模擬電路與數(shù)字電路

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模擬電路與數(shù)字電路(北京航空航天大學(xué)課堂PPT)

《數(shù)字電路》

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第8章數(shù)字規(guī)律基礎(chǔ)數(shù)字技術(shù)——進入數(shù)字化世界的基礎(chǔ)知識計算機硬件系列課第一門計算機組成的物理實現(xiàn)

數(shù)字電路——研究數(shù)值的規(guī)律加工和運算的電路

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數(shù)字技術(shù)與系統(tǒng)現(xiàn)實世界中兩大系統(tǒng)：模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)電子數(shù)字計算機是最典型的數(shù)字系統(tǒng)模擬量經(jīng)采樣、量化可轉(zhuǎn)換為數(shù)字量在數(shù)字系統(tǒng)中進行處理數(shù)字系統(tǒng)的特點：便于加工、處理、傳輸、存儲等，可靠，抗干擾能力強。

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―數(shù)字技術(shù)〞在硬件系列課程中的位置

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機組成原理數(shù)字電子技術(shù)

計算機系統(tǒng)的軟硬件功能分派計算機組成的物理實現(xiàn)

計算機系統(tǒng)的規(guī)律實現(xiàn)

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學(xué)習(xí)數(shù)字規(guī)律電路的設(shè)計、分析和實現(xiàn)學(xué)習(xí)數(shù)字規(guī)律電路的設(shè)計、分析，要借助于邏

輯代數(shù)這一數(shù)字工具。我們講授規(guī)律代數(shù)中有關(guān)二值運算的公式、運算及定律及其在數(shù)字邏輯電路的應(yīng)用實現(xiàn)規(guī)律電路，目前可用：

1、中小規(guī)模規(guī)律集成電路2、可編程規(guī)律器件(PLD)3、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)

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學(xué)習(xí)數(shù)字規(guī)律電路的設(shè)計、分析和實現(xiàn)通過學(xué)習(xí)在計算機系統(tǒng)中用到的典型規(guī)律電路的設(shè)計分析，達到：1、把握在規(guī)律設(shè)計中設(shè)計和分析的基本方法。2、把握在規(guī)律設(shè)計中應(yīng)當注意的問題3、把握在計算機系統(tǒng)中常用IC器件的性能及設(shè)計方法。

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數(shù)字電路的特點(1)數(shù)字電路中的信號在時間上是離散的脈沖信號，而模擬電路中的信號是隨時間連續(xù)變化的信號。(2)數(shù)字電路所研究的是電路的輸入輸出之間的邏輯關(guān)系，而模擬電路則是研究電路的輸入輸出之間的大小相位等問題。

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數(shù)字電路的特點(3)在兩種電路中，晶體管的工作狀態(tài)不同。數(shù)字電路中晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，也就是交替地工作在飽和與截止兩種狀態(tài)，而

在模擬電路中晶體管多工作在放大狀態(tài)。(4)數(shù)字電路采用二進制，主要分析工具是邏輯代數(shù)，而模擬電路采用十進制，主要分析工具是普通代數(shù)。

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數(shù)字電路的分類按電路組成結(jié)構(gòu)分立元件

集成電路小規(guī)模集成電路集成電路中規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路

超大規(guī)模集成電路

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數(shù)字電路的分類雙極型電路(TTL)

按電路所用器件單極型電路(CMOS)

組合規(guī)律電路按電路規(guī)律功能{時序規(guī)律電路

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8—1一、數(shù)制1.十進制

數(shù)制與碼制

在十進制數(shù)中，每一位有0—9十個數(shù)碼。計數(shù)規(guī)律：逢十進一。任意一個十進制數(shù)(S)10可以表示為(S)10=kn-110n-1+kn-210n-2+...+k0100+k-110-1+...+k-m10-m=Ki10ii=n–1–m

其中，ki:0~9十個數(shù)碼中的任意一個m、n:正整數(shù)，n為

整數(shù)位數(shù)，m為小數(shù)位數(shù)10:十進制的基數(shù)10i:稱為第i位的權(quán)(2023.9)10=2103十0102十0101十1100十910-1

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2.二進制在二進制數(shù)中，每一位僅有0、1兩個數(shù)碼。計數(shù)規(guī)律：逢二進一。任意一個二進制數(shù)可以表示為(S)2=kn-12n-1+kn-22n-2+...+k020+k-12-1+k-22-2+...+k-m2-m=Ki2ii=n–1–m

其中，ki:只能取0或1m、n:正整數(shù)，n為整數(shù)位數(shù)，m為小數(shù)位數(shù)2:二進制的基數(shù)2i:稱為第i位的權(quán)(101.101)2=122十021十120十12-1十02-2十12-3

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3.八進制

在八進制數(shù)中，每一位有0~7八個數(shù)碼。計數(shù)規(guī)律：逢八進一。任意一個八進制數(shù)可以表示為(S)8=kn-18n-1+kn-28n-2+...+k080+k-18-1+k-28-2+...+k-m8-m=Ki8ii=n–1–m

其中，ki:0~7八個數(shù)碼中的任意一個m、n:正整數(shù)，n為整數(shù)位數(shù)，m為小數(shù)位數(shù)8:八進制的基數(shù)8i:稱為第i位的權(quán)

(67.73)8=681十780十78-1十38-2

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4.十六進制在十六進制數(shù)中，每一位有0~9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)十六個數(shù)碼。計數(shù)規(guī)律：逢十六進一。任意一個十六進制數(shù)可以表示為(S)16=kn-116n-1+kn-216n-2+...+k0160+k-116-1+k-216-2+...+k-m16-m=Ki16ii=n–1–m

其中，ki:0~9、A、B、C、D、E、F十六個數(shù)碼中的任意一個。m、n:正整數(shù)，n為整數(shù)位數(shù)，m為小數(shù)位數(shù)。16:十六進制的基數(shù)；16i:稱為第i位的權(quán)(8AE6)16=8163十A162十E161十6160

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5、不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換①十進制二進制、八進制、十六進制十進制整數(shù)轉(zhuǎn)化成二進制數(shù)時，按除2取余方法進行十進制整數(shù)轉(zhuǎn)化成八進制數(shù)時，按除8取余方法進行十進制整數(shù)轉(zhuǎn)化成十六進制數(shù)時，按除16取余方法進十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)時，按乘2取整的方法進行。十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)時，按乘8取整的方法進行。十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制小數(shù)時，按乘16取整的方法進行。(0.8125)10=(0.1101)2(725)10=(1011010101)2(0.8125)10=(0.64)8(725)10=(1325)8(0.8125)10=(0.CF)16(725)10=(2D5)16

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②二進制、八進制、十六進制轉(zhuǎn)換成十進制二進制、八進制或十六進制轉(zhuǎn)換成等值的十進制數(shù)時，可按權(quán)相加的方法進行。(1011.01)2=123十022十121十120十02-1十12-2=8+0+2+1+0+0.25=(11.25)10(167)8=182十681+780=64+48+7=(119)10

(2A.7F)16=2161十10160十716-1十1516-2=(42.4960937)10

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③八進制、十六進制與二進制數(shù)的轉(zhuǎn)換一位八進制數(shù)表示的數(shù)值恰好相當于三位二進制數(shù)表示的數(shù)值。一位十六進制數(shù)表示的數(shù)值恰好相當于四位二進制數(shù)表示的數(shù)值。因此彼此之間的轉(zhuǎn)換極為便利：只要從小數(shù)點開始，分別向左右展開。

(67.731)8=(110111.111011001)2(3AB4)16=(0011101010110100)2

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二、

編碼X1=0.1101011(機器數(shù))符號位X2=1.1011011(機器數(shù))二進制數(shù)的編碼

(一)、帶符號的二進制數(shù)的編碼

X1=+0.1101011(真值)X2=–0.1011011(真值)二進制數(shù)

在數(shù)字系統(tǒng)中，表示機器數(shù)的方法好多，常用的有原碼、反碼和補碼。

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1、原碼當X