《数字逻辑电路概述》PPT课件.ppt

数字逻辑电路华南师范大学教育信息技术学院华南师范大学现代教育技术教研室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？听听大家的意见华南师范大学现代教育技术教研室为什么要学习数字逻辑电路？思考：1+1=？数字电视更清晰？华南师范大学现代教育技术教研室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 华南师范大学现代教育技术教研室为什么要学习数字逻辑电路？专业基础课程，是专业基础课程，是研究数字系统设计的入门课程研究数字系统设计的入门课程 通过本课程的学习，使学生掌握通过本课程的学习，使学生掌握数字逻辑数字逻辑电路的基本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。识。本课程在培养学生严肃认真的科学作风和抽象思维能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。力、分析计算能力、总结归纳能力等方面起重要作用。在本课程中，将介绍数字逻辑电路的分析设计方法和在本课程中，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。题的能力和在工程性设计方面的基本素养。华南师范大学现代教育技术教研室学习数字逻辑电路要哪些基础？数学基础数学基础 布尔代数（逻辑代数与逻辑函数）布尔代数（逻辑代数与逻辑函数）模拟电路基础模拟电路基础二极管、三极管等基本单元电路等二极管、三极管等基本单元电路等计算机程序设计基础计算机程序设计基础语句格式语句格式流程控制流程控制华南师范大学现代教育技术教研室学习数字逻辑电路的方法有哪些？课堂学习课堂学习建议勤于思考，多些讨论建议勤于思考，多些讨论课后学习课后学习参考网站参考网站BBS交流交流华南师范大学现代教育技术教研室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。第1章 数制与编码华南师范大学现代教育技术教研室第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华南师范大学现代教育技术教研室模拟电子技术与数字技术模拟电路：模拟电路：传输或处理模拟信号的电路数字电路：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华南师范大学现代教育技术教研室1.1.1 1.1.1 模拟信号（模拟信号（Analog Signal)Analog Signal)模拟量模拟量 时间和数值连续的物理量，如速度、温度、声音时间和数值连续的物理量，如速度、温度、声音tu正弦波信号正弦波信号锯齿波信号锯齿波信号tuFrequency，Period，Amplitude，Phase11 模拟信号与数字信号华南师范大学现代教育技术教研室模拟电路：分析输出信号输入信号在频率、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华南师范大学现代教育技术教研室1.1.2 1.1.2 数字信号（数字信号（Digital Signal,pulseDigital Signal,pulse）数字量数字量：时间和幅度都是离散的：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大多数数字信号都是由模拟信号变换而来数字电路信号数字电路信号tu11 模拟信号与数字信号华南师范大学现代教育技术教研室11 模拟信号与数字信号1.1.2 1.1.2 数字信号数字信号bit、bit time、bit rate比比特率特率数字信号数字信号周期性：周期性：Duty Frequency、Period、Pulse Width脉宽、脉宽、Ratio占空比、占空比、Amplitude非周期性：非周期性：正逻辑正逻辑1001111100Bit time=50msBit rate=20bpsFrequency=?Period=?Amplitude=?Pulse width(tw)=?Duty ratio(q)=?华南师范大学现代教育技术教研室实际数字信号实际数字信号tr tf tw华南师范大学现代教育技术教研室11 模拟信号与数字信号原始信号原始信号衰减衰减放大放大 模拟信号在传输过程中失真模拟信号在传输过程中失真 数字信号仍然可以保持数字信号仍然可以保持 0、1华南师范大学现代教育技术教研室数字电路特点（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。华南师范大学现代教育技术教研室 数制和编码数制和编码数制数制（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、十进制、十进制 6 3 8 6 6 3 3 8 8 6 3 8103、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 1022.二进制二进制 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=10乘法规则：0.0=0，0.1=0，1.0=0，1.1=1运算运算规则规则各数位的权是的幂各数位的权是的幂 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。数制数制(Number system)(Number system)N N进制数进制数N进制进制：以以N为基数的记数体制为基数的记数体制1.有有N个数码个数码(Digit)：0（N1）2.逢逢N进进1第第i位的权位的权(The ith power of N)3.第第i位的数值位的数值基基数数(Base)华南师范大学现代教育技术教研室十进制转为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 进制之间的转换进制之间的转换方法方法二进制二进制：Binary 如如(1001.001)B八进制八进制：Octonary or Octal如如(75.2)OHexadecimal如如(9E.0A)H十六进制十六进制：十进制十进制：Decimal or Denary 如如(19.2)D关于数制的英文标记（P.3）华南师范大学现代教育技术教研室1.BD：二进制数按位（权）展开相加二进制数按位（权）展开相加 例：例：(11010.011)2=1 24+1 23+0 22+1 21+0 20+0 2 1+1 2 2+1 2 3=(26.375)101.2.2 1.2.2 数制之间的转换数制之间的转换B 整数和小数部分分别转换，最后相加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，直到满足误差要求小数乘二，取出整数部分再乘二，直到满足误差要求例：(25)(25)D D=225 余余 1122 余余 062 余余 032 余余 112 余余 10(11001)(11001)B Bb0b1b2b3b4整数除二，取出余数再除二，直到商为零整数除二，取出余数再除二，直到商为零除二取余除二取余0.706 X 2=1.412 1 b-10.412 X 2=0.824 0 b-20.824 X 2=1.648 1 b-3(0.706)D=(0.1011)B例：(0.375)D=(?)=(?)B B0.648 X 2=1.296 1 b-40.375 X 2=0.750 0 b-10.750 X 2=1.500 1 b-20.500 X 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。乘二取整乘二取整华南师范大学现代教育技术教研室2.BH：以小数点为基准，分别向左、右每以小数点为基准，分别向左、右每四位分为一组，转换为相应的十六进制数四位分为一组，转换为相应的十六进制数(4E6)H=4 162+14 161+6 160=(1254)D1.H（或（或O）D：按位（权）展开按位（权）展开1.2.2 数制之间的转换数制之间的转换BH(0101 1001)B=0 27+1 26+0 25+1 24+1 23+0 22+0 21+1 20D=(0 23+1 22+0 21+1 20)161+(1 23+0 22+0 21+1 20)160D=(59)H每四位每四位2进进制数对应制数对应一位一位16进进制数制数(11101.011000111)B=(0001 1101.0110 0011 1000)B=()H836D1=(1D.638)H.BH：以小数点为基准，分别向左、右每以小数点为基准，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=()O70463=(2536.407)O52.3.BO：以小数点为基准，向左、右每三位以小数点为基准，向左、右每三位分为一组，转换为相应的八进制数分为一组，转换为相应的八进制数4.HB：将每一位将每一位16进制数转换为进制数转换为4位二进制数位二进制数5.OB：将每一位将每一位8进制数转换为进制数转换为3位二进制数位二进制数(567)O=(？)B (567)H=(？)B 1011101110101011001116.DO：7.DH：8.HO：(BE.29D)H=(？)O =(10111110.001010011101)B=(276.1235)O9.OH：整数除整数除8取余，小数乘取余，小数乘8取整；取整；D-B-O整数除整数除16取余，小数乘取余，小数乘16取整；取整；D-B-HH-B-OO-B-H华南师范大学现代教育技术教研室数数字字系系统统的的信信息息数值数值文字文字符号符号二进制代码如二进制代码如ASCII编码编码自然二进制码自然二进制码BCD码码格雷码格雷码编码编码Encode编码基本规则：编码基本规则：2n=N（N为需编码信息的项数，为需编码信息的项数，n为编码为编码bit数）数）编码华南师范大学现代教育技术教研室 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。1.3.1.二二十进制编码十进制编码 一、一、BCDBCD码是码是Binary-Coded-DecimalBinary-Coded-Decimal的缩写，的缩写，即二进制编码的十进制数。用来表示十进制数。即二进制编码的十进制数。用来表示十进制数。在在BCDBCD码中，用四位二进制数表示码中，用四位二进制数表示0-90-9十个数十个数码。四位二进制数最多可以表示码。四位二进制数最多可以表示1616个字符，因此个字符，因此0-90-9十个字符与这十个字符与这1616中组合之间可以有多种情况，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。不同的对应便形成了一种编码。无权码有权码华南师范大学现代教育技术教研室 二、二、格雷码（循环码）格雷码（循环码）4.4.采用格雷码，位数变化小，采用格雷码，位数变化小，可大大减少错码的可能性可大大减少错码的可能性请观察如下格雷码的特点？请观察如下格雷码的特点？1.每两个相邻代码中的数码仅每两个相邻代码中的数码仅有一位不同，其余各位均相同有一位不同，其余各位均相同2.首尾首尾(0(0和和15)15)两个代码也仅两个代码也仅有一位不同，构成有一位不同，构成“循环循环”3.无权码无权码华南师范大学现代教育技术教研室什么是ASCII编码?字符的字符的ASCII码码（1）ASCII中文含义是美国信息交换标准码。中文含义是美国信息交换标准码。（2）采用）采用7位二进制数，可以提供位二进制数，可以提供128个编码位置。个编码位置。（3）对于字母、数字按排列次序编码的。）对于字母、数字按排列次序编码的。小写字母小写字母a是是97，即（，即（1100001)2，数字数字0是是48，即（，即（0110000)2计算机使用一个字节（计算机使用一个字节（8位二进制）存储位二进制）存储ASCII码码华南师范大学现代教育技术教研室课后练习1.数字信号与模拟信号相比有何特点？2.课本练习题、THE END