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1、1,数字电路,信科111、112,2,成绩计算,平时成绩 30% 作业（写明班级、学号、姓名） 考勤 期末考试成绩70%,3,参考书目,秦曾煌主编，电工学第六版 下册，高等教育出版社 康华光主编，电子技术基础数字部分 第五版，高等教育出版社 Digital fundamentals,Ninth Edition.数字电子技术（第9版）（英文改编版）国外电子与通信教材系列, 美 Thomas L.Floyd著 余璆改编,（1-4）,第一章 数制和码制,数字电路,（1-5）,什么是电子技术,是研究电子器件及电子器件应用的一门学科。,通过控制器件中电子的 运动而进行工作,（1-6）,数字技术的发展及其
2、应用,电子技术是20世纪发展最迅速、应用最广泛的技术。以电子器件发展为基础 20世纪初中叶 电子管 1947年 贝尔实验室制成第一只晶体管 58年 模拟和数字集成电路 69年 大规模集成电路 75年 超大规模集成电路,（1-7）,（1-8）,数字技术的发展及其应用,第一片集成电路只有4个晶体管，而97年一片集成电路上有40亿个晶体管。,科学家预测集成度按翻番/18月的速度还将继续到2015或2020年，将达到饱和。,2010年澳大利亚科学家展示了世界上最小的晶体管，其规格仅有七个原子组成，大小为一米的40亿分之一，嵌于单晶硅上。这一发明将会使微型处理器尺寸大幅减小，会给计算速度带来革命性变化。
3、,（1-9）,典型代表：电子计算机,电子管,晶体管,集成电路,大规模集成电路,人工智能计算机,生物计算机,（1-10）,应用举例,照相机,交通灯控制系统,自动售票机,（1-11）,1.1.1 数字信号和模拟信号,电子电路中的信号,模拟信号,数字信号,随时间连续变化的信号,时间和幅度都是离散的, 1.1 数字电路的基础知识,（1-12）,模拟信号：,u,正弦波信号,锯齿波信号,u,（1-13）,（1-14）,研究模拟信号时，我们注重电路输入、输出信号间的大小、相位关系。相应的电子电路就是模拟电路，包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。,在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态。,（1-15）,数
4、字信号：,数字信号,产品数量的统计。,数字表盘的读数。,数字电路信号：,（1-16）,产品自动装箱计数生产线,（1-17）,研究数字电路时注重电路输出、输入间的逻辑关系，因此不能采用模拟电路的分析方法。主要的分析工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式或波形图表示。,在数字电路中，三极管工作在开关状态下，即工作在饱和状态或截止状态。,（1-18）,1.1.2 数制,（1）十进制：,以十为基数的记数体制,表示数的十个数码：,遵循逢十进一的规律,157,=,（1-19）,一个十进制数数 N可以表示成：,若在数字电路中采用十进制，必须要有十个电路状态与十个记数码相对应。这样将在技术上带来许多困
5、难，而且很不经济。,（1-20）,（2）二进制：,以二为基数的记数体制,表示数的两个数码：,遵循逢二进一的规律,（1001) B =,= ( 9 ) D,（1-21）,优缺点,用电路的两个状态-开关来表示二进制数，数码的存储和传输简单、可靠。,位数较多，使用不便；不合人们的习惯，输入时将十进制转换成二进制，运算结果输出时再转换成十进制数。,（1-22）,（3）十六进制和八进制：,十六进制记数码：,(4E6)H =,4162+14 161+6 160,= ( 1254 ) D,（1-23）,十六进制与二进制之间的转换：,(0101 1001)B=,027+1 26+0 25+1 24 +1 23
6、+0 22+0 21+1 20B,=,(023+1 22+0 21+1 20) 161 +(1 23+0 22+0 21+1 20) 160B,= ( 59 ) H,每四位2进制数对应一位16进制数,（1-24）,十六进制与二进制之间的转换：,(10011100101101001000)B=,从末位开始 四位一组,(1001 1100 1011 0100 1000)B =,=( 9CB48 ) H,（1-25）,八进制与二进制之间的转换：,(10011100101101001000)B=,从末位开始三位一组,(10 011 100 101 101 001 000)B =,=(2345510)O
7、,（1-26）,十进制与二进制之间的转换，可以用二除十进制数，余数是二进制数的第0位，然后依次用二除所得的商，余数依次是K1、K2、。,转换方法,（4）十进制与二进制之间的转换：,（1-27）,整数部分转换过程：,(25)D=(11001)B,除 2倒取余,（1-28）,小数部分转换过程：,乘 2正取整,（1-29）,1.1.3二进制运算,(1) 二进制算术运算的特点 算术运算：1：和十进制算数运算的规则相同 2：逢二进一 特 点：加、减、乘、除 全部可以用移位和相 加这两种操作实现。简化了电路结构,所以数字电路中普遍采用二进制算术运算,（1-30）,(2)反码、补码和补码运算 二进制数的正、
8、负号也是用0/1表示的。 在定点运算中，最高位为符号位 （0为正，1为负） 如 +89 = （0 1011001） -89 = （1 1011001）,（1-31）,二进制数的补码：,最高位为符号位（0为正，1为负） 正数的补码、反码和原码相同 负数的补码 = 数值位逐位求反(即其反码) + 1 如 (+5)D=（0 0101）B (-5)补=（1 1011）B 通过补码，将减一个数用加上该数的补码来实现,（1-32）,10 5 = 5 10 + 7 12= 5 （舍弃进位） 7+5=12 产生进位的模 7是5对模数12的补码,（1-33）,1011 0111 = 0100 （11 - 7 =
9、 4） 1011 + 1001 = 10100 =0100（舍弃进位） （11 + 916 = 4） 0111 + 1001 =16 0111是1001对模16的补码,（1-34）,两个补码表示的二进制数相加时的符号位讨论,例：用二进制补码运算求出 1310 、1310 、1310 、1310,结论：将两个加数的符号位和来自最高位数字位的进位相加，结果就是和的符号,解：,（1-35）,1.1.4 码 制,一、BCD代码 二、格雷码 三、字符编码,（1-36）,四位二进制数最多可以有16种不同组合，不同的组合便形成了一种编码。主要有： 8421码、 5421码、2421码、余3码等。,用位二进制
10、数码表示位十进制数的十个状态，称这些代码为二十进制代码，即BCD代码。,BCD-Binary-Coded-Decimal,1. BCD码,（1-37）,在BCD码中，十进制数 (N)D 与二进制编码 (K3K2K1K0)B 的关系可以表示为：,(N)D= W3K3 +W2K2+W1K1+W0K0,W3W0为二进制各位的权重,所谓的8421码，就是指各位的权重是8, 4, 2, 1。,（1-38）,二进制数,自然码,8421码,2421码,5421码,余三码,（1-39）,BCD码的存放：组合BCD码与非组合BCD码,上述编码方式是针对 “一位” 十进制数字而言的，一个多位的十进制数与相应的84
11、21BCD码之间的转换关系如下例所示：,0011,0000,1001,0001,对应的8421BCD码：,组合BCD码格式：每位十进制数字对应的BCD编码以四个二进制位来存放； （3091）10（0011 0000 1001 0001）BCD,非组合BCD码格式：每位十进制数字对应的BCD编码以八个二进制位来存放 其中低四位存放真正的BCD码，高四位根据具体应用的不同定义为不同的 值 如无特殊要求，高四位通常为全0； （3091）10（00000011 00000000 00001001 00000001）BCD,注意：如无特别说明，本课程中的BCD码一概指组合的8421BCD码。,这样得到的
12、BCD码在存放或处理时有两种格式：,（1-40）,（1-41）,2、格雷码（Gray）,格雷码的特点是： 任意两个相邻码组之间只有一位码原不同（0和最大 数之间也只有一位不同），因此格雷码也称为循 环码；这种编码在形成和传输时不易出错； 最高位的0和1只改变一次。若以最高位的0和1的交 界为轴，其他低位的代码以此轴对称，利用这一 特点可以很容易地构成位数不同的格雷码； 格雷码是一种无权码，不易直接进行运算，但可以 很容易地与二进制进行换算； 格雷码有许多形式，如余3循环码等；,（1-42）,一 种 典 型 的 格 雷 码,两位格雷码,0 0 0 1 1 1 1 0,0 0 0 0 0 1 0
13、1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0,0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0,三位格雷码,四位格雷码,0 0 0 1 1 1 1 0,1 0 1 1 0 1 0 0,0 1,1 0,1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0,0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1
14、0 1 1 0 0,（1-43）,（1-44）,3、字符代码,数字系统处理、存储及显示的信息，包括数字，文字符号，字母和特殊符号等都必须用二进制数进行编码。 目前常用的是ASCII码（美国标准信息交换码）和Unicode码。,（1-45）,常用字符编码：ASCII码,ASCII码即 “美国国家标准信息交换码” 的英文缩写，常用的有两种： （1）ASCII-7 编码用7 位二进制编码表示一个字符，共可表示 128 个 不同的字符。通常使用时在最高位添 0 凑成 8 位二进制编码， 或根据 实际情况将最高位用做校验位。 （2）ASCII-8 编码用 8 位二进制编码表示一个字符，共可表示 256
15、个 不同的字符。,本课程中不加声明时都指 ASCII-7 码。注意： ASCII-7 编码中 09 十个数字对应的编码为 30H 39H，该编码实 际就是一种非组合BCD码。 一般字符的ASCII码表靠查表方式获取。但除数字的ASCII外，最好 也能记住以下对应关系：AF 的ASCII码为41H46H，a f 的 ASCII码为61H66H；,（1-46）,常用字符编码：Unicode码,互联网的迅速发展，要求进行数据交换的需求越来越大，而且多种语言共存的文档不断增多，不同的编码体系越来越成为信息交换的障碍，于是 UNICODE 应运而生。 UNICODE 的双重含义： 首先UNICODE是对国际标准ISO/IEC 10646编码的一种称谓。ISO/IEC 10646是一个国际标准，亦称大字符集，它是ISO于1993年颁布的一项重要国际标准，其宗旨是全球所有文种统一编码； 另外它又是美国的 HP、Microsoft、IBM、Apple 等大企业组成的联盟集团的名称，成立该集团的宗旨就是要推进多文种的统一编码； UNICODE是一个16位二进制编码的字符集，它可以移植到所有主要的计算机平台并且覆盖几乎整个世界。,（1-47）,第一章 作业,P18 1.9 1.10 1.14 (2)(4)(6)(8) 1.15 (4)(6),