《数字电子技术》课件.ppt

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1、1 数字逻辑概论1.1 数字电路与数字信号1.2 数制1.3 二进制数的算术运算1.4 二进制代码1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算1.6 逻辑函数及其表示方法作业1.1 数字电路与数字信号1.1.1 数字技术的发展及其应用1.1.2 数字集成电路的分类及特点1.1.3 模拟信号和数字信号1.1.4 数字信号的描述方法1.2 数制1.2.1 十进制1.2.2 二进制1.2.3 二-十进制之间的转换1.2.4 十六进制和八进制1.3 二进制数的算术运算1.3.1 无符号二进制数的算术运算1.3.2 带符号二进制数的减法运算1.4 二进制代码1.4.1 二-十进制码1.4.2 格雷码1.4.3 A

2、SCII码1.1.1 数字技术的发展及其应用一、数字技术的发展1 1、2020世纪初直至中叶，主要使用的电子器件是真空世纪初直至中叶，主要使用的电子器件是真空管，也称电子管；管，也称电子管；2 2、第一只晶体三极管于、第一只晶体三极管于19471947年问世，开创了电子年问世，开创了电子技术的新领域；技术的新领域；3 3、6060年代初，模拟和数字集成电路相继上市；年代初，模拟和数字集成电路相继上市；4 4、7070年代末微处理器的问世；年代末微处理器的问世；5 5、19881988年，集成工年，集成工艺艺可在可在l cm2l cm2的硅片上集成的硅片上集成3 5003 500万个元件，万个元

3、件，说说明集成明集成电电路路进进入甚大入甚大规规模模阶阶段。段。1.1.1 数字技术的发展及其应用二、数字技术的应用1、数字技术应用的典型代表是电子计算机数字技术应用的典型代表是电子计算机 ；2 2、广播、广播 3 3、电视、电视4 4、通信、通信5 5、医学诊断、医学诊断6 6、测量、测量7 7、控制、控制8 8、家用电器、家用电器 1.1.1 数字技术的发展及其应用 随着微电子技术的发展，将会有更多的数字电子产品问世。数字技术的发展、计算机的应用正改变着人类的生活方式、生产方式及思维方式，它使得工业自动化、农业自动化、办公自动化和通信网络化成为现实。无论数字技术如何发展，终不能代替模拟技术

4、，模拟技术在电子系统中是不可或缺1.1.2 数字集成电路的分类及特点一、数字电路的分类1.1.2 数字集成电路的分类及特点二、数字集成电路的特点1、工作可靠，稳定性好；2、不需要复杂数学知识，易于设计；3、便于批量生产，成本低；4、可编程性高；5、高速，低功耗。1.1.2 数字集成电路的分类及特点三、数字电路的分析、设计、调试1、数字电路的分析方法 主要研究输入、输出之间的逻辑关系 分析工具是逻辑代数 逻辑关系表达：真值表、功能表、逻 辑表达式、波形图 计算机仿真：仿真软件1.1.2 数字集成电路的分类及特点三、数字电路的分析、设计、调试2、数字电路的设计方法功能要求功能要求 确定输入输出变量

5、确定输入输出变量 选择器件选择器件 设计电路设计电路 设计过程：方案提出 验证 修改 方法：传统 EDA1.1.2 数字集成电路的分类及特点三、数字电路的分析、设计、调试3、数字电路的测试技术 数字电压表：测量电路中的电压 电子示波器：观察、测量波形1.1.3 模拟信号和数字信号一、模拟信号 模拟量：在时间上是连续 变化的，幅值上也是连续 取值的物理量。模拟信号：表示模拟量的 信号（电流、电压）模拟电路：处理模拟信号的电子电路 1.1.3 模拟信号和数字信号二、数字信号 数字量：在时间上是离散 的，数值上也是离散的。数字信号：表示数字量的 信号。数字电路：工作于数字信 号下的电子电路。1.1.

6、3 模拟信号和数字信号三、模拟量的数字表示 1.1.4 数字信号的描述方法一、二值数字逻辑和逻辑电平 在数字电路中，可以用在数字电路中，可以用0 0和和1 1组成的二进制数组成的二进制数表示数量的大小，也可以用表示数量的大小，也可以用0 0和和1 1表示两种不同的表示两种不同的逻辑状态。当表示数量时，两个二进制数可以进逻辑状态。当表示数量时，两个二进制数可以进行数值运算，常称为算术运算。行数值运算，常称为算术运算。当用当用0 0和和1 1描述客观世界存在的彼此相互关联描述客观世界存在的彼此相互关联又相互对立的事物时，例如，又相互对立的事物时，例如，是与非是与非，真与假真与假，开与关开与关，低与

7、高低与高，通与断通与断等等，这里的等等，这里的0 0和和1 1不是不是数值，而是逻辑数值，而是逻辑0 0和逻辑和逻辑1 1。这种只有两种对立逻这种只有两种对立逻辑状态的逻辑关系称为二值数字逻辑或简称数字辑状态的逻辑关系称为二值数字逻辑或简称数字逻辑。逻辑。1.1.4 数字信号的描述方法一、二值数字逻辑和逻辑电平 在电路中，可以很方便地用电子器件的开关来在电路中，可以很方便地用电子器件的开关来实现二值数字逻辑，也就是实现二值数字逻辑，也就是以高、低电平分别表以高、低电平分别表示逻辑示逻辑1 1和和0 0两种状态。两种状态。表示数字电压的高、低电平通常称为逻辑电平。表示数字电压的高、低电平通常称为

8、逻辑电平。在分析实际数字电路时，考虑的是信号之间的在分析实际数字电路时，考虑的是信号之间的逻辑关系，只要能区别出表示逻辑状态的高、低逻辑关系，只要能区别出表示逻辑状态的高、低电平，可以忽略高、低电平的具体数值。电平，可以忽略高、低电平的具体数值。1.1.4 数字信号的描述方法一、二值数字逻辑和逻辑电平1.1.4 数字信号的描述方法二、数字波形 1、数字波形的两种类型1.1.4 数字信号的描述方法二、数字波形 2 2、周期性和非周期性、周期性和非周期性 占空比1.1.4 数字信号的描述方法二、数字波形 3、实际数字信号波形1.1.4 数字信号的描述方法二、数字波形 3、实际数字信号波形 脉冲参数

9、：上升时间：tr 下降时间：tf 脉冲宽度：tw1.1.4 数字信号的描述方法二、数字波形 4、时序图1.2.1 十进制十进制：以十为基数的计数体制，逢十进一。1.2.2 二进制一、二进制的表示方法二进制：以2为基数的计数体制，逢2进一。例：（101011）B=125+120024+123+022+121+=(43)D1.2.2 二进制二、二进制的优缺点 1、简单可靠，所用元件少 2、运算规则简单，操作方便 不足：位数多，不习惯，不方便1.2.2 二进制三、二进制数的波形表示 LSB：最低位MSB：最高位1.2.2 二进制四、二进制数据的传输1.2.2 二进制四、二进制数据的传输1.2.3 十

10、-二进制之间的转换一、二进制转十进制 每位二进制数与其权相乘，然后相加。二、十进制转二进制 1、整数：1.2.3 十-二进制之间的转换二、十进制转二进制 1、整数：注意MSB、LSB1.2.3 十-二进制之间的转换二、十进制转二进制 2、小数：1.2.3 十-二进制之间的转换二、十进制转二进制 2、小数：注意MSB、LSB误差2-101.2.4 十六进制和八进制一、十六进制十六进制：以16为基数的计数体制，逢16进一。16个数码：0、1、9、A、B、C、D、E、F1.2.4 十六进制和八进制二、十六-二进制之间转换 4 4位二进制数有位二进制数有1616种状态，种状态，1 1位位1616进制数

11、有进制数有1616个不同的数码。个不同的数码。以小数点为基准，整数部分从右到左每以小数点为基准，整数部分从右到左每4 4 位位为为1 1组，不足组，不足4 4位高位补位高位补0 0；小数部分从左到右每；小数部分从左到右每4 4 位为位为1 1组，不足组，不足4 4位低位补位低位补0 0；每；每4 4 位为位为1 1组的二进组的二进制数表示制数表示1 1位位1616进制数。进制数。1.2.4 十六进制和八进制三、八进制八进制：以8为基数的计数体制，逢8进一。七个数码：0、1、2、3、4、5、6、7四、八-二进制之间转换1.3.1 无符号二进制数的算术运算一、二进制加法规则：0+0=0 1+0=1

12、 1+1=10二、二进制减法规则：0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=111.3.1 无符号二进制数的算术运算三、二进制乘法和除法1.3.2 带符号二进制数的减法运算一、有符号的二进制数表示 在定点运算的情况下，二进制数的最高位表示符号位，0表示正数，1表示负数，其余部分为数值位。1.3.2 带符号二进制数的减法运算二、二进制数的补码表示 基数为基数为R R，位数为，位数为n n的原码的原码N N，其补码为，其补码为 2 2的补码为的补码为10-2=8 4610-2=8 46的补码为的补码为100-46=54100-46=54 8-2=8+(2)8-2=8+(2)补补-10=8+8-1

13、0=6-10=8+8-10=6 82-46=82+(46)82-46=82+(46)补补-100=82+54-100=36-100=82+54-100=361.3.2 带符号二进制数的减法运算二、二进制数的补码表示 带符号二进制补码：补码或反码的最高位为符号位，正数为0，负数为1。整数，其补码、反码、原码相同；负数，将原码的数值位逐位取反得到反码，反码加1得到补码。1.3.2 带符号二进制数的减法运算二、二进制数的补码表示例：A=+6 (A)原=数值范围：原码 -（2n-1-1）+（2n-1-1)反码 -（2n-1-1）+（2n-1-1)补码 -2n-1+（2n-1-1)0110(A)反=01

14、10(A)补=0110B=-6(B)原=1110(B)反=1001(B)补=10101.3.2 带符号二进制数的减法运算三、二进制补码的减法运算 A-B=A+(-B)例:(5-2)补=(5)补+(-2)补 =0101+1110 =0011注意：被加数补码与加数补码的位数相等，即两个补码的符号位必须对齐。1.3.2 带符号二进制数的减法运算四、溢出例：（5+7)补=(5)补+(7)补 =0101+0111 =1100原因：数值位只有3位，范围-87，溢出！解决办法：位扩展。对计算结果数值范围应有估计出错！符号出错1.3.2 带符号二进制数的减法运算五、溢出的判断对！对！错！错！进位位与符号位相反

15、，结果出错。1.4 二进制代码数字系统信息分类 文字符号信息表示文字符号信息表示:采用一定位数的二进制数码。采用一定位数的二进制数码。这这些些数数码码并并不不表表示示数数量量的的大大小小，仅仅仅仅区区别别不不同同事事物而已。这些特定的二进制数码称为物而已。这些特定的二进制数码称为代码代码。以以一一定定的的规规则则编编制制代代码码，用用以以表表示示十十进进制制数数值值、字母、符号等的过程称为字母、符号等的过程称为编码编码。将将代代码码还还原原成成所所表表示示的的十十进进制制数数、字字母母、符符号号等等的过程称为的过程称为解码解码或或译码译码。若若所所需需编编码码的的信信息息有有N N项项，则则需

16、需要要的的二二进进制制数数码码的位数的位数n n应满足应满足2 2n nNN数值 文字符号1.4.1 二-十进制码常用BCD码1.4.2 格雷码1.4.2 ASCII码1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算1.5.1 逻辑变量1.5.2 与运算1.5.3 或运算1.5.4 非运算1.5.5 常用逻辑运算1.5.1 逻辑变量一、逻辑运算 当当0 0和和1 1表示逻辑状态时，两个二进制数码按表示逻辑状态时，两个二进制数码按照某种指定的因果关系进行的运算称为逻辑运算。照某种指定的因果关系进行的运算称为逻辑运算。逻辑运算与算术运算完全不同，它所使用的逻辑运算与算术运算完全不同，它所使用的数学工具是逻辑代数

17、数学工具是逻辑代数(又称为布尔代数又称为布尔代数)。二、逻辑变量 逻辑运算是由逻辑变量和逻辑运算组成。变逻辑运算是由逻辑变量和逻辑运算组成。变量可以用量可以用A A、B B、C C、X X、Y Y、Z Z等字母组成。等字母组成。在逻辑代数中的变量，即逻辑变量只有两个在逻辑代数中的变量，即逻辑变量只有两个可取的值，即可取的值，即0 0、1 11.5.2 与运算与逻辑：只有当一件事的几个条件全部具备之后这件事才会发生。1.5.3 或运算或运算：当一件事的几个条件中只要有一个条件得到满足，这件事就会发生。1.5.4 非运算非逻辑：一件事情的发生是以其相反的条件为依据。1.5.5 常用逻辑运算1.5.5 常用逻辑运算1.6 逻辑函数及其表示方法一、真值表所有可能的变量组合1.6 逻辑函数及其表示方法二、逻辑表达式三、逻辑图1.6 逻辑函数及其表示方法四、波形图作 业P371.2.2(1)(3)(4)1.2.4(2)(3)1.6.1(b)本章结束