数字电路基础知识精品文稿.ppt

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1、数字电路基础知识第1页，本讲稿共24页1.1.各种数制及其相互转换各种数制及其相互转换3.3.逻辑函数的化简方法逻辑函数的化简方法v 重点：重点：2.2.逻辑代数的基本运算逻辑代数的基本运算返 回v 难点：难点：带有无关项的卡诺图化简带有无关项的卡诺图化简第2页，本讲稿共24页主要要求：主要要求：了解数字电路的特点和分类；了解数字电路的特点和分类；掌握各种数制之间的相互转换。掌握各种数制之间的相互转换。12.1概述概述第3页，本讲稿共24页模拟电路模拟电路电子电路分类电子电路分类数字电路数字电路 传递、处理模拟传递、处理模拟 信号的电子电路信号的电子电路 传递、处理数字传递、处理数字信号的电子

2、电路信号的电子电路数字信号数字信号时间上和幅度上都时间上和幅度上都断续断续变化的信号变化的信号 模拟信号模拟信号时间上和幅度上都时间上和幅度上都连续变化的信号连续变化的信号数字电路中典型信号波形数字电路中典型信号波形一、数字电路与数字信号一、数字电路与数字信号 第4页，本讲稿共24页输出信号与输入信号之间的对应逻辑关系输出信号与输入信号之间的对应逻辑关系研究对象研究对象逻辑代数逻辑代数分析工具分析工具只有高电平和低电平两个取值只有高电平和低电平两个取值工作信号工作信号导通导通(开开)、截止、截止(关关)电子器件电子器件工作状态工作状态基基本本单单元元电电路路简简单单、抗抗干干扰扰能能力力强强、

3、精度高、保密性好和通用性强等精度高、保密性好和通用性强等主要优点主要优点二、数字电路特点二、数字电路特点 第5页，本讲稿共24页将晶体管、电阻、电容将晶体管、电阻、电容等元器件用导线在线路板上等元器件用导线在线路板上连接起来的电路。连接起来的电路。将将上上述述元元器器件件和和导导线线通通过过半半导导体体制制造造工工艺艺做做在在一一块块硅硅片片上上而而成成为为一一个个不不可可分割的整体电路。分割的整体电路。根据电路结构不同分根据电路结构不同分分立元件电路分立元件电路集集 成成 电电 路路根据半导体的导电类型不同分根据半导体的导电类型不同分 双极型数字集成电路双极型数字集成电路单极型数字集成电路单

4、极型数字集成电路以双极型晶体管作以双极型晶体管作为基本器件为基本器件以单极型晶体管作以单极型晶体管作为基本器件为基本器件例如例如 CMOS例如例如 TTL、ECL三、数字电路的分类三、数字电路的分类第6页，本讲稿共24页集成电路集成电路分分 类类集集 成成 度度电路规模与范围电路规模与范围小规模集成小规模集成电路电路 SSI1 10 门门/片或片或10 100 个元个元件件/片片逻辑单元电路逻辑单元电路包括：逻辑门电路、集成触发器包括：逻辑门电路、集成触发器中规模集成中规模集成电路电路 MSI10 100 门门/片片或或 100 1000 个元件个元件/片片逻辑部件逻辑部件 包括：计数器、包括

5、：计数器、译码器、译码器、编码器、数据选择器、寄存器、算术编码器、数据选择器、寄存器、算术运算器、比较器、转换电路等运算器、比较器、转换电路等 大规模集成大规模集成电路电路 LSI100 1000 门门/片或片或 1000 100000 个元个元件件/片片数字逻辑系统数字逻辑系统包括：中央控制器、存储器、各种接包括：中央控制器、存储器、各种接口电路等口电路等超大规模集超大规模集 成电路成电路 VLSI大于大于 1000 门门/片或大于片或大于 10 万万个元件个元件/片片高集成度的数字逻辑系统高集成度的数字逻辑系统例如：各种型号的单片机，即在一片例如：各种型号的单片机，即在一片 硅片上集成一个

6、完整的微型计算机硅片上集成一个完整的微型计算机根据集成密度不同分根据集成密度不同分第7页，本讲稿共24页Umtrtf Ttw 脉脉 冲冲 幅幅 度度 Um：脉冲上升时间脉冲上升时间 tr：脉冲下降时间脉冲下降时间 tf：脉脉 冲冲 宽宽 度度 tw ：脉脉 冲冲 周周 期期 T ：脉脉 冲冲 频频 率率 f ：占占 空空 比比 q ：脉冲电压变化的最大值脉冲电压变化的最大值 脉冲波形从脉冲波形从 0.1Um 上升到上升到 0.9Um 所需的时间所需的时间 脉冲上升沿脉冲上升沿 0.5Um 到下降沿到下降沿 0.5Um 所需的时间所需的时间 脉冲波形从脉冲波形从 0.9Um 下降到下降到 0.1

7、Um 所需的时间所需的时间 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秒内脉冲出现的次数 f=1/T 脉冲宽度脉冲宽度 tw 与脉冲周期与脉冲周期 T 的比值的比值 q=tw/T 四、脉冲波形的主要参数四、脉冲波形的主要参数 第8页，本讲稿共24页理解理解 BCD 码的含义，掌握码的含义，掌握 8421BCD 码码，了解其他常用了解其他常用 BCD 码。码。主要要求：主要要求：掌握掌握十进制数十进制数和和二进制数二进制数的表示及其相互转换。的表示及其相互转换。了解了解八进制八进制和和十六进制十六进制。12.1.2数制和码制制和码制第

8、9页，本讲稿共24页计数的方法计数的方法 (一一)十进制十进制 (Decimal)(xxx)10 或或(xxx)D 例如例如(3176.54)10 或或(3176.54)D 数码：数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、91101 1100 510-1 110-2权权 权权 权权 权权 数码所处位置不同时，所代表的数值不同数码所处位置不同时，所代表的数值不同(11.51)10 进位规律：进位规律：逢十进一，借一当十逢十进一，借一当十10i 称十进制的称十进制的权权 10 称为称为基数基数 0 9 十个数码称十个数码称系数系数数码与权的乘积，称为数码与权的乘积，称为加权系数加权系数十进制数可表

9、示为各位加权系数之和，称为十进制数可表示为各位加权系数之和，称为按权展开式按权展开式(3176.54)10=3103+1102+7101+6100+510-1+410-2一、数制一、数制 第10页，本讲稿共24页 例如例如 0+1=1 1+1=10 11+1=100 10 1=1 (二二)二进制二进制 (Binary)(xxx)2 或或(xxx)B 例如例如(1011.11)2 或或(1011.11)B 数码：数码：0、1 进位规律：进位规律：逢二进一，借一当二逢二进一，借一当二 权：权：2i 基数：基数：2 系数：系数：0、1 按权展开式按权展开式表示表示(1011.11)2=123+022

10、+121+120+12-1 +12-2 将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数将按权展开式按照十进制规律相加，即得对应十进制数。=8+0+2+1+0.5+0.25(1011.11)2=(11.75)10=11.75 (1011.11)2=123+022+121+120+12-1+12-2第11页，本讲稿共24页(三三)八进制和十六进制八进制和十六进制 进制进制数的表示数的表示计数规律计数规律 基数基数 权权 数码数码八进制八进制(Octal)(xxx)8 或或(xxx)O逢八进一，借一当八逢八进一，借一当八 8 0 7 8i 十六进制十六进制(Hexadecimal)(xxx)16

11、或或(xxx)H 逢十六进一，借一当十六逢十六进一，借一当十六 16 0 9、A、B、C、D、E、F 16i例如例如 (437.25)8=482+381+780+28-1+58-2 =256+24+7+0.25+0.078125 =(287.328125)10 例如例如(3BE.C4)16 =3162+11161+14160+1216-1+416-2 =768+176+14+0.75+0.015625 =(958.765625)10 第12页，本讲稿共24页对同一个数的不同计数方法对同一个数的不同计数方法 (一一)不同数制间的关系不同数制间的关系 二、不同数制间的关系与转换二、不同数制间的关系

12、与转换 不同数制之间有关系吗不同数制之间有关系吗？十进制、二进制、八进制、十六进制对照表十进制、二进制、八进制、十六进制对照表770111766011065501015440100433001132200102 11000110000000 十六十六八八二二 十十F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A12101010 9111001981010008 十六十六八八二二 十十第13页，本讲稿共24页1.500 1 整数整数0.750 0(二二)不同数制间的转换不同数制间的转换 1.其他数制转换成十进制其他数制转换成十进制 2.十进制转换为二进

13、制十进制转换为二进制 例例 将十进制数将十进制数(26.375)10 转换成二进制数转换成二进制数 26 6 1 3 01 10 12(26 )10=(11010 )2 2 21.000 1.37522220.375 2一直除到商为一直除到商为 0 为止为止 余数余数 13 0按权展开求和按权展开求和整数和小数分别转换整数和小数分别转换:整数部分：除整数部分：除 2 取余法取余法 小数部分：乘小数部分：乘 2 取整法取整法读读数数顺顺序序读读数数顺顺序序.011第14页，本讲稿共24页 每位八进制数用三位二进制数每位八进制数用三位二进制数代替，再按原顺序排列。代替，再按原顺序排列。八进制八进制

14、二进制二进制3.二进制与八进制间的相互转换二进制与八进制间的相互转换 二进制二进制八进制八进制(11100101.11101011)2 =(345.726)8 (745.361)8=(111100101.011110001)2 补补0(11100101.11101011)2=(?)8 11100101.11101011 00 345726 从小数点开始，整数部分向左从小数点开始，整数部分向左(小数部分向右小数部分向右)三位一组三位一组，最后最后不足三不足三位的加位的加 0 补足补足三位，再按顺序写出各组三位，再按顺序写出各组对应的八进制数。对应的八进制数。补补011100101 1110101

15、1第15页，本讲稿共24页 一位十六进制数对应四一位十六进制数对应四位二进制数，因此二进制数位二进制数，因此二进制数四位为一组。四位为一组。4.二进制和十六进制间的相互转换二进制和十六进制间的相互转换 (10011111011.111011)2=(4FB.EC)16 (3BE5.97D)16=(11101111100101.100101111101)2 补补 0(10011111011.111011)2=(?)16 10011111011.11101100 4FBEC0 十六进制十六进制二进制二进制:每位十六进制数用四位二进每位十六进制数用四位二进制数代替，再按原顺序排列。制数代替，再按原顺序

16、排列。二进制二进制十六进制十六进制:从小数点开始，整数部分从小数点开始，整数部分向左向左(小数部分向右小数部分向右)四位一组四位一组，最后最后不不足四位的加足四位的加 0 补足补足四位，再按顺序四位，再按顺序写出各组对应的十六进制数。写出各组对应的十六进制数。补补 010011111011111011第16页，本讲稿共24页例如例如：用四位二进制数码表示十进制数：用四位二进制数码表示十进制数 0 90000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 40101 5 0110 6 0111 7 1000 8 1001 9将若干个二进制数码将若干个二进制数码 0 和和 1 按一定规则

17、排列起按一定规则排列起来表示某种特定含义的代码称为来表示某种特定含义的代码称为二进制代码二进制代码，简称，简称二二进制码进制码。用数码的特定组合表示特定信息的过程称用数码的特定组合表示特定信息的过程称编码编码 三、二进制代码三、二进制代码 常用二进制代码常用二进制代码 自然二进制码自然二进制码 二二 -十进制码十进制码 格雷码格雷码 奇偶检验码奇偶检验码 ASCII 码码 (美国信息交换标准代码美国信息交换标准代码)第17页，本讲稿共24页例如：用三位自然二进制码表示十进制数例如：用三位自然二进制码表示十进制数 0 7：000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 1

18、10 6 111 7 (一一)自然二进制码自然二进制码 按自然数顺序排列按自然数顺序排列的二进制码的二进制码 (二二)二二-十进制代码十进制代码 表示十进制数表示十进制数 0 9 十十个数码的二进制代码个数码的二进制代码 (又称又称 BCD 码码 即即 Binary Coded Decimal)1 位十进制数需用位十进制数需用 4 位二进制数表示，故位二进制数表示，故 BCD 码为码为 4 位。位。4 位二进制码有位二进制码有 16 种组合，表示种组合，表示 0 9十个数十个数可有多种方案，所以可有多种方案，所以 BCD 码有多种码有多种。第18页，本讲稿共24页常用二常用二-十进制代码表十进

19、制代码表 1111111111001110111010111101011110101100011010011011010110000100010001000011001100110010001000100001000100010000000000009876543210 十十 进进 制制 数数1100101110101001100001110110010101000011余余 3 码码2421(B)2421(A)5421 码码 8421 码码无权码无权码 恒恒 权权 码码1001100001110110010101000011001000010000权为权为 8、4、2、1比比 8421BCD

20、 码多余码多余 3取四位自然二进制数的前取四位自然二进制数的前 10 种组合，去掉种组合，去掉后后 6 种组合种组合 1010 1111。第19页，本讲稿共24页用用 BCD 码表示十进制数举例码表示十进制数举例：(36)10=()8421BCD (4.79)10=()8421BCD (01010000)8421BCD=()10 注意区别注意区别 BCD 码与数制：码与数制：(150)10=(000101010000)8421BCD =(10010110)2=(226)8 =(96)16 6 0110 3 0011 4.0100.7 01119 10010101 50000 0第20页，本讲稿

21、共24页小结小结数字数字电电路路是是传递传递和和处处理数字信号的理数字信号的电电子子电电路。路。它有分立元件它有分立元件电电路和集成路和集成电电路两大路两大类类，数字，数字集成集成电电路路发发展很快，目前多采用中大展很快，目前多采用中大规规模以模以上的集成上的集成电电路。路。数字电路的主要优点数字电路的主要优点是便于高度集成化、工是便于高度集成化、工作可靠性高、抗干扰能力强和保密性好等。作可靠性高、抗干扰能力强和保密性好等。第21页，本讲稿共24页数数字字电电路路中中的的信信号号只只有有高高电电平平和和低低电电平平两两个个取取值值，通通常常用用 1 表表示示高高电电平平，用用 0 表表示示低低

22、电电平平，正正好好与与二二进进制制数数中中 0 和和 1 对对应应，因因此此，数数字字电电路路中中主主要要采采用用二二进进制。制。常常用用的的计计数数进进制制有有十十进进制制、二二进进制制、八八进进制制和和十十六进制。六进制。二进制数进位规律是逢二进一，借二进制数进位规律是逢二进一，借 一当二。一当二。其基数为其基数为 2；权为权为 2i。第22页，本讲稿共24页二进制代码二进制代码指将若干个二进制数码指将若干个二进制数码 0 和和 1 按一按一定规则排列起来表示某种特定含义的代码，简定规则排列起来表示某种特定含义的代码，简称二进制码。称二进制码。二进制数二进制数十进制数十进制数方法方法：按权

23、展开后求和。：按权展开后求和。十进制数十进制数二进制数二进制数方法方法：整数：整数“除除 2 取余取余”法，法，小数小数“乘乘 2 取整取整”法。法。写出转换结果时需注意读数的顺序。写出转换结果时需注意读数的顺序。第23页，本讲稿共24页BCD 码指码指用以表示十进制数用以表示十进制数 0 9 十个数码的二进制十个数码的二进制代码代码。十进制数与十进制数与 8421 码对照表码对照表 十进十进制数制数8421 码码十进十进制数制数8421 码码十进十进制数制数8421 码码十进十进制数制数8421 码码十进十进制数制数8421 码码00000200104010060110810001000130011501017011191001编码是用数码的特定组合表示特定信息的过程。编码是用数码的特定组合表示特定信息的过程。第24页，本讲稿共24页