数字电子技术 .ppt

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1、1,数字电子技术,主讲：高璐 课程性质：必修（闭卷考试） 平时成绩占40%，期末考试成绩占60%,2,第一章 数制与编码,内容提要： （1）模拟信号、数字信号及其之间的区别，以及数字电路的特点。 （2）进位计数规则和各种不同数制之间的转换方法。 （3）二进计数制的基本特点及其在计算机中的表示形式。 （4）加权码、非加权码及字符代码,3,1.1数字电路基础知识,主要内容： 模拟信号与数字信号的概念及区别 数字电路的特点,4,1.1.1 模拟信号与数字信号,模拟信号是指时间上和幅度上均为连续取值的物理量。 在自然环境下，大多数物理信号都是模拟量。如温度是一个模拟量，某一天的温度在不同时间的变化情况

2、就是一条光滑、连续的曲线：,5,数字信号是指时间上和幅度上均为离散取值的物理量。 可以把模拟信号变成数字信号，其方法是对模拟信号进行采样，并用数字代码表示后的信号即为数字信号。 用逻辑1和0表示的数字信号波形如下图所示：,6,1.1.2 数字电路的特点,数字电路的结构是以二值数字逻辑为基础的，其中的工作信号是离散的数字信号。电路中的电子器件工作于开关状态。 数字电路分析的重点已不是其输入、输出间波形的数值关系，而是输入、输出序列间的逻辑关系。 所采用的分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要是功能表、真值表、逻辑表达式、布尔函数以及波形图。 数字系统一般容易设计。 信息的处理、存储和传输能力更强

3、。 数字系统的精确度及精度容易保存一致。 数字电路抗干扰能力强。 数字电路容易制造在IC芯片上。,7,1.2 数制,主要内容： 进位计数制、基数与权值的概念 二进制计数法及构造方式 最高有效位、最低有效位的概念 二进制数的加、减、乘、除运算 八进制和十六进制的计数方法,8,表示数码中每一位的构成及进位的规则称为进位计数制，简称数制。 进位计数制也叫位置计数制 。在这种计数制中，同一个数码在不同的数位上所表示的数值是不同的。 一种数制中允许使用的数码符号的个数称为该数制的基数。记作R 某个数位上数码为1时所表征的数值，称为该数位的权值，简称“权”。,9,利用基数和“权”的概念，可以把一个R进制数

4、D用下列形式表示：,位置计数法,多项式表示法，也叫按权展开式,10,1.2.1 十进制数,十进制的基数R为10，采用十个数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 十进制的按权展开式为： 如十进制数2745.214 可表示为：,11,1.2.2 二进制数,所谓二进制，就是基数R为2的进位计数制，它只有0和1两个数码符号。 二进制的按权展开式为： 如二进制数1011.1012可表示为：,12,用N位二进制可实现2N个计数，可表示的最大数是2N-1 例1-1： 用8位二进制能表示的最大数是多少？ 解：,13,二进制数的加、减、乘、除四则运算,二进制的计数规则是：低位向相邻高位“逢二进一，借一为

5、二”。 二进制加法： 二进制的加法运算有如下规则： 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 10 （“逢二进一”） 例： 1011.1012 + 10.012 = ?,14,二进制减法： 二进制的减法运算有如下规则： 0 0 = 0 1 0 = 1 1 1 = 0 0 1 = 1 （“借一当二”） 例： 1101.1112 10.012 = ?,15,1.2.3 八进制数,八进制数的基数R是8，它有0、1、2、3、4、5、6、7共八个有效数码。 八进制的按权展开式为： 八进制的计数规则是：低位向相邻高位“逢八进一，借一为八”。,16,例： 对八进制数，从08

6、数到308 解： 所求的八进制数的序列如下所示（注意，没有使用下标8）。 0，1，2，3，4，5，6，7，10，11，12，13，14，15，16，17，20，21，22，23，24，25，26，27，30,17,1.2.4 十六进制数,十六进制数的基数R是16，它有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共十六个有效数码。 十六进制的按权展开式为： 十六进制的计数规则是：低位向相邻高位“逢十六进一，借一为十六”。,18,例： 对十六进制数，从016数到3016 解： 所求的十六进制数的序列如下所示（注意，没有使用下标16）。 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，

7、B，C，D，E，F，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，1A，1B，1C，1D，1E，1F，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，2A，2B，2C，2D，2E，2F，30,19,1.3 数制转换,主要内容： 二进制与八进制、十六进制之间的相互转换方法 十进制与二进制、八进制、十六进制的相互转换方法 把一个数从一种数制转换到其他数制的转换方法,20,1.3.1 二进制数与八进制数的相互转换,将二进制转换为八进制 将整数部分自右往左开始，每3位分成一组，最后剩余不足3位时在左边补0；小数部分自左往右，每3位一组，最后剩余不足3位时在右边补0；然后用等价

8、的八进制替换每组数据 例： 将二进制数10111011.10112转换为八进制数。,21,将八进制转换为二进制,对每位八进制数，只需将其展开成3位二进制数即可 例1-9： 将八进制数67.7218转换为二进制数。 解：对每个八进制位，写出对应的3位二进制数。,22,1.3.2 二进制数与十六进制数的相互转换,将二进制转换为十六进制： 将整数部分自右往左开始，每四位分成一组，最后剩余不足四位时在左边补0；小数部分自左往右，每四位一组，最后剩余不足四位时在右边补0；然后用等价的十六进制替换每组数据。 例： 将二进制数111010111101.1012转换为十六进制数。,23,将十六进制转换为二进制

9、,对每位十六进制数，只需将其展开成4位二进制数即可。 例1-11： 将十六进制数1C9.2F16转换为二进制数。 解：对每个十六进制位，写出对应的4位二进制数。,24,1.3.3 十进制数与任意进制数的相互转换,十进制数与任意进制数之间的转换方法有多项式替代法和基数乘除法。 非十进制数转换为十进制数： 把非十进制数转换成十进制数采用按权展开相加法。具体步骤是，首先把非十进制数写成按权展开的多项式，然后按十进制数的计数规则求其和。 例1-12： 将二进制数101011.1012转换成十进制数。,25,例1-13： 将八进制数165.28转换成十进制数。 例1-14 ：将十六进制数2A.816转换

10、成十进制数。,26,十进制数转换为其它进制数,对于既有整数部分又有小数部分的十进制数转换成其它进制数，首先要把整数部分和小数部分分别进行转换，然后再把两者的转换结果相加。 整数转换：整数转换，采用基数连除法，即除基取余法。把十进制整数N转换成R进制数的步骤如下： 将N除以R，记下所得的商和余数； 将上一步所得的商再除以R，记下所得的商和余数； 重复做第2步，直至商为0； 将各个余数转换成R进制的数码，并按照和运算过程相反的顺序把各个余数排列起来（把第一个余数作为LSB，最后一个余数作为MSB），即为R进制的数。,27,例1-15： 将3710转换成等值二进制数。 解：采用除2取余法，具体的步骤

11、如下： 372 = 18余数1 LSB 182 = 9余数0 92 = 4余数1 42 = 2余数0 22 = 1余数0 12 = 0余数1 MSB 按照从MSB到LSB的顺序排列余数序列，可得： 3710 = 1001012,28,例1-16： 将26610转换成等值八进制数。 解： 采用除8取余法，具体的步骤如下： 2668 = 33余数2 LSB 338 = 4余数1 48 = 0余数4 MSB 按照从MSB到LSB的顺序排列余数序列，可得： 26610 = 4128,29,例1-17： 将42710转换成等值十六进制数。 解： 采用除16取余法，具体的步骤如下： 42716 = 26余

12、数11 = BLSB 2616 = 1余数10 = A 116 = 0余数1 = 1MSB 按照从MSB到LSB的顺序排列余数序列，可得： 42710 = 1AB16 十进制数除16的各次余数形成了十六进制数，且当余数大于9时，用字母AF表示。,30,纯小数转换,纯小数转换，采用基数连成法，即乘基取整法。 把十进制的纯小数M转换成R进制数的步骤如下： 将M乘以R，记下整数部分； 将上一步乘积中的小数部分再乘以R，记下整数部分； 重复做第2步，直至小数部分为0或者满足预定精度要求为止； 将各步求得的整数部分转换成R进制的数码，并按照和运算过程相同的顺序排列起来，即为所求的R进制数。,31,例1-

13、18 ： 将十进制小数0.562510转换成等值的二进制数小数。 解： 采用乘2取整法，具体的步骤如下： 0.56252 = 1.125整数1 MSB 0.1252 = 0.250整数0 0.2502 = 0.50整数0 0.502 = 1.00整数1 LSB 按照从MSB到LSB的顺序排列余数序列，可得： 0.562510 = 0.10012,32,例1-19： 将十进制小数0.3510转换成等值的八进制数小数。 解： 采用乘8取整法，具体的步骤如下： 0.358 = 2.8整数2 MSB 0.88 = 6.4整数6 0.48 = 3.2整数3 0.28 = 1.6整数1： LSB 按照从M

14、SB到LSB的顺序排列余数序列，可得： 0.3510 = 0.26318,33,例1-21： 将十进制数17.2510转换成等值的二进制数小数。 解： 此题的十进制数既有整数部分又有小数部分，则可用前述的“除基取余”及“乘基取整”的方法分别将整数部分和小数部分进行转换，然后合并起来就可得到所求的结果。具体的步骤如下： 17.2510 =1710 + 0.2510 100012 + 0.012 = 10001.012 所以，17.2510 = 10001.012,34,1.4 二进制编码,主要内容： 用BCD码表示十进制数的方法 BCD码和自然二进制码的区别 8421、2421等BCD码 格雷码

15、、余3码 各种编码与二进制码的转换方法 ASCII码 原码、反码与补码,35,1.4.1 加权二进制码,加权码是每个数位都分配了权或值的编码。 用四位二进制数表示一位十进制数的方法，统称为十进制数的二进制编码，简称BCD码。 常用的加权二进制编码： 8421BCD码 代码中从左到右的各位权值分别表示8、4、2、1 2421BCD码 代码中从左到右的各位权值分别是2、4、2、1 4221BCD 各位权值分别是4、2、2、1 5421BCD 各位权值分别是5、4、2、1,36,用BCD码表示十进制数，只要把十进制数的每一位数码，分别用BCD码取代即可。 若要知道BCD码代表的十进制数，只要BCD码

16、以小数点为起点向左、右每四位分成一组，再写出每一组代码代表的十进制数，并保持原排序即可。 例1-22 ： 求出十进制数902.4510的8421BCD码。 解：,37,例1-23： 求出5421BCD码10000010.10015421BCD所表示的十进制数。 解：将5421BCD码以小数点为起点向左、右每四位一组进行划分，每一组由其相对应的十进制数位表示,38,1.4.2 不加权的二进制码,不加权的二进制码，它们的每一位都没有具体的权值 。 3码、格雷码就是两种不加权的二进制码。 余3码 ： 由8421BCD码加3后形成的，所以叫做余3码（简写为XS3） 格雷码 格雷码又叫循环码 任意两个相

17、邻的格雷代码之间，仅有一位不同，其余各位均相同,39,格雷码与二进制码之间经常相互转换,方法如下 ： 格雷码的最高位（最左边）与二进制码的最高位相同。 从左到右，逐一将二进制码的两个相邻位相加，作为格雷码的下一位（舍去进位）。 格雷码和二进制码的位数始终相同。 例1-25： 把二进制数1001转换成格雷码。 解：,40,格雷码到二进制码的转换,方法如下： 二进制码的最高位（最左边）与格雷码的最高位相同。 将产生的每个二进制码位加上下一相邻位置的格雷码位，作为二进制码的下一位（舍去进位）。 例1-26： 把格雷码0111转换成二进制数。 解：,41,1.4.3 字母数字码,可同时用于表示字母和数

18、字的编码称为字母数字码。 ASCII码是一种常用的现代字母数字编码，用于计算机之间、计算机与打印机、键盘和视频显示等外部设备之间传输字符数字信息。 ASCII码已成为微型计算机标准输入、输出编码。,42,1.4.4 补码,符号数的存贮格式 机器数的3种表示形式： 原码 ： 自然表示机器数的二进制形式 反码 ： 对于正数，反码的数值部分与原码按位相同；对于负数，反码的数值部分是原码的按位变反（即1变0，0变1），反码也因此而得名。 补码 ： 正数的表示同原码和反码的表示是一样的。对于负数，从原码到补码的规则是：符号位不变，数值部分则是按位求反，最低位加1，或简称“求反加1 ”。,43,例1-28： 求二进制数x = +1011，y = 1011在八位存贮器中的原码、反码和补码的表示形式。 解： x原码 = 00001011， x反码 = 00001011， x补码 = 00001011 y原码 = 10001011， y反码 = 11110100， y补码 = 111101011,44,