相加，即可得到格雷码的第i位。即：,将格雷码转换成二进制代码，满足：,一种能检验出二进制信息在传送过程中出现错误的代码奇偶校验码。这种代码由两部分组成：信息位(需要传送的信息本身)和奇偶校验位。整个代码中1的个数按预先的规定为奇数(或偶数)，1的总个数为奇数时称为奇校验，1的总个数为偶数时称为偶校验。这样，一旦某一代码在传送过程中出现1的个数不是奇(偶)数个时，就会被发现。,三、奇偶校验码,十进制数码的奇偶校验码,四、美国信息交换标准代码(ASCII),美国信息交换标准代码是由美国国家标准化协会(ANSI)制定的一种信息代码，广泛地用于计算机和通讯领域中。ASCII码已经由国际标准化组织(ISO)认定为国际通用的标准代码。,ASCII码是一组7位二进制代码(b7b6b5b4b3b2b1)，共128个，其中包括表示09的十个代码，表示大、小写英文字母的52个代码，32个表示各种符号的代码以及34个控制码。,美国信息交换标准代码(ASCII)表 P15,本节小结,日常生活中使用十进制，但在计算机中基本上使用二进制，有时也使用八进制或十六进制。利用权展开式可将任意进制数转换为十进制数。将十进制数转换为其它进制数时，整数部分采用基数除法，小数部分采用基数乘法。利用1位八进制数由3位二进制数构成，1位十六进制数由4位二进制数构成，可以实现二进制数与八进制数以及二进制数与十六进制数之间的相互转换。二进制代码不仅可以表示数值，而且可以表示符号及文字，使信息交换灵活方便。BCD码是用4位二进制代码代表1位十进制数的编码，有多种BCD码形式，最常用的是8421 BCD码。,作业：P17,题1.4（2）题1.5（4）题1.9（2）题1.10（4）题1.15（8）,