数字逻辑电路概述.ppt

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1、数字逻辑电路,华南师范大学教育信息技术学院,本节讨论,为什么要学习数字逻辑电路？学习数字逻辑电路要哪些基础？学习数字逻辑电路的方法有哪些？,听听大家的意见,为什么要学习数字逻辑电路？,思考：1+1=？数字电视更清晰？,为什么要学习数字逻辑电路？,1+1=？在二进制加法中，1+1=10在十进制加法中，1+1=2在逻辑运算中，1+1=1,为什么要学习数字逻辑电路？,专业基础课程，是研究数字系统设计的入门课程 通过本课程的学习，使学生掌握数字逻辑电路的基本理论和基本分析方法，为学习后续课程准备必要的电路知识。本课程在培养学生严肃认真的科学作风和抽象思维能力、分析计算能力、总结归纳能力等方面起重要作用

2、。在本课程中，将介绍数字逻辑电路的分析设计方法和基本的系统设计技巧；培养同学综合运用知识分析解决问题的能力和在工程性设计方面的基本素养。,学习数字逻辑电路要哪些基础？,数学基础 布尔代数（逻辑代数与逻辑函数）模拟电路基础二极管、三极管等基本单元电路等计算机程序设计基础语句格式流程控制,学习数字逻辑电路的方法有哪些？,课堂学习建议勤于思考，多些讨论课后学习参考网站BBS交流,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

3、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。,第1章 数制与编码,第1章 数制与编码,主要内容模拟电子技术与数字电子技术数制及其变换编码,1.1模拟电子技术与数字技术,模拟电路：传输或处理模拟信号的电路数字电路：对数字信号进行传递、变换、运算、存储以及显示等处理的电路,1.1.1 模拟信号（Analog Signal),模拟量,时间和数值连续的物理量，如速度、温度、声音,u,正弦波信号,锯齿波信号,u,Frequency，Period，Amplitude，Phase,11 模拟信号与数字信号,模拟电路：分析输出信号输入

4、信号在频率、幅度、相位等方面的不同，如交、直流放大器（AC、DC Amplifier）、信号发生器（Signal Generator）、滤波器（Filter)等。在模拟电路中，Transistor工作在放大状态。,11 模拟信号与数字信号,1.1.2 数字信号（Digital Signal,pulse）,数字量,：时间和幅度都是离散的,大多数数字信号都是由模拟信号变换而来,数字电路信号,11 模拟信号与数字信号,11 模拟信号与数字信号,1.1.2 数字信号,bit、bit time、bit rate比特率,数字信号,周期性：Duty Frequency、Period、Pulse Width脉

5、宽、Ratio占空比、Amplitude,非周期性：,正逻辑,Bit time=50ms,Bit rate=20bps,Frequency=?Period=?Amplitude=?Pulse width(tw)=?Duty ratio(q)=?,实际数字信号,tr tf tw,11 模拟信号与数字信号,模拟信号在传输过程中失真 数字信号仍然可以保持 0、1,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

6、）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。,1.2 数制和编码,1.2.1数制,（1）进位制：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。,（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。,（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。,数码为：09；基数是10。运算规律：逢十进一，即：9110。十进制数的权展开式：,1、

7、十进制,6 3 8,6 6,3 3,8 8,6 3 8,103、102、101、100称为十进制的权。各数位的权是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：(5638)105103 610231018100,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。二进制数的权展开式：如：(101.01)2 122 0211200211 22(5.25)10,加法规则：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1

8、=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。,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D包含位整数和位小数，即(kn-1 kn-2 k1 k0 k1 k2 km)N则该数的权展开式为：(D)N kn-1Nn-1 kn-2 Nn-2 k1N1 k0 N0k1 N-1k2 N-2 kmN-m 由权展开式很容易将一个N进制数转换为十进制数。,数制(Number system),N进制数,N进制：以N为基数的

9、记数体制,1.有N个数码(Digit)：0（N1）,2.逢N进1,3.,基数(Base),十进制转为N进制的一般方法先将十进制转换为二进制，然后由二进制转换为八进制和十六进制N进制转为十进制的方法(D)N kn-1Nn-1 kn-2 Nn-2 k1N1 k0 N0k1 N-1k2 N-2 kmN-m 由权展开式很容易将一个N进制数转换为十进制数。,1.2.2 进制之间的转换方法,二进制：,Binary 如(1001.001)B,八进制：,Octonary or Octal如(75.2)O,Hexadecimal如(9E.0A)H,十六进制：,十进制：,Decimal or Denary 如(1

10、9.2)D,关于数制的英文标记（P.3）,1.BD：二进制数按位（权）展开相加,例：(11010.011)2=,124,+123+022+121+020+,021+122+123,=(26.375)10,1.2.2 数制之间的转换,2.DB 整数和小数部分分别转换，最后相加,整数除二，取出余数再除二，直到商为零,小数乘二，取出整数部分再乘二，直到满足误差要求,例：(25)D=,(11001)B,b0,b1,b2,b3,b4,整数除二，取出余数再除二，直到商为零,除二取余,0.706 X 2=1.412 1 b-1,0.412 X 2=0.824 0 b-2,0.824 X 2=1.648 1

11、b-3,(0.706)D=(0.1011)B,例：(0.375)D=(?)B,0.648 X 2=1.296 1 b-4,0.375 X 2=0.750 0 b-1,0.750 X 2=1.500 1 b-2,0.500 X 2=1.000 1 b-3,=(0.011)B,小数乘二，取出整数部分再乘二，直到满足误差要求,例：(0.706)D 转换为二进制数，要求其误差不大于2-4。,乘二取整,2.BH：以小数点为基准，分别向左、右每四位分为一组，转换为相应的十六进制数,(4E6)H=,4162+14 161+6 160,=(1254)D,1.H（或O）D：按位（权）展开,1.2.2 数制之间的

12、转换,BH,(0101 1001)B=,027+1 26+0 25+1 24+1 23+0 22+0 21+1 20D,=,(023+1 22+0 21+1 20)161+(1 23+0 22+0 21+1 20)160D,=(59)H,每四位2进制数对应一位16进制数,(11101.011000111)B=,(0001 1101.0110 0011 1000)B=,=(1D.638)H,.,BH：以小数点为基准，分别向左、右每四位分为一组，转换为相应的十六进制数,B=,(010 101 011 110.100 000 111)B=,=(2536.407)O,.,3.BO：以小数点为基准，向左

13、、右每三位分为一组，转换为相应的八进制数,4.HB：将每一位16进制数转换为4位二进制数,5.OB：将每一位8进制数转换为3位二进制数,(567)O=(？)B,(567)H=(？)B,6.DO：,7.DH：,8.HO：,(BE.29D)H=(？)O,=(10111110.001010011101)B,=(276.1235)O,9.OH：,整数除8取余，小数乘8取整；D-B-O,整数除16取余，小数乘16取整；D-B-H,H-B-O,O-B-H,数字系统的信息,二进制代码如ASCII,自然二进制码,BCD码,格雷码,编码基本规则：2n=N（N为需编码信息的项数，n为编码bit数）,1.3编码,用

14、一定位数的二进制数来表示十进制数码、字母、符号等信息称为编码。,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。,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。,二-十进制代码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 9 十个数码。简称BCD码。,2421码的权值依次为2、4、2、1；余3码由8421码加0011得到；格雷码是一种循环码，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。,用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码，因各位的权值依次为8、4、2、1，故称8421 BCD码。,1.3.1.二十进制

15、编码,一、BCD码是Binary-Coded-Decimal的缩写，即二进制编码的十进制数。用来表示十进制数。,在BCD码中，用四位二进制数表示0-9十个数码。四位二进制数最多可以表示16个字符，因此0-9十个字符与这16中组合之间可以有多种情况，不同的对应便形成了一种编码。,无权码,有权码,二、格雷码（循环码）,4.采用格雷码，位数变化小，可大大减少错码的可能性,请观察如下格雷码的特点？,1.每两个相邻代码中的数码仅有一位不同，其余各位均相同,2.首尾(0和15)两个代码也仅有一位不同，构成“循环”,3.无权码,什么是ASCII编码?,字符的ASCII码,（1）ASCII中文含义是美国信息交换标准码。,（2）采用7位二进制数，可以提供128个编码位置。,（3）对于字母、数字按排列次序编码的。,小写字母a是97，即（1100001)2，,数字0是48，即（0110000)2,计算机使用一个字节（8位二进制）存储ASCII码,课后练习,1.数字信号与模拟信号相比有何特点？2.课本P.8练习题1.2、1.3、1.4,THE END,