《数制与码制 》PPT课件.ppt
徐振方 电气工程学院,数字电子技术基础,2023/7/16,2,主讲内容及重点（54学时）,第一章 数制和码制（5分）,第二章 逻辑代数基础（15分）,第三章 门电路（10分）,第四章 组合逻辑电路（20分）,第五章 触发器（15分）,第六章 时序逻辑电路（20分）,第十章 脉冲波形的产生与整形（5分）,第十一章 A/D、D/A（5分）,第七章 半导体存储器（5分）,2023/7/16,3,第1章 数制和码制,数字电路的学习方法,电子技术的发展与应用,数字电路与模拟电路,1.1 数字电路概述,返回,结束放映,2023/7/16,4,数字电路的学习方法,（1）逻辑代数是分析和设计数字电路的重要工具，应熟练掌握。（2）重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能、外部特性及典型应用。对其内部电路结构和工作原理不必过于深究。（3）掌握基本的分析方法。（4）本课程实践性很强。应重视习题、基础实验和综合实训等实践性环节。（5）注意培养和提高查阅有关技术资料和数字集成电路产品手册的能力。,2023/7/16,5,1.1.1 电子技术的发展与应用,1.电子技术的应用,科学研究中，先进的仪器设备；传统的机械行业，先进的数控机床、自动化生产线；通信、广播、电视、雷达、医疗设备、新型武器、交通、电力、航空、宇航等领域；日常生活的家用电器；电子计算机及信息技术。,返回,2023/7/16,6,电视技术,雷达技术,通信技术,计算机、自动控制,航空航天,21世纪是信息数字化的时代，“数字电子技术”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。,2023/7/16,7,2.4GHz ISM带宽无线系统2.4GHz ISM band Radio,206MHz StrongARM Processor206MHz 增强型ARM处理器,4通道声音传感器4-channel acoustic Sensor,2023/7/16,8,2.电子技术的发展电子器件的改进与创新,1904年发明电子真空器件（电子管）电子管时代。1948年发明半导体器件晶体管时代。20世纪60年代制造出集成电路集成电路时代。,电子管是英国物理学家弗莱明发明，世界上第一台计算机用1.8万个电子管，占地170m2，重30t，功率150kw,按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）,2023/7/16,9,3.电子技术的分类 电子技术：研究电信号的产生、传送、接收和处理。模拟电子技术 数字电子技术,2023/7/16,10,1.1.2 数字电路与模拟电路,1.基本概念电信号：指随时间变化的电压和电流。模拟信号：在时间和幅值上都为连续的信号。数字信号：在时间和幅值上都为离散的信号。模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。数字电路：处理和传输数字信号的电路。,返回,2023/7/16,11,模拟信号：时间上连续：任意时刻有一个相对的值。数值上连续：可以是在一定范围内的任意值。例如：电压、电流、温度、声音等。真实的世界是模拟的。缺点：很难度量；容易受噪声的干扰；难以保存。优点：用精确的值表示事物。,模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。三极管工作在线性放大区。,2023/7/16,12,数字信号：时间上离散：只在某些时刻有定义。数值上离散：变量只能是有限集合的一个值，常用0、1二进制数表示。例如：开关通断、电压高低、电流有无。,2023/7/16,13,数字化时代：音乐：CD、MP3 MP4电影：MPEG、RM、DVD数字电视 等离子电视数字照相机数字摄影机手机,数字电路：处理和传输数字信号的电路。三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。,2023/7/16,14,2.数字电路特点（与模拟电路相比）,（1）数字电路的基本工作信号是用1和0表示的二进制的数字信号，反映在电路上就是高电平和低电平。（2）晶体管处于开关工作状态，抗干扰能力强、精度高。（3）通用性强。结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产。（4）具有“逻辑思维”能力。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、逻辑判断，故又称为数字逻辑电路。,2023/7/16,15,越来越大的设计 越来越短的推向市场的时间 越来越低的价格 大量使用计算机辅助设计工具（EDA技术）多层次的设计表述 大量使用复用技术 IP（Intellectual Property）,3.当前数字电路设计的趋势,2023/7/16,16,1.2 数制及编码,数制,数制转换,编码,返回,结束放映,2023/7/16,17,1.2.1 数制,1.十进制,数字符号（系数）：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9计数规则：逢十进一，借一当十。基数：10 用字母D（Decimal）表示权：10的幂,例：（1999）10=（1103+9102+9101+9100）10,返回,数码：由数字符号构成且表示物理量大小的数字和数字组合。计数制（简称数制）：多位数码中每一位的构成方法，以及从低位到高位的进制规则。,2023/7/16,18,式中，ai为十进制数的任意一个数码；n、m为正整数，n表示整数部分数位，m表示小数部分数位。,总结：,2023/7/16,19,上述十进制数按位权展开的方法，可以推广到任意进制的计数制。对于一个基数为R(R2)的R进制计数制，共有0、1、(R-1)个不同的数码，则一个R进制的数按位权可展开为：,这种计数法叫做“R进制”计数法，R称为计数制的基数或称为计数的模(mod)。在数N的表示中，用下角标或(mod=R)来标明模。,2023/7/16,20,2.二进制,数字符号：0、1计数规则：逢二进一，借一当二基数：2 用字母B(Binary)表示权：2的幂,一般形式为：（N）2=（bn-1bn-2b 1b0）2=(bn-12n-1bn-22n-2b121b020)10,例：（1011101）2=（126+025+124+123+122+021+120）10=（64+0+16+8+4+0+1）10=（93）10,数值越大，位数越多，读写不方便，容易出错！,2023/7/16,21,3.八进制,数字符号：07计数规则：逢八进一基数：8 用字母O(Octal)表示权：8的幂,例：（127）8=（182+281+780）10=（64+16+7）10=（87）10,2023/7/16,22,4.十六进制,数字符号：09、A、B、C、D、E、F计数规则：逢十六进一基数：16 用字母H(Hexadecimal)来表示权：16的幂,返回,例：（5D）16=（5161+13160）10=（80+13）10=（93）10,2023/7/16,23,1.2.2 数制转换,1.十进制数转换成二进制 整数部分的转换：除2取余法。,返回,例：求（217）10=（）2 解：2217 余1 b0 2108 余0 b1 254 余0 b2 227 余1 b3 213 余1 b4 26 余0 b5 23 余1 b6 21 余1 b7 0,（217）10=（11011001）2,2023/7/16,24,例：求（0.3125）10=（）2 解：0.3125 2=0.625 整数为0 b-1 0.625 2=1.25 整数为1 b-2 0.25 2=0.5 整数为0 b-3 0.5 2=1.0 整数为1 b-4,说明：有时可能无法得到0的结果，这时应根据转换精度的要求适当取一定位数。,小数部分的转换：乘2取整法。,（0.3125）10=（0.0101）2,2023/7/16,25,2.二进制与八进制、十六进制之间的转换,（1）二进制与八进制之间的转换 三位二进制数对应一位八进制数。,（）2=（101，011，100，101）2=（5345）8,（6574）8=（110，101，111，100）2=（）2,2023/7/16,26,（2）二进制与十六进制之间的转换,例如：（9A7E）16=（1001 1010 0111 1110）2=（）2,四位二进制数对应一位十六进制数。,（）2=（0101 1101 0110）2=（5D6）16,2023/7/16,27,表1-1 几种计数进制数的对照表,返回,2023/7/16,28,、反码、补码和补码运算,2023/7/16,29,计算(1001)2-(0101)2,1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0,0 1 0 0 1,1 1 0 1 1,1 0 0 1 0 0,二进制加、减、乘、除都可以用加法运算来实现。,例,2023/7/16,30,1.2.4 编码,返回,二进制代码：具有特定意义的二进制数码。编码：代码的编制过程。,BCD码：用一个四位二进制代码表示一位十进制数字的编码方法。常用的BCD码：8421、5421、2421、余3码等。,1.二十进制编码（BCD码）(Binary Coded Decimal),2023/7/16,31,表1-2 几种常用的BCD码,2023/7/16,32,（1）8421码,选取00001001表示十进制数09。按自然顺序的二进制数表示所对应的十进制数字。是有权码（恒权代码），从高位到低位的权依次为8、4、2、1，故称为8421码。10101111等六种状态是不用的，称为禁用码。,例：（1985）10=（0001 1001 1000 0101）8421BCD,2023/7/16,33,（2）5421码,（3）余3码,选取00000100和10001100这十种状态。01010111和11011111等六种状态为禁用码。是有权码（恒权代码），从高位到低位的权值依次为5、4、2、1。,选取00111100这十种状态。与8421码相比，对应相同十进制数均要多3（0011），故称余3码。,2023/7/16,34,2.其它常用的代码,（1）格雷码（又称循环码）,特点：任意两个相邻的数所对应的代码之间只有一位不同，其余位都相同。循环码的这个特点，使它在代码的形成与传输时引起的误差比较小。,2023/7/16,35,表1-3 四位循环码的编码表,2023/7/16,36,（2）奇偶校验码,具有检错能力，能发现奇数个代码位同时出错的情况。,构成：信息位(可以是任一种二进制代码)及一位校验位。校验位数码的编码方式：“奇校验”时，使校验位和信息位所组成的每组代码中含有奇数个1；“偶校验”时，使校验位和信息位所组成的每组代码中含有偶数个1。,2023/7/16,37,表1-4奇偶校验码（以8421BCD码为例）,2023/7/16,38,（3）字符码,字符码：专门用来处理数字、字母及各种符号的二进制代码。最常用的：美国标准信息交换码ASCII码。ASCII(American Standard Code for Information Interchange)用7位二进制数码来表示字符。可以表示27128个字符。,2023/7/16,39,表1-5 美国标准信息交换码（ASCII码）,2023/7/16,40,本章小结,返回,数字电路中广泛采用二进制，二进制的特点是逢二进一，用0和1表示逻辑变量的两种状态。二进制可以方便地转换成八进制、十进制和十六制。BCD码是十进制数的二进制代码表示，常用的BCD码是8421码。,
