数电绪论及数字逻辑概论计科.pptx
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1、1序言1 1、本课程的性质、本课程的性质2 2、任务、任务4、讲授方法讲授方法3、本课程的特点本课程的特点5、对同学们的要求对同学们的要求:6、参考书、参考书7、成绩评定方法、成绩评定方法第1页/共65页2 自动化、电子信息、计算机等专业的必修、具有入门性质的重要的专业基础课。2、任务任务(1 1)获得电子技术的基本知识和基本理论,为专业应用打基础。(2 2)培养抽象思维和分析问题、解决问题的能力。1 1、本课程的性质、本课程的性质*(1 1)自成体系,理论性与实践性均很强;(2 2)含盖面宽,跨度大;(3 3)内容多,学时紧,有难度;3、本课程的特点本课程的特点第2页/共65页3 (1)通过
2、各种电子元器件及其电路,阐明电子电路中的基本理论和基本分析方法。(2)对一些常用的、基本的电子电路,除做定性分析外,还介绍一些工程计算及分析、设计方法。(3)为加深对理论知识的理解和应用,达到举一反三的目的,将列举若干电路实例,并配合一定数量的例题、思考题和习题。4、讲授方法讲授方法*总之,从教师方面来说,要精心组织教材,尽量深入浅出,突出重点,讲透难点,引导同学尽快入门。第3页/共65页4(1)上课认真听讲,适当记笔记。(三个层次:熟练掌握、正确理解、一般了解)*(3)必须认真做实验。5、对同学们的要求对同学们的要求:(2)独立、认真地完成作业。第4页/共65页5 用作业纸,不用本子。独立完
3、成,不准抄袭。要工整,可以不抄题,但要标题号,电路图必须画。每周第一次课前,每个同学都交作业,由课代表收齐按学号排好交给老师。作业中的错误必须及时纠正。(老师将给出正确答案)对作业的具体要求:对作业的具体要求:第5页/共65页66、参考书、参考书(1)康华光.电子技术基础(数字部分)(第五版)高教出版社(2)罗杰:电子技术基础数字部分(第五版)习题全解高教出版社(3)阎石:数字电子技术基础(第四版)高教出版社第6页/共65页77 7、成绩评定方法、成绩评定方法平时20分:(含出勤、作业、测验、期中)实验20分:(共6个实验,只要有一个实验不参加,绝对取消考试资格!最后一个实验是半考试性实验!)
4、:考试60分:考试形式为闭卷。一次无故不交作业扣3分;旷课一次扣3分。第7页/共65页81数字逻辑概论数字逻辑概论1.1数字电路与数字信号1.4二进制代码*1、熟悉各种数制和常用二进制代码及相互转换4、掌握基本和常用逻辑函数及其表示方法1.3二进制数的算术运算基本要求基本要求1.2数制1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算2、掌握二进制数的算术运算1.逻辑函数及其表示方法3、掌握常见的二进制代码,熟悉基本逻辑运算 第8页/共65页91906年,福雷斯特等发明了电子管;电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一台计算机用了1.8万只电子管,占地170平方米,电子管目前仅在一些大功率发射装置中使用
5、。1948年,肖克利等发明了晶体管,在体积、重量方面明显优于电子管。但器件较多时,体积仍较大、焊点多、电路的可靠性差。发展特点:以电子器件的发展为主线,电子管晶体管小规模集成电路中大规模集成*电路超大规模集成电路可编程集成器件一、电子技术的发展历程:一、电子技术的发展历程:1.1数字电路与数字信号数字电路与数字信号第9页/共65页10数字技术的发展数字技术的发展*8080年代后-ULSI-ULSI,1010亿个晶体管/片、ASIC ASIC 制作技术成熟 目前-芯片内部的布线细微到亚微米(0.130.09(0.130.09 m)m)量级 90 90年代后-9797年一片集成电路上有4040亿个
6、晶体管。60706070代-IC-IC技术迅速发展:SSISSI、MSIMSI、LSI LSI、VLSIVLSI。1010万个晶体管/片。将来-高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路 第10页/共65页11数码相机数码相机数码相机数码相机智能仪器智能仪器智能仪器智能仪器计算机计算机计算机计算机数字技术的应用第11页/共65页12根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同,根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同,-数字电路可分为数字电路可分为组合逻辑电路组合逻辑电路和和时序逻辑电路时序逻辑电路。从集成度不同从集成度不同 -数字集成电路可分为数字集成电路可分为小规模、中规
7、模、大规模、小规模、中规模、大规模、超大规模和甚大规模超大规模和甚大规模五类。五类。从电路的形式不同,从电路的形式不同,-数字电路可分为数字电路可分为集成电路集成电路和和分立电路。分立电路。分类二、数字集成电路的分类及特点第12页/共65页13*1)稳定性高、结果的再现性好稳定性高、结果的再现性好2)电路简单电路简单,易于设计易于设计3)体积小体积小,成本低,便于大规模集成成本低,便于大规模集成,批量生产批量生产4)具可编程性具可编程性,可实现硬件设计软件化可实现硬件设计软件化5)高速度,低功耗高速度,低功耗特点6)抗干扰性强抗干扰性强 第13页/共65页14三、电信号分类模拟信号时间上或幅值
8、上连续变化的物理量。数字信号时间上、幅度上都不连续的信号 (离散信号),如:各种脉冲信号。t t t t脉冲信号脉冲信号*tV(t)如:模拟声音的音频信号;模拟图象的视频信号;热电偶等传感器产生的电信号等。处理模拟信号的电路称为模拟电路。处理数字信号的电路称为数字电路。第14页/共65页15电压电压(V)(V)二值逻辑二值逻辑电电 平平3.5-51H(高电平高电平)0-1.50L(低电平低电平)逻辑电平与电压值的关系(正逻辑)四、数字信号的描述方法1 1、二值数字逻辑和逻辑电平 在电路中用高、低电平表示1、0两种逻辑状态 0、1数码-表示数量时称二进制数表示方式二值数字逻辑 -表示事物状态时称
9、二值数字逻辑第15页/共65页16(a)(a)用逻辑电平描述的数字波形用逻辑电平描述的数字波形(b)16(b)16位数据的图形表示位数据的图形表示2 2、数字波形数字波形-是信号逻辑电平对时间的图形表示。第16页/共65页171.2数制数制 多位数码中每一位的构成方法,及从低位到高位的进位规则。以以10为基数的计数体制为基数的计数体制有十个数码:有十个数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9进位规则:进位规则:逢十进一,借一当十逢十进一,借一当十1、十进制数、十进制数表达式用(N)D或(N)10表示。式中,10为基数;10i i为第i i位的权;Ki i为基数“10”的第i i次幂的系数。
10、*一、数制一、数制第17页/共65页18以以2为基数的计数体制为基数的计数体制只有两个数码:只有两个数码:0、1进位规则:进位规则:逢二进一,借一当二逢二进一,借一当二2、二进制数、二进制数例:用(N)B或(N)2表示。例:(143.75)10=表达式式中,2为基数;2i i为第i i位的权;Ki i为基数“2”的第i i次幂的系数*(101.11)2=122+021+120+12-1+12-2=5.75第18页/共65页19(2A.7F)16=2 161+10 160+7 16-1+15 16-2=(42.4960937)10例:有十六个数码:有十六个数码:0、1、2、3、4、5、6、7、8
11、、9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)进位规则:进位规则:逢十六进一,借一当十六逢十六进一,借一当十六3、十六进制、十六进制用(N)H或(N)16表示。表达式式中,16为基数;16i i为第i i位的权;Ki i为基数“16”的第i i次幂 的系数*第19页/共65页204、八进制有八个数码:有八个数码:0、1、2、3、4、5、6、7进位规则:进位规则:逢八进一,借一当八逢八进一,借一当八N N进制数的一般形式归纳:用(N)O或(N)8表示。其中,Ni 为第i i位的权;Ki 为第i i位的系数。N为基数表达式*第20页/共65页211、二、八、十六进制转
12、换为十进制、二、八、十六进制转换为十进制:2、十进制转换为二进制:(1 1)整数转换:二、数制之间的转换用展开式加权系数之和采用连续除基取余,逆序排列,直至商为0。*第21页/共65页22例如:将(173)10化为二进制数的方法如下:(173)10=(10101101)22余余102173余余1862余余0432余余052余余012余余1102余余1212余余12低位高位*连续除基取余,逆序排列,直至商为0。k0k1k2k3k4k5k6k7逆序排列第22页/共65页23(2)小数转换:采用连续乘基取整,顺序排列法。例如:将(0.81250.8125)1010化为二进制小数:0.812521.6
13、250整数部分整数部分=10.625021.2500整数部分整数部分=1整数部分整数部分=00.250020.50000.500021.0000整数部分整数部分=1故(0.8125)10=(0.1101)2低位高位*注意k-1k-2k-4k-3顺序排列小数转换不一定能算尽,达到误差要求,进行四舍五入。第23页/共65页24由于转换误差要求达到由于转换误差要求达到0.1%,需要精确到二进制小,需要精确到二进制小数数10位,即位,即1/210=1/1024,因为,因为1/10241/1000。0.392=0.78b-1=00.782=1.56b-2=10.562=1.12b-3=10.122=0.
14、24b-4=00.242=0.48b-5=00.482=0.96b-6=00.962=1.92b-7=10.922=1.84b-8=10.842=1.68b-9=10.682=1.36b-10=1则,例例将十进制小数将十进制小数(0.39)D转换成二进制数转换成二进制数,要求转换误差小于要求转换误差小于0.1%(1/1000)。)。解解:*0.0110001111B=0.25+0.125+0.0078125+0.00390625+0.001953125+0.0009765625=0.3896484375 0.39-0.3896484375=0.00035156250.001(0.1%)第24页
15、/共65页25思考:当十进制数较大时,有什么方法使转换过程简化思考:当十进制数较大时,有什么方法使转换过程简化?此时不必逐次除此时不必逐次除2,而是将十进制数和与其相当的,而是将十进制数和与其相当的2的的乘幂项对比,求得各位的系数,从而使转换过程简化。乘幂项对比,求得各位的系数,从而使转换过程简化。由于由于27为为128,而,而133128=5例例将将(133)D转换为二进制数转换为二进制数由此可得对应二进制数由此可得对应二进制数b7=1,b2=1,b0=1,其余各系数均为其余各系数均为0,则,则解:=2220,(133)D=(10000101)B*(133)D=27+2220第25页/共65
16、页26二进制数的“权值”表第26页/共65页27整数和小数分别转换整数:从小数点左第一位开始,每三位一组小数:从小数点右第一位开始,每三位一组,不足必须补零 3、二八进制转换:三位二进制数与一位八进制数对应,方法如下:思考:八进制数如何转换为二进制数?例:101011011.11010111 533.656把每一位八进制数对应转换为一个三位二进制数即可!*0=(533.656)8第27页/共65页28(01011110.10110100)2=()164BE5.()16=6CAF8.(10001111101011000110)2.4、二十六进制转换四位二进制数与一位十六进制数相对应,方法如下:十
17、六进制 二进制二进制 十六进制*01011110.101101 第28页/共65页291.3二进制数的算术运算二进制数的算术运算在数字电路中,0和1既可以表示逻辑状态,又可以表示数量的大小。当表示数量时,可以进行算术运算。所以数字电路中普遍采用二进制算术运算所以数字电路中普遍采用二进制算术运算与十进制数的算术运算相比1:运算规则类似;2:进位和借位规则不同(逢二进一,借一当二)n特点:加、减、乘、除 全部可以用相加和移位这两种操作实现。简化了电路结构 *第29页/共65页30一、无符号二进制数的算术运算:一、无符号二进制数的算术运算:1、二进制数加法:、二进制数加法:运算规则:运算规则:0+0
18、=0,0+1=1,1+1=10向高位进一逢二进一例:计算二进制数1010和0101的和。10100101+11112、二进制数减法:、二进制数减法:运算规则:运算规则:0-0=0,1-1=0,1-0=1,10-1=1向高位借一借一当二*第30页/共65页31例:计算二进制数1010和0101的差。10100101-1010注意:在无符号减法运算中无法表示负数,所以,被减数必须大于减数。3、二进制数乘法:、二进制数乘法:由左移被乘数与加法运算构成。例:计算二进制数1010和0101的积。101001011010000010100000110010*第31页/共65页324、二进制数除法:、二进制
19、数除法:由右移被除数与减法运算构成。例:计算二进制数1010和111之商。10101111.1111100 011111010111111*第32页/共65页33二、带符号二进制数的减法运算:二、带符号二进制数的减法运算:n二进制数的正、负号也是用0/1表示的。最高位为符号位最高位为符号位(0 0为正,为正,1 1为负)为负)例如:例如:+89=+89=(0 010110011011001)-89=89=(1 1 10110011011001)*在数字电路中,为简化电路常将减法运算变为加法在数字电路中,为简化电路常将减法运算变为加法运算。故引入原码、反码、补码的概念。运算。故引入原码、反码、补
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