數(shù)字電子技術(shù)第一章

1、1.1.1 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用1.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點數(shù)字集成電路的分類及特點1.1.3 模擬信號與數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號1.1.4 數(shù)字信號的描述方法數(shù)字信號的描述方法1.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號數(shù)字電路與數(shù)字信號1.1.11.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用80年代后年代后- ULSI ， ASIC 制作技術(shù)成熟制作技術(shù)成熟目前目前- 芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米(0.130.09 m) 量級量級微處理器的時鐘頻率高達(dá)微處理器的時鐘頻率高達(dá)3GHz（109Hz）90年代后年代后- 97年一片集成電路上有年一片

2、集成電路上有40億個晶體管。億個晶體管。6070代代IC技術(shù)迅速發(fā)展：技術(shù)迅速發(fā)展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。將來將來- 高分子材料或生物材料制成密度更高、高分子材料或生物材料制成密度更高、 三維結(jié)構(gòu)的電路三維結(jié)構(gòu)的電路發(fā)展特點發(fā)展特點: :以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)電子管時代電子管時代 1906年，福雷斯特等發(fā)明了電子年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在一些大功率發(fā)射裝置壽命短。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用中使用。電壓控制器件電壓控制器件電真空技術(shù)電真空技術(shù)晶體管時代晶體管時代半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)

3、體二極管電流控制器件，半導(dǎo)體技術(shù)電流控制器件，半導(dǎo)體技術(shù)晶體管時代晶體管時代半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管電流控制器件，半導(dǎo)體技術(shù)電流控制器件，半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體集成電路半導(dǎo)體集成電路電路設(shè)計方法電路設(shè)計方法a)a)傳統(tǒng)的設(shè)計方法：傳統(tǒng)的設(shè)計方法：b)b)現(xiàn)代的設(shè)計方法：現(xiàn)代的設(shè)計方法：采用自下而上的設(shè)計方法；由人工組裝采用自下而上的設(shè)計方法；由人工組裝, ,經(jīng)反復(fù)調(diào)經(jīng)反復(fù)調(diào)試、驗證、修改完成。所用的元器件較多，電路可試、驗證、修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差靠性差, ,設(shè)計周期長。設(shè)計周期長。現(xiàn)代現(xiàn)代EDA技術(shù)實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化。采用從上到下技術(shù)實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化。采用從上到下設(shè)計方法，電路

4、設(shè)計、設(shè)計方法，電路設(shè)計、 分析、仿真分析、仿真 、修訂全通過、修訂全通過計算機(jī)完成。計算機(jī)完成。電路設(shè)計方法伴隨器件電路設(shè)計方法伴隨器件變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代Electronics Design Automation EDA技術(shù)以技術(shù)以計算機(jī)為基本工具計算機(jī)為基本工具、借助于、借助于軟軟件設(shè)計平臺件設(shè)計平臺，自動完成數(shù)字系統(tǒng)的仿真、邏輯，自動完成數(shù)字系統(tǒng)的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到芯片，實綜合、布局布線等工作。最后下載到芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)功能?，F(xiàn)系統(tǒng)功能。使硬件設(shè)計軟件化。使硬件設(shè)計軟件化。EDA技術(shù)技術(shù)（Electronics Design Automation)

5、1 1、EDAEDA設(shè)計：設(shè)計：原理圖設(shè)計原理圖設(shè)計 (Electrnics WorkBench)VerilogHDL語言設(shè)計語言設(shè)計狀態(tài)機(jī)設(shè)計狀態(tài)機(jī)設(shè)計設(shè)計方法設(shè)計方法在計算機(jī)上利用軟件在計算機(jī)上利用軟件平臺進(jìn)行設(shè)計平臺進(jìn)行設(shè)計3 3、下載、下載2 2、仿真、仿真4 4、驗證結(jié)果、驗證結(jié)果實驗板實驗板下載線下載線數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用1 1、數(shù)字、數(shù)字集成集成電路的分類電路的分類1.1.21.1.2、數(shù)字集成電路的分類及特點、數(shù)字集成電路的分類及特點 數(shù)字電路數(shù)字電路組合邏輯電路組合邏輯電路時序邏輯電路時序邏輯電路按電路的結(jié)構(gòu)特點及對按電路的結(jié)構(gòu)特點及對輸入信號的響應(yīng)規(guī)則輸入信號的響應(yīng)

6、規(guī)則 數(shù)字電路數(shù)字電路集成電路集成電路分立電路分立電路按電路的形式按電路的形式 - -數(shù)字集成電路可分為數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模小規(guī)模、中規(guī)模中規(guī)模、大大規(guī)模規(guī)模、超大規(guī)模超大規(guī)模和和甚大規(guī)模甚大規(guī)模五類。五類。 數(shù)字電路數(shù)字電路TTL電路電路CMOS電路電路按器件不同按器件不同按集成度不同按集成度不同可編程邏輯器件、多功能專用可編程邏輯器件、多功能專用集成電路集成電路106以上以上甚大規(guī)模甚大規(guī)模大型存儲器、微處理器大型存儲器、微處理器10,00099,999超大規(guī)模超大規(guī)模小型存儲器、門陣列小型存儲器、門陣列1009999大規(guī)模大規(guī)模計數(shù)器、加法器計數(shù)器、加法器1299中規(guī)模中規(guī)模邏輯門、

7、觸發(fā)器邏輯門、觸發(fā)器最多最多12個個小規(guī)模小規(guī)模典型集成電路典型集成電路門的個數(shù)門的個數(shù)分類分類集成度集成度: :每一芯片所包含的門個數(shù)每一芯片所包含的門個數(shù)2 2、數(shù)字集成電路的特點、數(shù)字集成電路的特點（自學(xué)）（自學(xué)）1)電路簡單電路簡單, ,便于大規(guī)模集成便于大規(guī)模集成, ,批量生產(chǎn)批量生產(chǎn)2)可靠性、穩(wěn)定性和精度高可靠性、穩(wěn)定性和精度高, ,抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)3)體積小體積小, ,通用性好通用性好, ,成本低成本低. .4)具可編程性具可編程性, ,可實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化可實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化5)高速度高速度 低功耗低功耗6)加密性好加密性好 3 3、數(shù)字電路的分析、設(shè)計與測試、數(shù)字電

8、路的分析、設(shè)計與測試(1)(1)數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析方法 根據(jù)電路確定根據(jù)電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系，說明電路實現(xiàn)的邏輯功能。系，說明電路實現(xiàn)的邏輯功能。分析工具分析工具：邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)。電路邏輯功能主要用電路邏輯功能主要用真值表真值表、功能表功能表、邏輯表達(dá)邏輯表達(dá)式式和和卡諾圖、卡諾圖、波形圖波形圖。(2) (2) 數(shù)字電路的設(shè)計方法數(shù)字電路的設(shè)計方法 從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)膹慕o定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)?邏輯器件，設(shè)計出符合要求的邏輯電路邏輯器件，設(shè)計出符合要求的邏輯電路。 傳統(tǒng)的設(shè)計方法傳統(tǒng)的設(shè)計方法 設(shè)計方法設(shè)計方

9、法基于基于EDA軟件的設(shè)計方法軟件的設(shè)計方法時間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號時間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號u uOt Otu u1.1.3 1.1.3 模擬信號與數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號正弦波信號正弦波信號三角波信號三角波信號數(shù)字信號波形數(shù)字信號波形時間和數(shù)值上均是離散的信號時間和數(shù)值上均是離散的信號3 3、模擬信號的數(shù)字表示、模擬信號的數(shù)字表示 數(shù)字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將數(shù)字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號. . 模擬信號模擬信號 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器 3V3V數(shù)字輸出數(shù)字輸出00000011A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采樣保持采樣保持量化編

10、碼量化編碼模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別模擬電路與數(shù)字電路的區(qū)別1 1、工作任務(wù)不同：、工作任務(wù)不同： 模擬電路研究的是輸出與輸入信號之間的大小、模擬電路研究的是輸出與輸入信號之間的大小、相位、失真等方面的關(guān)系；相位、失真等方面的關(guān)系；數(shù)字電路主要研究的數(shù)字電路主要研究的是輸出與輸入間的邏輯關(guān)系是輸出與輸入間的邏輯關(guān)系（因果關(guān)系）。（因果關(guān)系）。 模擬電路中的三極管工作在線性放大區(qū)模擬電路中的三極管工作在線性放大區(qū), ,是是一個放大元件；一個放大元件；數(shù)字電路中的三極管工作在飽數(shù)字電路中的三極管工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài)和或截止?fàn)顟B(tài), ,起開關(guān)作用起開關(guān)作用。 因此，基本單

11、元電路、分析方法及研究的范因此，基本單元電路、分析方法及研究的范圍均不同。圍均不同。2 2、三極管的工作狀態(tài)不同：、三極管的工作狀態(tài)不同：模擬電路研究的問題模擬電路研究的問題基本電路元件基本電路元件: :基本模擬電路基本模擬電路: :晶體三極管晶體三極管場效應(yīng)管場效應(yīng)管集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 信號放大及運(yùn)算信號放大及運(yùn)算 ( (信號放大、功率放大）信號放大、功率放大） 信號處理（采樣保持、電壓比較、有源濾波）信號處理（采樣保持、電壓比較、有源濾波） 信號發(fā)生（正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、信號發(fā)生（正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、）數(shù)字電路研究的問題數(shù)字電路研究的問題基本電路元件基本電路元件基

12、本數(shù)字電路基本數(shù)字電路邏輯門電路邏輯門電路觸發(fā)器觸發(fā)器 組合邏輯電路組合邏輯電路 時序邏輯電路（寄存器、計數(shù)器、脈沖發(fā)生時序邏輯電路（寄存器、計數(shù)器、脈沖發(fā)生器、脈沖整形電路）器、脈沖整形電路） A/DA/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.1.4 數(shù)字信號的描述方法數(shù)字信號的描述方法1 1、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平二值（二值（0、1）數(shù)字邏輯）數(shù)字邏輯0、1數(shù)碼數(shù)碼-表示數(shù)量表示數(shù)量時稱二進(jìn)制數(shù)時稱二進(jìn)制數(shù)0、1 邏輯邏輯-表示事物表示事物狀態(tài)時稱二值邏輯狀態(tài)時稱二值邏輯電壓電壓(V)(V)二值邏輯二值邏輯電電 平平+51H( (高電平高電平) )00L( (

13、低電平低電平) )邏輯電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯）邏輯電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯）a a 、在電路中用低、高電平表示、在電路中用低、高電平表示 表示方式表示方式2 2、數(shù)字波形、數(shù)字波形是信號邏輯電平對是信號邏輯電平對時間的圖形表示。時間的圖形表示。邏輯電平描述邏輯電平描述的數(shù)字波形的數(shù)字波形16位數(shù)據(jù)的位數(shù)據(jù)的圖形表示圖形表示高電平高電平低電平低電平有脈沖有脈沖 比特率比特率 - - 每秒鐘轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的位數(shù)每秒鐘轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的位數(shù)無脈沖無脈沖(1)(1)數(shù)字波形的兩種類型數(shù)字波形的兩種類型: :非歸零型非歸零型歸零型歸零型 非周期性數(shù)字波形非周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形 Tf1 1例

14、例1.1.1 某通信系統(tǒng)每秒鐘傳輸某通信系統(tǒng)每秒鐘傳輸1 544 0001 544 000位位(1.544(1.544兆位兆位) )數(shù)據(jù)，求每位數(shù)據(jù)的時間。數(shù)據(jù)，求每位數(shù)據(jù)的時間。ns648s1067647s105441916 .解：按題意，每位數(shù)據(jù)的時間為解：按題意，每位數(shù)據(jù)的時間為例例1.1.2 設(shè)周期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)設(shè)周期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)6ms，低電平持續(xù)低電平持續(xù)10ms，求占空比，求占空比q。6msq =100%= 37.5%16ms 解：因數(shù)字波形的脈沖寬度解：因數(shù)字波形的脈沖寬度tw=6ms，周期周期T=6ms+10ms=16ms。(2)(2)實際脈沖波形及主要參數(shù)實

15、際脈沖波形及主要參數(shù)非理想脈非理想脈沖波形沖波形上升時間上升時間Tr（ns） 脈沖寬度脈沖寬度tw下降時間下降時間tf （ns） 主要參數(shù)主要參數(shù)周期周期 (T)脈沖寬度脈沖寬度tw占空比占空比 Q上升時間上升時間tr 下降時間下降時間t tf f(3)(3)時序圖時序圖表明各個數(shù)字信號時序表明各個數(shù)字信號時序關(guān)系的多重波形圖。關(guān)系的多重波形圖。END1.2.1 十進(jìn)制十進(jìn)制1.21.2數(shù)數(shù) 制制1.2.2 二進(jìn)制二進(jìn)制1.2.3 二二-十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換1.2.4 十六進(jìn)制和八進(jìn)制十六進(jìn)制和八進(jìn)制多位數(shù)碼中的每一多位數(shù)碼中的每一位數(shù)的構(gòu)成及低位位數(shù)的構(gòu)成及低位向高位進(jìn)位的規(guī)則向

16、高位進(jìn)位的規(guī)則1.2.1 1.2.1 十進(jìn)制十進(jìn)制數(shù)數(shù) 碼碼進(jìn)位的規(guī)則進(jìn)位的規(guī)則0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9“逢十進(jìn)一逢十進(jìn)一”4587.29=4 103+5 102+8 101+7 100+2 10 1+9 10 2()DNK Ki ii ii i1 10 0系數(shù)系數(shù)位權(quán)位權(quán)1.2.2 1.2.2 二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)數(shù) 碼碼進(jìn)位的規(guī)則進(jìn)位的規(guī)則0, 1 “逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一”例如：例如：1+1=10 = 121+ 0202()BNK Ki ii ii i系數(shù)系數(shù)位權(quán)位權(quán)各位的權(quán)都是各位的權(quán)都是2 2的冪的冪二進(jìn)制的優(yōu)點二進(jìn)制的優(yōu)點二進(jìn)制數(shù)字裝置所用元二進(jìn)制數(shù)字裝置所用元

17、件少件少,電路簡單、可靠電路簡單、可靠易于電路實現(xiàn)易于電路實現(xiàn)基本運(yùn)算規(guī)則簡單基本運(yùn)算規(guī)則簡單, 運(yùn)算操作方便運(yùn)算操作方便 1 0 23 22 21 20 M SB LSB 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 3 2 1 0 7 6 5 4 10 11 8 14 9 15 12 13 十十 進(jìn)進(jìn) 制制二進(jìn)制數(shù)波形表示二進(jìn)制數(shù)波形表示 計算機(jī) A 計算機(jī) B 1 0 1 0 1 1 0

18、0 串行數(shù)據(jù)傳輸 1 0 1 0 1 1 0 0 計算機(jī) A 計算機(jī) B 0 1 2 3 4 5 6 7 1 0 1 0 MSB LSB 0 0 1 1 0 1 1 0 CP 串行數(shù)據(jù) （1）二進(jìn)制數(shù)據(jù)的串行傳輸）二進(jìn)制數(shù)據(jù)的串行傳輸 打打 印印 機(jī)機(jī) 0 1 1 0 0 M S B 1 1 L S B 計計 算算 機(jī)機(jī) 0 并并 行行 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 傳傳 輸輸 27 26 25 24 23 22 21 ( LS B) 20 并并行行數(shù)數(shù)據(jù)據(jù) ( MS B) 0 1 2 3 4 5 6 7 1 0 CP 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 （2）二進(jìn)制數(shù)據(jù)的并行傳輸）

19、二進(jìn)制數(shù)據(jù)的并行傳輸1.2.3 1.2.3 二二- -十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換iBii=-D(N) =K2 二進(jìn)制二進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制整數(shù)部分除以整數(shù)部分除以2 2取余法，直到商為零為止取余法，直到商為零為止小數(shù)部分乘以小數(shù)部分乘以2 2取整法，直到滿足精度為止取整法，直到滿足精度為止十進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制 2 44 余數(shù) 低位 2 22 0=K0 2 11 0=K1 2 5 1=K2 2 2 1=K3 2 1 0=K4 0 1=K5 高位 0.375 2 整數(shù) 高位 0.750 0=K1 0.750 2 1.500 1=K2 0.500 2 1.000 1=K3 低位所以：所以：(4

20、4.375)(44.375)D D(101100.011)(101100.011)B B解要精確到二進(jìn)制小數(shù)解要精確到二進(jìn)制小數(shù)10位，位，1/210=1/1024。B D 0.39= 0.0110001111 例例 將將(0.39)D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),精度達(dá)到精度達(dá)到0.1%。0.392 = 0.78 b-1= 00.782 = 1.56 b-2= 10.562 = 1.12 b-3= 10.122 = 0.24 b-4= 00.242 = 0.48 b-5= 00.482 = 0.96 b-6 = 00.962 = 1.92 b-7 = 10.922 = 1.84 b-8 =

21、10.842 = 1.68 b-9 = 10.682 = 1.36 b-10= 1n -1iHii= -m(N)=a16 10-1HD (A6.C)= (10 16 +6 16 +12 16 ) 1.2.4 1.2.4 十六進(jìn)制和八進(jìn)制十六進(jìn)制和八進(jìn)制數(shù)數(shù) 碼碼進(jìn)位的規(guī)則進(jìn)位的規(guī)則各位的權(quán)都是各位的權(quán)都是1616的冪的冪0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,A,B,C,D,E,F“逢十六進(jìn)一逢十六進(jìn)一” 十六進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制十六進(jìn)制二進(jìn)制二進(jìn)制= （ 1010 1111 0100 . 0111 0110）B(AF4.76)H1 1 1 0 1 0 1 0 0 . 0 1

22、 1(0000）B (1D4.6)H十六進(jìn)制的優(yōu)點十六進(jìn)制的優(yōu)點 與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換容易與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換容易計數(shù)容量較其它進(jìn)制都大計數(shù)容量較其它進(jìn)制都大書寫簡潔書寫簡潔 八進(jìn)制八進(jìn)制8On -1iii= -m(N)=a 數(shù)數(shù) 碼碼進(jìn)位的規(guī)則進(jìn)位的規(guī)則各位的權(quán)都是各位的權(quán)都是8 8的冪的冪0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 “逢八進(jìn)一逢八進(jìn)一”八進(jìn)制八進(jìn)制二進(jìn)制（自學(xué)）二進(jìn)制（自學(xué)） (752.1)O= (111 101 010.001)B (10110.011)B = (26.3)O END1.31.3二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算1.3.1無符號二進(jìn)制的數(shù)算術(shù)運(yùn)算無符號二進(jìn)制的

23、數(shù)算術(shù)運(yùn)算1.3.2有符號二進(jìn)制的數(shù)算術(shù)運(yùn)算有符號二進(jìn)制的數(shù)算術(shù)運(yùn)算1 1、二進(jìn)制加法、二進(jìn)制加法0+0=0，0+1=1，1+1=10。1.3.11.3.1無符號數(shù)算術(shù)運(yùn)算無符號數(shù)算術(shù)運(yùn)算無符號二進(jìn)制的加法規(guī)則無符號二進(jìn)制的加法規(guī)則1111 1010 0101 2 2、二進(jìn)制減法、二進(jìn)制減法0-0=0，1-1=0，1-0=1，0-1=11。無符號二進(jìn)制的減法規(guī)則無符號二進(jìn)制的減法規(guī)則1010 1010 0101 1010 1 0 1 3 3、二進(jìn)制乘法和除法運(yùn)算、二進(jìn)制乘法和除法運(yùn)算 101000001010 110010 例例1.3.4 1.3.4 計算兩個二進(jìn)制數(shù)計算兩個二進(jìn)制數(shù)10101

24、010和和111111之商。之商。 1.3.21.3.2帶符號二進(jìn)制的減法運(yùn)算帶符號二進(jìn)制的減法運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的最高位表示符號位，且用二進(jìn)制數(shù)的最高位表示符號位，且用0 0表示正數(shù)，表示正數(shù)，用用1 1表示負(fù)數(shù)。其余部分表示負(fù)數(shù)。其余部分用原碼的形式表示用原碼的形式表示數(shù)值位。數(shù)值位。有符號的二進(jìn)制數(shù)表示有符號的二進(jìn)制數(shù)表示 : :(+11)D =(0 1011) B( 11)D =(1 1011) B1. 1. 二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼表示二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼表示二進(jìn)制數(shù)為正數(shù)時二進(jìn)制數(shù)為正數(shù)時其補(bǔ)碼、反碼與原碼相同其補(bǔ)碼、反碼與原碼相同將原碼的數(shù)值位逐位求反，將原碼的數(shù)值位逐位求反，然后在最低位加然后在最低

25、位加1 1得到補(bǔ)碼得到補(bǔ)碼二進(jìn)制數(shù)為負(fù)數(shù)時二進(jìn)制數(shù)為負(fù)數(shù)時 此外，應(yīng)注意： n 位字長的二進(jìn)制原碼、反碼、補(bǔ)碼所表示的數(shù)值范圍是： 原碼： ) 12(1n) 12(1n 反碼： ) 12(1n) 12(1n 補(bǔ)碼： 12n) 12(1n （不含-0） 例如，4 位字長的原碼、反碼其數(shù)值表示范圍均為-7+7，而補(bǔ)碼的范圍則為-8+7 減法運(yùn)算的原理減法運(yùn)算的原理: :減去一個正數(shù)相當(dāng)于加上一個負(fù)數(shù)減去一個正數(shù)相當(dāng)于加上一個負(fù)數(shù)A B=A+( B)，對，對( B)求補(bǔ)碼，然后進(jìn)行加法運(yùn)算。求補(bǔ)碼，然后進(jìn)行加法運(yùn)算。2. 2. 二進(jìn)制補(bǔ)碼的減法運(yùn)算二進(jìn)制補(bǔ)碼的減法運(yùn)算采用補(bǔ)碼進(jìn)行加、減法運(yùn)算的步驟如

26、下：采用補(bǔ)碼進(jìn)行加、減法運(yùn)算的步驟如下：（1 1）根據(jù)）根據(jù)X XY Y補(bǔ)補(bǔ)= =X X補(bǔ)補(bǔ)+ +Y Y補(bǔ)補(bǔ)，分別，分別求出求出X X補(bǔ)補(bǔ)、Y Y補(bǔ)補(bǔ)和和X+YX+Y補(bǔ)補(bǔ)。（2 2）補(bǔ)碼相加時，）補(bǔ)碼相加時，符號位參與運(yùn)算符號位參與運(yùn)算，若符號位，若符號位有進(jìn)位，則自動舍去。有進(jìn)位，則自動舍去。（3 3）根據(jù)）根據(jù)X XY Y補(bǔ)補(bǔ)的結(jié)果求出的結(jié)果求出X XY Y原原，進(jìn)而求出進(jìn)而求出X XY Y的結(jié)果。的結(jié)果?！纠吭囉?4 位字長的二進(jìn)制補(bǔ)碼完成下列運(yùn)算 7-5 3-4 解： 01117補(bǔ) 10115補(bǔ) 00113補(bǔ) 11004補(bǔ) 補(bǔ)7+補(bǔ)5為 3補(bǔ)+-4補(bǔ)為 必須指出，兩個補(bǔ)碼相加時，如果

27、產(chǎn)生的和超出了有效數(shù)字位所表示的范圍，則計算結(jié)果會出錯，之所以發(fā)生錯誤是因為計算結(jié)果產(chǎn)生了溢出，解決的辦法是擴(kuò)大字長。 11114343補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)100143原即，符號位為1 故 341 例例1.3.8 試用試用4位二進(jìn)制補(bǔ)碼計算位二進(jìn)制補(bǔ)碼計算5+7。3. 3. 溢出溢出解決溢出的辦法解決溢出的辦法: :進(jìn)行位擴(kuò)展進(jìn)行位擴(kuò)展. .解：因為解：因為(5+7)補(bǔ)補(bǔ)=(5)補(bǔ)補(bǔ)+(7) 補(bǔ)補(bǔ)=0101+0111=11004. 4. 溢出的判別溢出的判別73)4 1 1 10011000010 86)2 0001001100100 1 0 1 1+ 1 1 0 11 1 0 0 0- 5+ ) - 3-

28、 896)3 11 10101011011 當(dāng)方框中的進(jìn)位位與和數(shù)的符當(dāng)方框中的進(jìn)位位與和數(shù)的符號位（即號位（即b3位）相反時，則運(yùn)位）相反時，則運(yùn)算結(jié)果是錯誤的，產(chǎn)生溢出。算結(jié)果是錯誤的，產(chǎn)生溢出。END1.41.4二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼1.4.1 二二-十進(jìn)制碼十進(jìn)制碼1.4.2 格雷碼格雷碼1.4.3 ASCII碼碼1.41.4二進(jìn)代碼二進(jìn)代碼1.編碼編碼：把若干個：把若干個0和和1按一定規(guī)律編排在一起，組成不按一定規(guī)律編排在一起，組成不 同的代碼，并且賦予每個代碼以固定的含義。同的代碼，并且賦予每個代碼以固定的含義。 用用n位二進(jìn)制代碼可以表達(dá)位二進(jìn)制代碼可以表達(dá)2n個不同的信號個不同的

29、信號 需要編碼的信息有需要編碼的信息有N項，則項，則2n NA.每一組代碼都可以看作是一個包含特定含義的符號，每一組代碼都可以看作是一個包含特定含義的符號，各組代碼之間以及每組代碼內(nèi)部各位之間沒有一定的數(shù)各組代碼之間以及每組代碼內(nèi)部各位之間沒有一定的數(shù)值進(jìn)位關(guān)系。值進(jìn)位關(guān)系。B.信息與代碼間的對應(yīng)關(guān)系完全是人為規(guī)定的，可以任信息與代碼間的對應(yīng)關(guān)系完全是人為規(guī)定的，可以任意編，但在制定編碼時，應(yīng)該使編碼順序有一定的規(guī)律意編，但在制定編碼時，應(yīng)該使編碼順序有一定的規(guī)律可循?？裳＞幹拼a所要編制代碼所要遵循的規(guī)則遵循的規(guī)則碼碼 制制1.4.1 二二-十進(jìn)制碼（十進(jìn)制碼（BCD碼）碼） 用用4位二進(jìn)

30、制編碼表示十進(jìn)制的位二進(jìn)制編碼表示十進(jìn)制的0-9十個數(shù)碼。十個數(shù)碼。 由于由于4位二進(jìn)制碼可以表示位二進(jìn)制碼可以表示24=16種信號，所以在種信號，所以在表示表示0-9這十個數(shù)碼時就有不同的組合，即不同的這十個數(shù)碼時就有不同的組合，即不同的編碼方式：編碼方式： 8421BCD碼碼 2421BCD碼碼 5421BCD碼碼 余余3碼：碼：8421BCD碼碼+0011有權(quán)碼有權(quán)碼 余碼的特點余碼的特點:當(dāng)兩個十進(jìn)制的和是當(dāng)兩個十進(jìn)制的和是10時，相應(yīng)的二時，相應(yīng)的二進(jìn)制正好是進(jìn)制正好是16，于是可自動產(chǎn)生進(jìn)位信號，于是可自動產(chǎn)生進(jìn)位信號,而不需修而不需修正正.0和和9, 1和和8,.6和和4的余碼互

31、為反碼的余碼互為反碼,這對在求對這對在求對于于10的補(bǔ)碼很方便。的補(bǔ)碼很方便。余余3碼循環(huán)碼碼循環(huán)碼：相鄰的兩個代碼之間僅一位的狀態(tài)不同。：相鄰的兩個代碼之間僅一位的狀態(tài)不同。按余按余3碼循環(huán)碼組成計數(shù)器時，每次轉(zhuǎn)換過程只有一個碼循環(huán)碼組成計數(shù)器時，每次轉(zhuǎn)換過程只有一個觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，譯碼時不會發(fā)生競爭冒險現(xiàn)象。觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，譯碼時不會發(fā)生競爭冒險現(xiàn)象。十進(jìn)制數(shù)碼十進(jìn)制數(shù)碼8421碼碼2421 碼碼5421 碼碼余余3碼碼余余3循環(huán)碼循環(huán)碼000000000000000110010100010001000101000110200100010001001010111300110011001101100

32、101401000100010001110100501011011100010001100601101100100110011101701111101101010101111810001110101110111110910011111110011001010有權(quán)碼有權(quán)碼無權(quán)碼無權(quán)碼 01118421BCD( )D 7=11214180+= 求求BCD代碼表示的十進(jìn)制數(shù)代碼表示的十進(jìn)制數(shù)2421BCDD11011 2+2 4+1 1= (7) 對于有權(quán)對于有權(quán)BCD碼，可以根據(jù)位權(quán)碼，可以根據(jù)位權(quán)展開求得所代表的十進(jìn)制數(shù)展開求得所代表的十進(jìn)制數(shù)對于一個多位的十進(jìn)制數(shù)，需要有與十對于一個多位的十進(jìn)

33、制數(shù)，需要有與十進(jìn)制位數(shù)相同的幾組進(jìn)制位數(shù)相同的幾組BCD代碼來表示。代碼來表示。 104635 8421BCD 108632 2421BCD463.5= 0100 0110 0011. 0101863.2= 1110 1100 0011. 0010不能省略！不能省略！不能省略！不能省略！例：求十進(jìn)制數(shù)例：求十進(jìn)制數(shù)876876的的8421BCD8421BCD碼碼8421例：求十進(jìn)制數(shù)例：求十進(jìn)制數(shù)876876的余的余3 3碼碼 876876D D = = （1011 1010 10011011 1010 1001）余余3 3碼碼876876D D = 1101101100 = 1101101

34、100B B=36C=36CH H876876D D = = （1000 0111 01101000 0111 0110）8421BCD8421BCD 1.4.2 1.4.2 格雷碼格雷碼格雷碼是一種無權(quán)碼格雷碼是一種無權(quán)碼二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼格雷格雷 碼碼二進(jìn)制二進(jìn)制 碼碼格雷碼格雷碼00000000100011000001000110011101001000111010111100110010101111100100011011001010010101111101101101100101111010010111010011111000編碼特點編碼特點：任何兩個相鄰代碼之間僅有一位不同。任何兩個

35、相鄰代碼之間僅有一位不同。該特點常用于模擬量的轉(zhuǎn)換該特點常用于模擬量的轉(zhuǎn)換 Gray Gray碼的特性有很重要的意義。例如，兩個相鄰碼的特性有很重要的意義。例如，兩個相鄰的十進(jìn)制數(shù)的十進(jìn)制數(shù)1313和和1414相應(yīng)的二進(jìn)制碼為相應(yīng)的二進(jìn)制碼為11011101和和11101110，在用二進(jìn)制數(shù)作加在用二進(jìn)制數(shù)作加1 1計數(shù)時，如果從計數(shù)時，如果從1313變?yōu)樽優(yōu)?414，則二，則二進(jìn)制碼的最低兩位都要改變，但實際上兩位改變不可進(jìn)制碼的最低兩位都要改變，但實際上兩位改變不可能同時發(fā)生，若最低位先置能同時發(fā)生，若最低位先置0 0，然后次低位再置，然后次低位再置1 1，則中間會出現(xiàn)則中間會出現(xiàn)1101

36、11001110110111001110，即出現(xiàn)暫短的誤，即出現(xiàn)暫短的誤碼碼11001100，而，而GrayGray碼只有一位變化，因而杜絕了出現(xiàn)碼只有一位變化，因而杜絕了出現(xiàn)這種錯誤的可能。這種錯誤的可能。1.4.3 ASCII 碼碼即美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。即美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。 它共有它共有128個代碼，可以表示大、小寫英文字母、個代碼，可以表示大、小寫英文字母、十進(jìn)制數(shù)、標(biāo)點符號、運(yùn)算符號、控制符號等，普遍十進(jìn)制數(shù)、標(biāo)點符號、運(yùn)算符號、控制符號等，普遍用于計算機(jī)的鍵盤指令輸入和數(shù)據(jù)等。用于計算機(jī)的鍵盤指令輸入和數(shù)據(jù)等。字符編碼，用字符編碼，用7位二進(jìn)位二進(jìn)制碼來表示制碼來表示128個符號個

37、符號ASCIIAmerican Standard Code for Information Interchange END1.5 1.5 二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算* *邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算: : 當(dāng)當(dāng)0 0和和1 1表示邏輯狀態(tài)時，兩個二進(jìn)制數(shù)碼表示邏輯狀態(tài)時，兩個二進(jìn)制數(shù)碼按照某種特定的因果關(guān)系進(jìn)行的運(yùn)算。按照某種特定的因果關(guān)系進(jìn)行的運(yùn)算。邏輯運(yùn)算使用的數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算使用的數(shù)學(xué)工具是工具是邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)。與、或、非三種基本的邏輯運(yùn)算與、或、非三種基本的邏輯運(yùn)算* * 邏輯代數(shù)與普通代數(shù)的區(qū)別邏輯代數(shù)與普通代數(shù)的區(qū)別! !邏輯運(yùn)算的描述方式邏輯運(yùn)算的描述方式邏輯代數(shù)表達(dá)

38、式邏輯代數(shù)表達(dá)式真值表真值表邏輯圖邏輯圖卡諾圖卡諾圖波形圖波形圖硬件描述語言硬件描述語言（HDL）基本邏輯關(guān)系基本邏輯關(guān)系 與與 ( and ) 或或 (or ) 非非 ( not )基本邏輯運(yùn)算基本邏輯運(yùn)算S1S2燈燈電源電源與運(yùn)算與運(yùn)算 只有當(dāng)決定某一事件的條件全部具備時，只有當(dāng)決定某一事件的條件全部具備時，這一事件才會發(fā)生。這種因果關(guān)系稱為與邏輯關(guān)系。這一事件才會發(fā)生。這種因果關(guān)系稱為與邏輯關(guān)系。與邏輯舉例與邏輯舉例 電路狀態(tài)表電路狀態(tài)表 邏輯真值邏輯真值表表A BL001010110001與邏輯符號與邏輯符號ABLS1S2燈燈電源電源ABL& &與邏輯表達(dá)式：與邏輯表達(dá)式：L = A

39、= AB 真值表特點真值表特點: 任任0 則則0, 全全1則則1、或運(yùn)算、或運(yùn)算S1燈燈電源電源S2 或邏輯舉例或邏輯舉例 電路狀態(tài)表電路狀態(tài)表 只要在決定某一事件的各種條件中，只要在決定某一事件的各種條件中，有一個或幾個條件具備時，這一事件就會發(fā)生。這有一個或幾個條件具備時，這一事件就會發(fā)生。這種因果關(guān)系稱為種因果關(guān)系稱為或邏輯關(guān)系或邏輯關(guān)系。 邏輯真值表邏輯真值表A BL001010110111ABL或邏輯符號或邏輯符號ABL11或邏輯表達(dá)式：或邏輯表達(dá)式：L = A + +特點特點:任任1 則則1, 全全0則則0非邏輯舉例狀態(tài)表非邏輯舉例狀態(tài)表A燈燈不通電不通電亮亮通電通電滅滅3. 3.

40、 非運(yùn)算非運(yùn)算 事件發(fā)生的條件具備時，事件不會發(fā)生；事件發(fā)生的條件具備時，事件不會發(fā)生；事件發(fā)生的條件不具備時，事件發(fā)生。這種因果關(guān)系事件發(fā)生的條件不具備時，事件發(fā)生。這種因果關(guān)系稱為稱為非邏輯關(guān)系。非邏輯關(guān)系。 非邏輯舉例非邏輯舉例AVNC 燈燈AL011 非邏輯真值表非邏輯真值表0AL非邏輯符號非邏輯符號AL1 1非邏輯表達(dá)式：非邏輯表達(dá)式：L = A特點特點: 1則則0, 0則則1 兩輸入變量兩輸入變量與非邏輯真值表與非邏輯真值表ABL001010111110ABL與非邏輯符號與非邏輯符號4. 4. 幾種常用復(fù)合邏輯運(yùn)算幾種常用復(fù)合邏輯運(yùn)算1 1）與非運(yùn)算）與非運(yùn)算ABL&與非邏輯表達(dá)式

41、：與非邏輯表達(dá)式：L = AB2 2）或非運(yùn)算）或非運(yùn)算 兩輸入變量兩輸入變量或非邏輯真值表或非邏輯真值表ABL001010111000或非邏輯符號或非邏輯符號ABL1ABL或非邏輯表達(dá)式：或非邏輯表達(dá)式：L = A+B3 3）異或運(yùn)算）異或運(yùn)算若兩個輸入變量的值相異，若兩個輸入變量的值相異，輸出為輸出為1 1，否則為，否則為0 0。 異或邏輯真值表異或邏輯真值表ABL001010110110異或邏輯符號異或邏輯符號ABL=1=1ABL異或邏輯表達(dá)式：異或邏輯表達(dá)式：L = AB = AB+AB 4 4）同或運(yùn)算）同或運(yùn)算若兩個輸入變量的值相同，若兩個輸入變量的值相同，輸出為輸出為1 1，否則

42、為，否則為0 0。 異或邏輯真值表異或邏輯真值表ABL001010111001同或邏輯符號同或邏輯符號ABL= =同或邏輯表達(dá)式：同或邏輯表達(dá)式：L = AB = AB+ ABABLCDABY Y 1 & A B C D 與與或或非非門門的的邏邏輯輯符符號號 A B C D & & 1 Y 與與或或非非門門的的等等效效電電路路 5 5）與或非運(yùn)算）與或非運(yùn)算門電路是實現(xiàn)一定邏輯關(guān)系的電路。門電路是實現(xiàn)一定邏輯關(guān)系的電路。類型類型: :與門、或門、非門、與非門、或非與門、或門、非門、與非門、或非 門、異或門、同或門門、異或門、同或門 1 1、用二極管、三極管實現(xiàn)、用二極管、三極管實現(xiàn)2 2、數(shù)字

43、集成電路、數(shù)字集成電路( (大量使用大量使用) ) 1) TTL 1) TTL集成門電路集成門電路 2) MOS2) MOS集成門電路集成門電路 實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法: :門電路小結(jié)門電路小結(jié)門電路門電路小結(jié)小結(jié)門電路門電路 符號符號 表示式表示式與門與門& &A AB BY YA AB BY Y11或門或門非門非門1 1Y YA AY=ABY=ABY=A+BY=A+BY= AY= A與非門與非門& &A AB BY YY= ABY= AB或非門或非門A AB BY Y11Y= A+BY= A+B異或門異或門=1=1A AB BY YY= AY= A B BEnd邏輯運(yùn)算的描述方式邏輯運(yùn)算的描述方

44、式邏輯代數(shù)表達(dá)式邏輯代數(shù)表達(dá)式真值表真值表邏輯圖邏輯圖卡諾圖卡諾圖波形圖波形圖硬件描述語言硬件描述語言（HDL）1.61.6邏輯函數(shù)的建立及其表示方法邏輯函數(shù)的建立及其表示方法abcdAB樓道燈開關(guān)示意圖樓道燈開關(guān)示意圖1. 1. 真值表表示真值表表示開關(guān)開關(guān) A燈燈下下下下上上下下上上下下上上上上亮亮滅滅滅滅亮亮開關(guān)開關(guān) B開關(guān)狀態(tài)表開關(guān)狀態(tài)表邏輯抽象，列出真值表邏輯抽象，列出真值表 邏輯真值表邏輯真值表ABL001100010111A、B: 向上向上1 向下向下-0 L : 亮亮-1; 滅滅-0確定變量、函數(shù)，并賦值確定變量、函數(shù)，并賦值開關(guān)開關(guān): : 變量變量 A、B 燈燈 : : 函數(shù)函數(shù) L開關(guān)開關(guān) A燈燈下下下下上上下下上上下下上上上上亮亮滅滅滅滅亮亮開關(guān)開關(guān) B開關(guān)狀態(tài)表開關(guān)狀態(tài)表2 2、邏輯函數(shù)表達(dá)式表示、邏輯函數(shù)表達(dá)式表示ABBAL 用與、或、非等運(yùn)算組合起來，表示邏輯用與、或、非等運(yùn)算組合起來，表示邏輯函數(shù)與邏輯變量之間關(guān)系的函數(shù)與邏輯變量之間關(guān)系的邏輯代數(shù)式邏輯代數(shù)式。 邏輯真值表邏輯真值表AB