數(shù)字邏輯基礎衛(wèi)朝霞版.ppt

1 一 課程簡介 1 課程性質(zhì)2 課程任務3 課程要求 2 第1章數(shù)制邏輯基礎 第2章邏輯代數(shù)基礎 第3章組合邏輯電路 第4章觸發(fā)器 第5章時序邏輯電路 第6章邏輯門電路 第7章半導體存儲器與可編程器件 二 本課程講授內(nèi)容 3 三 實驗 1 實驗學時 15學時 本 9學時 專 2 實驗地點 第二實驗大樓5樓3 實驗時間 待通知實驗內(nèi)容 教材內(nèi)容實驗要求 按時書寫并提交實驗報告 4 四 進一步學習方向 1 學習電子設計自動化 EDA 軟件 如 DataI O公司的SynarioAltera公司的Max plusII和QuartusII2 學習硬件描述語言 HDL 如 VHDL VerilogHDL AHDL 5 五 期末成績評定 1 平時出勤 上課討論 提問 作業(yè) 實驗 期中考試等為50分 2 期末考試卷面成績?yōu)?0分 6 六 參考書 1 電子技術基礎 數(shù)字部分 康華光 高等教育出版社2 數(shù)字邏輯 武慶生 機械工業(yè)出版社3 可編程邏輯器件與VHDL語言 程云長 科學出版社4 數(shù)字電路與邏輯設計 謝生斌 清華大學出版社 7 第1章數(shù)字邏輯基礎 8 1 1概述 1 2數(shù)制及其轉換 1 3帶符號數(shù)的代碼表示 1 4編碼 主要內(nèi)容 9 1 1概述 1 1 1數(shù)字邏輯研究的對象及方法1 1 2數(shù)字邏輯的應用與發(fā)展 10 1 1 1數(shù)字邏輯研究的對象及方法 模擬信號 在時間上和幅度上連續(xù)變化的信號 數(shù)字信號 在時間上和幅度上不連續(xù) 即離散 的信號 u u 模擬信號波形 數(shù)字信號波形 t t 對模擬信號進行傳輸 處理的電子線路稱為模擬電路 對數(shù)字信號進行傳輸 處理的電子線路稱為數(shù)字電路 11 數(shù)字電路的特點 研究邏輯關系 可采用邏輯代數(shù)進行分析 變量 0 和 1 表示完全對立的邏輯狀態(tài) 而無數(shù)值大小關系 由半導體器件構成 易集成化 對元件的精度要求低 有一定的邏輯運算能力 不僅可以對信號進行算術運算 而且還能夠進行邏輯判斷 具有體積小 重量輕 可靠性高 抗干擾能力強 集成化程度高 價格低廉等優(yōu)點 12 1 1 2數(shù)字邏輯的應用與發(fā)展 分類按集成度不同按半導體器件不同雙極型 TTL型 電路和單極型 CMOS型 電路 按工作原理不同組合邏輯電路和時序邏輯電路 13 1 2數(shù)制及其轉換 1 2 1進位計數(shù)制1 2 2數(shù)制轉換 14 1 2 1進位計數(shù)制 1 十進制一組數(shù)碼 用來表示某種進制的符號 如0 1 2 3 基數(shù) 數(shù)制所用的不同數(shù)碼的個數(shù) 如十進制的基數(shù)是10 加法時 逢十進一 減法時 退十當一 若用R表示 稱為R進制 規(guī)律為做加法時 逢R進一 做減法時 退一當R 位權 表示不同位置上的權值 某個數(shù)位上的數(shù)值等于該位數(shù)碼乘以該位權值 15 任何一個十進制數(shù)N的權展開式 其中 括號外下標為十進制的基數(shù)10 n代表整數(shù)位數(shù) m代表小數(shù)位數(shù) Ki代表0 1 2 9十個數(shù)字符號中的任何一個 16 基數(shù)為R的進位計數(shù)制的特點 有R個有序數(shù)字符號 0 1 2 R 1 遵循加法時 逢R進一 減法時 退R當一 的計數(shù)規(guī)則 任何一個R進制數(shù)N都可以表示為 17 2 二進制只有 0 和 1 兩個數(shù)碼 計數(shù)規(guī)律 逢2進1 借1當2 優(yōu)點 表示簡單可靠 所用元器件少 存儲傳輸方便 運算規(guī)則簡單 電路容易實現(xiàn)和控制 任意一個二進制數(shù)N都可以表示為 18 3 八進制有0 7八個數(shù)碼 計數(shù)規(guī)律 逢8進1 借1當8 任意一個八進制數(shù)N可以表示為 4 十六進制有0 9 A F十六個數(shù)碼 計數(shù)規(guī)律 逢16進1 借1當16 任意一個十六進制數(shù)N可以表示為 19 1 2 2數(shù)制轉換 1 R進制數(shù)轉換為十進制數(shù)按權展開法 每一位上的數(shù)碼與其位權的乘積之和 20 例1 1 寫出 11101 1 2 152 7 8 A12 1 16對應的十進制數(shù) 解 21 2 十進制轉換為R進制 整數(shù)部分的轉換 基數(shù)連除法規(guī)則 除基取余 商零為止 先得到的余數(shù)為低位 后得到的余數(shù)為高位 規(guī)則 乘基取整 滿足精度要求為止 先得到的整數(shù)為高位 后得到的整數(shù)為低位 小數(shù)部分的轉換 基數(shù)連乘法 22 例1 2 將 29 25 10轉換成二進制數(shù) 解 29 25 10 11101 01 2 23 3 二 八進制轉換 23 8 1 二進制數(shù)轉換為八進制數(shù) 例1 3 將 1110100110 1011 2轉換為八進制數(shù) 解 1110100110 1011 2 001110100110 101100 2 1646 54 8 所以 1110100110 1011 2 1646 54 8 24 2 八進制轉換為二進制 例1 4 將 5321 46 8轉換為二進制數(shù) 解 5321 46 8 101011010001 100110 2所以 5321 46 8 101011010001 100110 2 25 4 二 十六進制轉換 24 16 1 二進制數(shù)轉換為十六進制數(shù) 例1 5 將 1110100110 1011 2轉換為十六進制數(shù) 解 1110100110 10101 2 001110100110 10101000 2 3A6 A8 16 26 2 十六進制轉換為二進制 例1 6 將 5B21 4F 16轉換為二進制數(shù) 解 5B21 4F 16所以 5B21 4F 16 0101101100100001 01001111 2 27 5 八 十六進制轉換以二進制為橋梁 28 1 3帶符號數(shù)的代碼表示 1 3 1原碼1 3 2反碼1 3 3補碼1 3 4浮點數(shù)的表示 29 符號數(shù) 真值 在數(shù)值前加 號表示正數(shù) 在數(shù)值前加 號表示負數(shù) 機器數(shù) 把符號數(shù)值化的表示方法 用 0 表示正數(shù) 用 1 表示負數(shù) 例 真值機器數(shù) 9 100101001 9 100111001 30 1 3 1原碼 1 原碼表示法 數(shù)值位用絕對值表示 符號位用 0 表示正號 用 1 表示負號 1 定點小數(shù) 例1 7 若X1 0 1101 X2 0 1101 則有 X1 原 0 1101 X2 原 1 1101 31 2 定點整數(shù) 例1 8 若X1 1101 X2 1101 則有 五位字長的 X1 原 01101 X2 原 11101 八位字長的 X1 原 00001101 X2 原 10001101 32 原碼特點 1 最高位為符號位 正數(shù)為 0 負數(shù)為 1 數(shù)值位與真值一樣 保持不變 2 0 的原碼表示有兩種不同的表示形式 例 0 原 00000000 0 原 10000000 3 原碼容易理解 與代數(shù)中正負數(shù)的表示接近 乘除運算比較方便 但是加減運算規(guī)則復雜 33 2 原碼運算規(guī)則如下 判斷被加數(shù)和加數(shù)的符號是同號還是異號 若是同號 將兩數(shù)相加 結果的符號與被加數(shù)的符號一致 若是異號 先比較兩數(shù)絕對值 數(shù)值 的大小 然后用大數(shù)值減去小數(shù)值 結果的符號與大數(shù)值的符號一致 34 例1 9 若 X1 原 01101 X2 原 11001 用原碼運算求X1 X2 解 因為X1為正數(shù) X2為負數(shù) 異號 所以先比較兩者絕對值 數(shù)值 的大小 X1 1101 X2 1001 X1 X2 再用大數(shù)減去小數(shù) X1 X2 1101 1001 0100 最后判斷結果的符號 與X1一致 為正 因此 X1 X2 原 00100 35 1 3 2反碼 1 反碼表示法 符號位用 0 表示正號 用 1 表示負號 正數(shù)的反碼數(shù)值位與真值的數(shù)值位相同 負數(shù)的反碼數(shù)值位是將真值各位按位取反 0 變成 1 1 變成 0 得到 36 1 定點小數(shù) 例1 10 若X1 0 1101 X2 0 1101 則有 X1 反 0 1101 X2 反 1 0010 37 2 定點整數(shù) 例1 11 若X1 1101 X2 1101 則有 五位字長的 X1 反 01101 X2 反 10010 八位字長的 X1 反 00001101 X2 反 11110010 38 2 反碼運算反碼運算規(guī)則如下 X1 X2 反 X1 反 X2 反 X1 X2 反 X1 反 X2 反將 X 反變?yōu)?X 反的方法 符號位連同數(shù)值位一起變反 39 例1 12 若X1 1101 X2 0010 用反碼運算求X1 X2和X1 X2 解 X1 反 01101 X2 反 11101 X2 反 00010 X1 X2 反 X1 反 X2 反 01101 11101 01011 X1 X2 反 X1 反 X2 反 01101 00010 01111 40 1 3 3補碼 1 補碼表示法 符號位用 0 表示正號 用 1 表示負號 正數(shù)補碼的數(shù)值位與真值的數(shù)值位相同 負數(shù)補碼的數(shù)值位是將真值各位按位取反 0 變成 1 1 變成 0 后 最低位加1得到 41 1 定點小數(shù) 例1 13 若X1 0 1101 X2 0 1101 則有 X1 補 0 1101 X2 補 1 0011 42 2 定點整數(shù) 例1 14 若X1 1101 X2 1101 則有 五位字長的 X1 補 01101 X2 補 10011 八位字長的 X1 補 00001101 X2 補 11110011 43 2 補碼運算補碼運算規(guī)則如下 X1 X2 補 X1 補 X2 補 X1 X2 補 X1 補 X2 補將 X 補變?yōu)?X 補的方法 符號位連同數(shù)值位一起變反 末位加1 44 例1 15 若X1 1101 X2 0010 用補碼運算求X1 X2和X1 X2 解 X1 補 01101 X2 補 11110 X2 補 00010 X1 X2 補 X1 補 X2 補 01101 11110 01011 X1 X2 補 X1 補 X2 補 01101 00010 01111 45 1 3 4浮點數(shù)的表示 1 浮點數(shù)的形式定點數(shù) 數(shù)的小數(shù)點位置固定不變 常表示整數(shù) 浮點數(shù) 數(shù)的小數(shù)點位置不固定 常表示實數(shù) 二進制所表示的浮點數(shù)的一般形式M S 2P其中S是數(shù)M的尾數(shù) 表示數(shù)的精度 P是數(shù)M的階碼 確定了小數(shù)點的位置 表示數(shù)的范圍 46 2 浮點數(shù)的運算 1 加減運算步驟如下 1 判斷操作數(shù)中是否有零存在 2 對階 一般來說 以大的階碼為準 調(diào)整小的階碼直到二者相等 3 階碼對齊后 尾數(shù)進行加 減運算 4 若運算后的結果不符合規(guī)格化約定 需要對尾數(shù)移位 使之規(guī)格化 并相應地調(diào)整階碼 47 例1 16 若X1 0 1100 2001 X2 0 0011 2011 求X1 X2 解 因為兩數(shù)階碼不一致 所以先對階 將X1的小數(shù)點向左移2位 同時階碼加2 可得到 X1 0 1100 2001 0 0011 2011 X1 X2 0 0011 2011 0 0011 2011 0 0011 0 0011 2011 0 0110 2011所得結果不是規(guī)格化數(shù) 將運算結果規(guī)格化可得 0 1100 2010 48 2 乘除運算對于乘法運算 將階碼相加 尾數(shù)相乘 最后對乘積做規(guī)格化即可 對于除法運算 將階碼相減 尾數(shù)相除即可得到運算結果 例1 17 若X1 0 1100 2001 X2 0 0011 2011 求X1 X2 解 X1 X2 0 1100 2001 0 0011 2011 0 1100 0 0011 2001 011 0 0010 2100 49 1 4編碼 1 4 1二 十進制編碼1 4 2可靠性編碼1 4 3字符編碼 50 1 4 1二 十進制編碼 用四位二進制數(shù)表示0 9十個數(shù)碼 即為二 十進制編碼 又稱BCD碼 四位二進制數(shù)最多可以有16種不同組合 不同的組合便形成了一種編碼 主要有 8421碼 5421碼 2421碼 余3碼等 51 二進制數(shù) 自然碼 8421碼 2421碼 5421碼 余三碼 52 1 8421碼有權碼 從左到右權值依次為8 23 4 22 2 21 1 20 按4位二進制數(shù)的自然順序 取前十個數(shù)0000 1001依次表示十進制的0 9 后6個數(shù)不允許出現(xiàn) 即1010 1111這六個代碼為 偽碼 例1 18 寫出 213 85 10對應的8421碼 10111 10010111 8421對應的十進制數(shù) 解 213 85 10 001000010011 10000101 8421 10111 1001011 8421 00010111 10010110 8421 17 96 10 53 2 5421碼和2421碼5421碼各位權值從高到低依次為5 4 2 1 0000 0100 1000 1100十個碼分別對應表示十進制數(shù)的0 9 偽碼是0101 0110 0111 1101 1110 1111 2421碼從左到右各位權值依次為2 4 2 1 0000 0100 1011 1111十個碼分別對應表示十進制數(shù)的0 9 偽碼是0101 0110 0111 1000 1001 1010 54 3 余3碼比對應的8421碼多0011 3 故得名余3碼 有六個冗余碼 偽碼 0000 0010 1101 1111 是一種無權碼 例1 19 寫出 10111 10010111 8421對應的余3碼 解 10111 1001011 8421 00010111 10010110 8421 01001010 11001001 余3碼 數(shù)碼 余三碼 中間10個碼 55 1 4 2可靠性編碼 能減少錯誤 發(fā)現(xiàn)錯誤 甚至糾正錯誤的編碼稱為可靠性編碼 糾錯的三