1、数 字 电 子 技 术 基 础,主讲：关明杰 Email:,Digital Electronic Technology Fundamental,绪 论,数字电路的特点 数字电路的发展 数字电路的分类 数字电路的应用 课程的主要内容,一、数字电路的特点,1.数字信号的特点（与模拟量对比）,模拟信号-连续性,工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电路。,数字信号-离散性,工作在数字信号下的电子电路称为数字电路。,模拟信号在时间和数值上都是连续的。典型波形为正弦波。,模拟信号-连续性,数字信号-离散性,模拟信号在时间和数值上都是连续的。典型波形为正弦波。,模拟信号-连续性,数字信号-离散性,模拟信号在时
2、间和数值上都是连续的。典型波形为正弦波。,模拟信号-连续性,数字信号-离散性,模拟信号-连续性,数字信号-离散性,模拟信号在时间和数值上都是连续的。典型波形为正弦波。,模拟信号-连续性,数字信号-离散性,数字信号在时间和数值上都是不连续的。典型波形为方波。,模拟信号在时间和数值上都是连续的。典型波形为正弦波。,模拟信号-连续性,数字信号-离散性,一、数字电路的特点,2.晶体管的工作状态,在数字电路中，晶体管工作在开关状态,在数字电路中，电路的输入和输出只有 两种电压：低电平和高电平，分别记作0和1,一、数字电路的特点,3.抗干扰能力强,数字电路中的高低电平都指的是一定的电压范围，在所受的干扰不
3、足以改变信号的状态时，不影响电路的正常工作。,一、数字电路的特点,4.分析方法（与模拟电路对比）,模拟电路,模拟电路注重分析性能指标。,数字电路,数字电路注重分析电路功能。,微变等效电路 -电路分析,逻辑分析方法 数学工具-布尔代数 描述方法：真值表表达式功能表等,二、数字电路的发展,电子管,晶体管,集成电路,二、数字电路的发展,电子管 晶体管 集成电路,70年代末，微处理器的出现，使数字电路的性能产生了质的飞跃。,可编程逻辑器件（PLD） 单片机（CPU） 数字信号处理器（DSP）,小规模 中规模 大规模 超大规模,三、数字电路的分类,工艺: TTL CMOS 功能： 组合 时序 规模： S
4、SI MSI LSI VLSI,四、数字电路的应用,实现信号的运算处理功能，与软件结合可以完成复杂的运算和处理过程，同样功能的电路用模拟电路实现，其复杂程度将大大增加，甚至无法实现。,一般测控系统框图,五、课程的主要内容,数字电路的分析设计方法 集成电路的功能和使用方法,数学基础 组合电路 时序电路 典型大规模集成电路,熟练使用布尔代数工具 注重外部特性、注重应用,第一章 数码和码制,几种常见的数制 不同数制之间的转换 反码和补码 常用编码,一、几种常用的数制（表示方法）,Decimal 十进制 Binary 二进制（整数、小数） Octal 八进制 Hexadecimal 十六进制,多位数码
5、中，每位的构成方法以及从低位到高位的进位规则称为数制。数字电路中常用进制有十进制，二进制，十六进制。,(i=0n, n是整数部分的位数),2,逢二进一,0,1,二,10,逢十进一,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,十,基数,计数规则,数 码,进制 N,任意进制数表达式的普遍形式：,式中:,S为任意数，,N为进制，,Ki 为第 i 位数码的系数，,Ni 为第 i 位的权。,一、几种常用的数制（表示方法）,二八十十六进制数,Decimal Binary Octal Hexadecimal0 0000 00 01 0001 01 12 0010 02 23 0011 03 34 0100 04
6、 45 0101 05 56 0110 06 67 0111 07 7,Decimal Binary Octal Hexadecimal8 1000 10 89 1001 11 910 1010 12 A11 1011 13 B12 1100 14 C13 1101 15 D14 1110 16 E15 1111 17 F,二进制数的权的结构,2n1 23 22 21 20 。21 22 2n,most significant bit(MSB) 最高位,least significant bit (LSB)最低位,小数点,Positive Powers of Two(whole numbers
7、) Negative Powers of Two(Fractional number)2的正数次方 （整数） 2的负数次方（小数）,二进制权,28 27 26 25 24 23 22 21 20 21 22 23 24 25 26,256 128 64 32 16 8 4 2 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1/64,0.5 0.25 0.125 0.0625 0.03125 0.015625,二进制转换成十进制 十进制转换成二进制 二进制转换成八进制 八进制转换成二进制 二进制转换成十六进制 十六进制转换成二进制 八进制转换成十进制 十六进制转换成十进制,二、不同数制之间的转
8、换,Binary-to-Decimal Conversion 2-10进制转换,权: 26 25 24 23 22 21 20二进制数: 1 1 0 1 1 0 1,1101101= 26+25+ 23 +22 +20,= 64+32 +8+4 +1=109,0.1011= 21 +23 + 24,权: 21 22 23 24二进制数: 0 . 1 0 1 1,= 0.5 +0.125+0.0625 = 0.6875,表达式展开法,DECIMAL-TO-BINARY CONVERSION 10-2进制转换,加权法,例： 把下列整数转成二进制数.,(a) 12 (b) 25 (c) 58 (d)
9、 82,解： (a) 12 = 8 + 4 = 23 + 22 1100,(b) 25 = 16 + 8 +1 = 24 + 23 + 20 11001,(c) 58 = 32 + 16 + 8 + 2 = 25 + 24 + 23 + 21 111010,(d) 82 = 64 + 16 + 2 = 26 + 24 + 21 1010010,重复除2法,Remainder 余数,第一个余数是最低位 最后一个余数是最高位,除N取余法，逆序排列, Converting Decimal Fractions to Binary 10进制小数转换成2进制,加权法,0.625 = 0.5 + 0.125
10、 = 21 + 23 = 0.101, 重复乘2法,第一个进位是最高位 最后一个进位是最低位,乘N取整法，顺序排列, 2-8进制数转换, 8-2进制数转换,8进制数 0 1 2 3 4 5 6 7,2进制数 000 001 010 011 100 101 110 111,例： 转换下列8进制数到2进制数：,(a) 138 (b) 258 (c) 1408 (d) 75268,解：,二十六进制的相互转换,2-16进制数转换,16-2进制数转换, 8-10进制数转换,权: 83 82 81 80,八进制数: 2 3 7 4,23748 = (283) + (382) + (781) + (480)
11、,= (2512) + (364) + (78) + (41),= 1024 + 192 + 56 + 4 = 127610, 10-8进制数转换,第一个余数是最低位 最后一个余数是最高位, 16-10进制数转换,E516 = (E16) + (51) = (1416) + (51),= 224 + 5 = 22910,B2F816 = (B4096) + (2256) + (F16) + (81),= 45056 + 512 + 240 + 8 = 4581610,10-16进制数转换,三、原码、反码和补码,原码：带符号位的二进制数码称为原码。,如：17的原码为010001，17的原码为11
12、0001,反码：正数的反码与原码相同，负数的原码除了符号位外的数值部分按位取反，即“1”改为“0”，“0”改为“0”，,如：7的原码为0 111，反码为0 1117的原码为1 111，反码为1 000,三、原码、反码和补码,补码的概念 10-5=5,三、原码、反码和补码,补码的概念,对于n位2进制数N,（N）comp= （N）inv+1,1011-0111=0100,当做二进制减法时，可利用补码将减法运算转换成加法运算。,例1 用二进制补码计算 ： 7528 、7528 、7528、 7528,（75）D（01001011）B （28）D（00011100）B （75）D（11001011）B
13、 （28）D（10011100）B,原码,（75）D（10110101） B ; （28）D（11100100） B ;,解：先求两个数的二进制原码和补码（用8位代码）,补码,溢出,溢出,写出下列带符号位二进制数的反码和补码原码 反码 补码 00011010 10011010 001011101 10101101,例题,数码：代表一个确切的数字，如二进制数，八进制数等。,代码：特定的二进制数码组，是不同信号的代号，不一定有数的意义,编码：n 位二进制数可以组合成2n 个不同的信息，给每个信息规定一个具体码组，这种过程叫编码。 数字系统中常用的编码有两类，一类是二进制编码，另一类是 二-十进制编
14、码。另外无论二进制编码还是二十进制编码，都可分成有权码（每位数码代表的权值固定）和无权码,四、常用编码,几种常见的十进制编码,8421 Code (binary coded decimalBCD),10-BCD码转换,10进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001,无效码 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 and 1111.,转换下列10进制数到BCD码,转换下列BCD码到10进制数, The Gray Code 格雷码,格雷码是一种无权码而不是一种算术码，没有指定的权赋给固定的位. 它的重要特点是相邻代码只差一位不同 。,四位格雷码, ASCII码,美国信息交换标准代码，国际通用的标准代码。,
