電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分第五康華光華中科大PPT課件

1、序序 課程介紹課程介紹1. 1. 課程的性質(zhì)課程的性質(zhì)3. 3. 課程研究內(nèi)容課程研究內(nèi)容5. 5. 教材和參考書教材和參考書4. 4. 課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法6. 6. 考核考核2. 2. 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)第1頁/共65頁數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是電氣信息類專業(yè)具入門性質(zhì)的課程是電氣信息類專業(yè)具入門性質(zhì)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。 1.課程性質(zhì)課程性質(zhì) 獲得適應(yīng)信息時(shí)代的數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本獲得適應(yīng)信息時(shí)代的數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的能力，為以知識(shí)和基本技能。培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的能力，為以后深入

2、學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)及其相關(guān)學(xué)科和專業(yè)打好以下兩后深入學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)及其相關(guān)學(xué)科和專業(yè)打好以下兩方面的基礎(chǔ)方面的基礎(chǔ): :2.課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、正確分析、設(shè)計(jì)數(shù)字電路，特別是集成電路的基礎(chǔ)；正確分析、設(shè)計(jì)數(shù)字電路，特別是集成電路的基礎(chǔ)； 2、為進(jìn)一步學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)專用集成電路為進(jìn)一步學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)專用集成電路(ASIC)的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。第2頁/共65頁數(shù)字信號(hào)傳輸、變換、產(chǎn)生等。內(nèi)容涉及相關(guān)器件、功能數(shù)字信號(hào)傳輸、變換、產(chǎn)生等。內(nèi)容涉及相關(guān)器件、功能電路及系統(tǒng)。電路及系統(tǒng)。 硬件硬件 處理數(shù)字信號(hào)的電子電路及其邏輯功能處理數(shù)字信號(hào)的電子電路及其邏輯功能 數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析方法 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)

3、方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法 各種典型器件在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用各種典型器件在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件軟件 系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的軟件工具系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的軟件工具ABEL、VHDL、 VerlogHDL、EDA工具軟件工具軟件QuartusII等等3. 課程研究內(nèi)容課程研究內(nèi)容第3頁/共65頁a a、發(fā)展快、發(fā)展快b b、應(yīng)用廣、應(yīng)用廣(2)(2)學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法打好基礎(chǔ)、打好基礎(chǔ)、關(guān)注發(fā)展、關(guān)注發(fā)展、主動(dòng)更新、主動(dòng)更新、注重實(shí)踐注重實(shí)踐(1)(1)摩爾定律摩爾定律: :集成度按集成度按10倍倍/ /6年的速度年的速度發(fā)展。發(fā)展。c c、工程實(shí)踐性強(qiáng)、工程實(shí)踐性強(qiáng)4.4.課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法該發(fā)展

4、速度還將持續(xù)到該發(fā)展速度還將持續(xù)到2015或或2020年，此后將達(dá)到飽和。年，此后將達(dá)到飽和。第4頁/共65頁基本電路：設(shè)計(jì)方法相同，電路形式多樣?；倦娐罚涸O(shè)計(jì)方法相同，電路形式多樣。a a、掌握、掌握基本概念、基本電路和基本分析、設(shè)計(jì)方法基本概念、基本電路和基本分析、設(shè)計(jì)方法基本概念：以不變應(yīng)萬變的基礎(chǔ)基本概念：以不變應(yīng)萬變的基礎(chǔ)基本分析方法：不同類型的電路有不同的結(jié)構(gòu)特征和不同基本分析方法：不同類型的電路有不同的結(jié)構(gòu)特征和不同的描述方法，分析方法和設(shè)計(jì)方法。的描述方法，分析方法和設(shè)計(jì)方法。b、能獨(dú)立的應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)去分析和解決數(shù)字電路的實(shí)際問、能獨(dú)立的應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)去分析和解決數(shù)字電路的

5、實(shí)際問題題的能力。能力。第5頁/共65頁閻閻 石主編石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版高等教育出版社第四版高等教育出版社康華光主編康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分( (第五版第五版) ) 高等教育出版社高等教育出版社 閻石主編閻石主編幫你學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)幫你學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 釋疑釋疑、解題、考試解題、考試 高等教育出版社高等教育出版社 課程學(xué)習(xí)網(wǎng)址課程學(xué)習(xí)網(wǎng)址: : 秦臻主編秦臻主編電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分重點(diǎn)難點(diǎn)電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分重點(diǎn)難點(diǎn)解題指導(dǎo)解題指導(dǎo) 考研指南考研指南 高等教育出版社高等教育出版社 羅杰主編羅杰主編電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(

6、(第五版第五版) )習(xí)題全解習(xí)題全解 高等教育出版社高等教育出版社 第6頁/共65頁6 6、考核、考核 平時(shí)成績平時(shí)成績 30%30% 考試考試 70%70%每周第一堂課交上周的作業(yè)每周第一堂課交上周的作業(yè)作業(yè)作業(yè)兩本作業(yè)本，寫上姓名、班級(jí)、學(xué)號(hào)兩本作業(yè)本，寫上姓名、班級(jí)、學(xué)號(hào)答疑答疑 時(shí)間待定時(shí)間待定第7頁/共65頁1.1.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)字邏輯基礎(chǔ)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)用數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法第8頁/共65頁5、掌握基本邏輯運(yùn)算及邏輯函數(shù)的表示方法掌握基本邏輯運(yùn)算及邏輯函數(shù)的

7、表示方法教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求1、了解數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路的基本概念了解數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路的基本概念2、了解數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)及表示方法了解數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)及表示方法3、掌握常用二十、二一十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換掌握常用二十、二一十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換4、了解常用二進(jìn)制碼，了解常用二進(jìn)制碼，熟悉熟悉8421 BCD碼碼1.1.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)字邏輯基礎(chǔ)第9頁/共65頁數(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1906年年 美國美國李李. .德福雷斯特德福雷斯特發(fā)明了發(fā)明了 真空三極管真空三極管1958年年 美國美國基爾比基爾比制成第一塊集成電路制成第一塊集成電路 6 6個(gè)月后諾伊斯制成第一塊硅集成電路個(gè)月后諾伊斯

8、制成第一塊硅集成電路1948年年 晶體管之父晶體管之父威廉威廉肖克利肖克利發(fā)明發(fā)明 了了第一只晶體管誕生第一只晶體管誕生1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)第10頁/共65頁80年代后年代后- ULSI ， 1 0 億個(gè)晶體管億個(gè)晶體管/片片 、 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(jí)量級(jí)微處理器的時(shí)鐘頻率高達(dá)微處理器的時(shí)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集成電路上有40億個(gè)晶體管。億個(gè)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、

9、LSI 、VLSI。10萬個(gè)晶體管萬個(gè)晶體管/片。片。將來將來- 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)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展數(shù)字技術(shù)的發(fā)展第11頁/共65頁發(fā)展特點(diǎn)發(fā)展特點(diǎn): :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(shí)代電子管時(shí)代 1906年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用一些大功率發(fā)射裝置中使用。電壓控制器件電壓控制器件電真空技術(shù)電真空技術(shù)數(shù)字技術(shù)的發(fā)展

10、及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用第12頁/共65頁1946年年2月由賓州大月由賓州大學(xué)研制成功學(xué)研制成功ENIAC電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī):重達(dá)重達(dá)30噸噸:占地占地250m2:啟動(dòng)工耗啟動(dòng)工耗150000瓦瓦:1.8萬個(gè)電子管萬個(gè)電子管:保存保存80個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)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)用電子管時(shí)代電子管時(shí)代第13頁/共65頁晶體管時(shí)代晶體管時(shí)代電流控制器件電流控制器件 半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體二極管、三極管半導(dǎo)體二極管、三極管器件器件數(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)用第14頁/共65頁半導(dǎo)體集成電路半導(dǎo)體集成電路數(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

11、應(yīng)用第15頁/共65頁電路設(shè)計(jì)方法電路設(shè)計(jì)方法伴隨器件變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代伴隨器件變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代a)a)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：b)b)現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法：現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法：采用自下而上的設(shè)計(jì)方法；由人工組裝采用自下而上的設(shè)計(jì)方法；由人工組裝, ,經(jīng)反復(fù)調(diào)試、驗(yàn)證、經(jīng)反復(fù)調(diào)試、驗(yàn)證、修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差, ,設(shè)計(jì)周期長。設(shè)計(jì)周期長。現(xiàn)代現(xiàn)代EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化。采用從上到下設(shè)計(jì)方技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化。采用從上到下設(shè)計(jì)方法，電路設(shè)計(jì)、法，電路設(shè)計(jì)、 分析、仿真分析、仿真 、修訂、修訂 全通過計(jì)算機(jī)完成。全通過計(jì)算機(jī)完成。數(shù)

12、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)用第16頁/共65頁EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基本工具、借助于軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，自動(dòng)完技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基本工具、借助于軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，自動(dòng)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。使硬件設(shè)計(jì)軟件化。芯片，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。使硬件設(shè)計(jì)軟件化。1、設(shè)計(jì)：、設(shè)計(jì)：在計(jì)算機(jī)上利用軟件平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)上利用軟件平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)VerlogHDL語言設(shè)計(jì)語言設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法EDA（Electronics Design Automation)技術(shù)技術(shù)數(shù)字技

13、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)用第17頁/共65頁3 3、下載、下載2 2、仿真、仿真4 4、驗(yàn)證結(jié)果、驗(yàn)證結(jié)果實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)板下載線下載線數(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)用第18頁/共65頁數(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.將將PLD焊在焊在PCB板上板上 2. 2.接好編程電纜接好編程電纜 3.3.現(xiàn)場燒寫現(xiàn)場燒寫PLD芯片芯片第19頁/共65頁應(yīng)用：應(yīng)用：發(fā)展快發(fā)展快 、 應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)代技術(shù). .雷達(dá)技術(shù)雷達(dá)技術(shù)通信技術(shù)通信技術(shù)計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制航空航天航空航天“勇氣勇氣”號(hào)號(hào) 火星探測器火星探測器數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)

14、字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用第20頁/共65頁第21頁/共65頁數(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)用第22頁/共65頁根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)則的不同，根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)則的不同， -數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。 從集成度不同從集成度不同 -數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。規(guī)模、超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。 從電路的形式不同，從電路的形式不同， -數(shù)字電路可分為集成電路和分立電路數(shù)字電路可分為集成電路和分立電路從器件不同從器件不同 -數(shù)

15、字電路可分為數(shù)字電路可分為CMOS 和和 TTL電路電路1 1、數(shù)字集成電路的分類、數(shù)字集成電路的分類數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)第23頁/共65頁可編程邏輯器件、多功能專用集成可編程邏輯器件、多功能專用集成電路電路106以上以上甚大規(guī)模甚大規(guī)模大型存儲(chǔ)器、微處理器大型存儲(chǔ)器、微處理器10,00099,999超大規(guī)模超大規(guī)模小型存儲(chǔ)器、門陣列小型存儲(chǔ)器、門陣列1009999大規(guī)模大規(guī)模計(jì)數(shù)器、加法器計(jì)數(shù)器、加法器1299中規(guī)模中規(guī)模邏輯門、觸發(fā)器邏輯門、觸發(fā)器最多最多12個(gè)個(gè)小規(guī)模小規(guī)模典型集成電路典型集成電路門的個(gè)數(shù)門的個(gè)數(shù)分類分類集成度集成度: :每一芯片所包含的門個(gè)數(shù)

16、每一芯片所包含的門個(gè)數(shù)數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)第24頁/共65頁2、數(shù)字集成電路的、數(shù)字集成電路的特點(diǎn)特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)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 數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)第25頁/共65頁3 3、數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測試、數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測試(1

17、)數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析方法 數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字電路的分析數(shù)字電路的分析: :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)系。電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。(2) 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì)數(shù)字電路的設(shè)計(jì):從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫃慕o定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷?，設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路器件，設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路。 設(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)方式: :分為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和基于分為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和基于EDA軟件的設(shè)計(jì)方式。軟件的設(shè)計(jì)方式。 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真值表、

18、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。第26頁/共65頁-時(shí)間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號(hào)，如正弦波、三角波等時(shí)間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號(hào)，如正弦波、三角波等 u uOt Otu u 數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)第27頁/共65頁數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)-在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的信號(hào)。在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)波形數(shù)字信號(hào)波形數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)第28頁/共65頁3 3、模擬信號(hào)的數(shù)字表示、模擬信號(hào)的數(shù)字表示由于數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、分析和傳輸，通常都將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換由于數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、分析和傳輸，通常都將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信

19、號(hào)為數(shù)字信號(hào). . 0 0 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器 3 3 V V 數(shù)字輸出數(shù)字輸出 0 0 0 0 1 1 模數(shù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn) t/s v /mV 0 v/mV0 t/s t1 t2 t0 0 00001110t3 t/s 000011000000100100001000數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)第29頁/共65頁電壓電壓(V)(V)二值邏輯二值邏輯電電 平平+51H( (高電平高電平) )00L( (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）數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法1 1、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平、二值數(shù)

20、字邏輯和邏輯電平 a a 、在電路中用低、高電平表示、在電路中用低、高電平表示0 0、1 1兩種邏輯狀態(tài)兩種邏輯狀態(tài) 0 0、1 1數(shù)碼數(shù)碼-表示方式表示方式二值數(shù)字邏輯二值數(shù)字邏輯 -第30頁/共65頁(a) (a) 用邏輯電平描述的數(shù)字波形用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b) 16(b) 16位數(shù)據(jù)的圖形表示位數(shù)據(jù)的圖形表示u u/V/V 5 5 0 0 t t/ms/ms 5050 100100 150150 200200 邏輯邏輯 0 0 邏輯邏輯1 1 2 2、數(shù)字波形、數(shù)字波形1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 數(shù)字波形數(shù)字波形-是信號(hào)邏輯電平對時(shí)間的圖形表示

21、是信號(hào)邏輯電平對時(shí)間的圖形表示. .數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法第31頁/共65頁t tt t為一拍為一拍數(shù)字波形數(shù)字波形(a a)1 11 11 10 01 11 10 00 00 01 1高電平高電平低電平低電平有脈沖有脈沖(b)(b)* *非歸零型非歸零型* *歸零型歸零型 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 10 0(1)(1)數(shù)字波形的兩種類型數(shù)字波形的兩種類型: :2 2、數(shù)字波形、數(shù)字波形數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法第32頁/共65頁(2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 T TtW非周期性數(shù)字波形非周期性數(shù)字波形周

22、期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形 周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形 數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法Q(%)w=100%tT 第33頁/共65頁 tr脈沖寬度脈沖寬度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值幅值=5.0V 0.0V 5.0V tf0.5V 2.5V 4.5V 非理想脈沖波形非理想脈沖波形(3)(3)實(shí)際脈沖波形及主要參數(shù)實(shí)際脈沖波形及主要參數(shù)理想脈沖波形理想脈沖波形 數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法第34頁/共65頁 m0.9Vm0.5Vm0.1VrtftwtmVT第35頁/共65頁占空比占空比 Q - - 表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比幾個(gè)主要參

23、數(shù)幾個(gè)主要參數(shù): :上升時(shí)間上升時(shí)間t tr r 和下降時(shí)間和下降時(shí)間t tf f -從脈沖幅值的從脈沖幅值的10%到到90% 上升上升 下降所經(jīng)歷的時(shí)間下降所經(jīng)歷的時(shí)間( ( 典型值典型值ns ) )脈沖寬度脈沖寬度 (tw )- 脈沖幅值的脈沖幅值的50%50%的兩個(gè)時(shí)間所跨越的時(shí)間的兩個(gè)時(shí)間所跨越的時(shí)間周期周期 (T) - - 表示兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔表示兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔 數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法第36頁/共65頁(4)時(shí)序圖時(shí)序圖-表明各個(gè)數(shù)字信號(hào)時(shí)序關(guān)系的多重波形圖。表明各個(gè)數(shù)字信號(hào)時(shí)序關(guān)系的多重波形圖。 由于各信號(hào)的路徑不同，這些信號(hào)之間不可能嚴(yán)格保持同

24、步關(guān)系。由于各信號(hào)的路徑不同，這些信號(hào)之間不可能嚴(yán)格保持同步關(guān)系。為了保證可靠工作，各信號(hào)之間通常允許一定的時(shí)差，但這些時(shí)差必為了保證可靠工作，各信號(hào)之間通常允許一定的時(shí)差，但這些時(shí)差必須限定在規(guī)定范圍內(nèi)，各個(gè)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系用時(shí)序圖表達(dá)。須限定在規(guī)定范圍內(nèi)，各個(gè)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系用時(shí)序圖表達(dá)。 某存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)的時(shí)序圖某存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)的時(shí)序圖t tt tC CO數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)RD地址地址bbt tAA 數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法t t第37頁/共65頁i ii ii i1 10 0 K KD)N(一般表達(dá)式一般表達(dá)式:十進(jìn)制十進(jìn)制十進(jìn)制采用十進(jìn)制采用0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,

25、8, 9十個(gè)數(shù)碼，其進(jìn)位的十個(gè)數(shù)碼，其進(jìn)位的規(guī)則是規(guī)則是“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系數(shù)系數(shù)位權(quán)位權(quán)任意進(jìn)制數(shù)的一般表達(dá)式為任意進(jìn)制數(shù)的一般表達(dá)式為:iiirrK(N) 各位的權(quán)都是各位的權(quán)都是10的冪。的冪。1.2數(shù)制數(shù)制數(shù)制數(shù)制:多位數(shù)碼中的每一位數(shù)的構(gòu)成及低位向高位進(jìn)位的規(guī)則多位數(shù)碼中的每一位數(shù)的構(gòu)成及低位向高位進(jìn)位的規(guī)則十進(jìn)制十進(jìn)制:十進(jìn)制數(shù)的展開式十進(jìn)制數(shù)的展開式第38頁/共65頁 二進(jìn)制二進(jìn)制iiiBK)N(2 例如：例如：1+1 =10 = 121+ 020位權(quán)位權(quán)系數(shù)系數(shù)二進(jìn)制數(shù)只有二進(jìn)制數(shù)只有

26、0、1兩個(gè)兩個(gè)數(shù)碼，數(shù)碼，進(jìn)位規(guī)律是：進(jìn)位規(guī)律是：“逢二進(jìn)一逢二進(jìn)一”.1 1、二進(jìn)制數(shù)的表示方法、二進(jìn)制數(shù)的表示方法各位的權(quán)都是各位的權(quán)都是2的冪。的冪。第39頁/共65頁 1 0 23 22 21 20 MSB 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)制二進(jìn)制第40頁/共65頁1)1)、

27、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)： a. a. 整數(shù)部分用整數(shù)部分用“輾轉(zhuǎn)相除輾轉(zhuǎn)相除”法法: :輾轉(zhuǎn)相除法輾轉(zhuǎn)相除法: :將十進(jìn)制數(shù)連續(xù)不斷地除以將十進(jìn)制數(shù)連續(xù)不斷地除以2 , 直至商為零，直至商為零，所得余數(shù)由低位到高位排列，即為所求二進(jìn)制數(shù)所得余數(shù)由低位到高位排列，即為所求二進(jìn)制數(shù).整數(shù)部分整數(shù)部分小數(shù)部分小數(shù)部分二二- -十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換第41頁/共65頁DBDB(65)= (1000001)(65)= (1000001)a. a. 整數(shù)部分用整數(shù)部分用“輾轉(zhuǎn)相除輾轉(zhuǎn)相除”法法: :( ( ) )D D=(=(D7 D6 D5D4D1 D0 )B第42頁

28、/共65頁解由于二進(jìn)制數(shù)基數(shù)為解由于二進(jìn)制數(shù)基數(shù)為2，所以逐次除以，所以逐次除以2，取其余數(shù)（，取其余數(shù)（0或或1）：）：6商商余數(shù)余數(shù)101011LSBMSB所以所以 (53)D= (110101)B() 53 D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 將十進(jìn)制數(shù)將十進(jìn)制數(shù)練習(xí)練習(xí)二二-十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換a. a. 整數(shù)部分用整數(shù)部分用“輾轉(zhuǎn)相除輾轉(zhuǎn)相除”法法: :第43頁/共65頁D DB B( (0 0. .6 62 25 5) )= = ( (0 0. .1 10 01 1) )第44頁/共65頁解由于精度要求達(dá)到解由于精度要求達(dá)到0.1%，0.1% 1/1024.所以所以,需

29、要精確需要精確到二進(jìn)制小數(shù)到二進(jìn)制小數(shù)10位，即位，即1/210。0.392 = 0.780.782 = 1.560.562 = 1.120.122 = 0.240.242 = 0.480.482 = 0.96 b-6 = 00.962 = 1.92 b-7 = 10.922 = 1.84 b-8 = 10.842 = 1.68 b-9 = 10.682 = 1.36 b-10= 1所以所以BD 0110001111. 039. 0 %1 . 0。到到例例2 將十進(jìn)制小數(shù)將十進(jìn)制小數(shù)(0.39)D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),要求精要求精度達(dá)度達(dá)二二-十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換b-1=

30、0b-2= 1b-3= 1b-4= 0b-5= 0第45頁/共65頁1010= (5.75)= (5.75)210122(101.11)1 20 21 21 21 2 第46頁/共65頁十六進(jìn)制數(shù)中只有十六進(jìn)制數(shù)中只有0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 , A、B、C、D、E、F十六個(gè)數(shù)十六個(gè)數(shù)碼，進(jìn)位規(guī)律是碼，進(jìn)位規(guī)律是“逢十六進(jìn)一逢十六進(jìn)一”。各位的權(quán)均為。各位的權(quán)均為16的冪。的冪。1.十六進(jìn)制十六進(jìn)制 1nmiiiH16a)N(101H16121661610(A6.C) 十六進(jìn)制和八進(jìn)制十六進(jìn)制和八進(jìn)制各位的權(quán)都是各位的權(quán)都是16的冪。的冪。第47頁/共65頁 因

31、為因?yàn)?6進(jìn)制的基數(shù)進(jìn)制的基數(shù)16=24 ，所以，可將四位二進(jìn)制數(shù)表示一，所以，可將四位二進(jìn)制數(shù)表示一位位16進(jìn)制數(shù)，即進(jìn)制數(shù)，即 00001111 表示表示 0-F。十六進(jìn)制和八進(jìn)制十六進(jìn)制和八進(jìn)制(010100011011)B第48頁/共65頁(1000111111000110)B方法方法:將每位將每位16進(jìn)制數(shù)展開成四位二進(jìn)制數(shù)，排列順序不變即可。進(jìn)制數(shù)展開成四位二進(jìn)制數(shù)，排列順序不變即可。練習(xí)練習(xí) (BEEF)H =(1011 1110 1110 1111)B第49頁/共65頁Dk i ii i=16=16第50頁/共65頁1.4二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼的位數(shù)二進(jìn)制代碼的位數(shù)(n

32、),與需要編碼的事件（或信息）的個(gè)與需要編碼的事件（或信息）的個(gè) 數(shù)數(shù)(N)之間應(yīng)之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：滿足以下關(guān)系：2n-1N2n1. 二二十進(jìn)制碼進(jìn)制碼十進(jìn)制碼進(jìn)制碼(數(shù)值編碼數(shù)值編碼)(BCD碼碼- Binary Code Decimal）用用4位二進(jìn)制數(shù)來表示一位十進(jìn)制數(shù)中的位二進(jìn)制數(shù)來表示一位十進(jìn)制數(shù)中的09十個(gè)數(shù)碼。十個(gè)數(shù)碼。 從從4 位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)16種代碼中種代碼中,選擇選擇10種來表示種來表示09個(gè)數(shù)碼的方案有很多個(gè)數(shù)碼的方案有很多種。每種方案產(chǎn)生一種種。每種方案產(chǎn)生一種BCD碼。碼。 碼制碼制:編制代碼所要遵循的規(guī)則編制代碼所要遵循的規(guī)則第51頁/共65頁BCD碼碼十進(jìn)

33、制數(shù)十進(jìn)制數(shù)碼碼8421碼碼2421 碼碼5421 碼碼余余3碼碼余余3循環(huán)循環(huán)碼碼000000000000000110010100010001000101000110200100010001001010111300110011001101100101401000100010001110100501011011100010001100601101100100110011101701111101101010101111810001110101110111110910011111110011001010000000010010001101000101011001111000100110101011

34、1100110111101111（1 1）幾種常用）幾種常用的的BCD代碼代碼二二- -十進(jìn)制碼十進(jìn)制碼第52頁/共65頁對于有權(quán)對于有權(quán)BCD碼，可以根據(jù)位權(quán)展開求得所代表的十進(jìn)制數(shù)。例如：碼，可以根據(jù)位權(quán)展開求得所代表的十進(jìn)制數(shù)。例如：BCD8421 0111()D 7=11214180+= ( )D BCD2421 7112041211101=+= (3)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)二二-十進(jìn)制碼十進(jìn)制碼第53頁/共65頁對于一個(gè)多位的十進(jìn)制數(shù)，需要有與十進(jìn)制位數(shù)相同的幾對于一個(gè)多位的十進(jìn)制數(shù)，需要有與十進(jìn)制位數(shù)相同的幾組組BCD代碼來表示。例如：代碼來表示。例如： B

35、CD2421 236810 BCD8421 536410 0010 .0011 1100 11102 .8630101 .0011 0110 01005 .463 不能省略！不能省略！不能省略！不能省略！(4)用用BCD代碼表示十進(jìn)制數(shù)代碼表示十進(jìn)制數(shù)二二-十進(jìn)制碼十進(jìn)制碼第54頁/共65頁格格 雷雷 碼碼 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b3b2b1b0格雷碼格雷碼G3G2G1G000000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010

36、011001101111111101010101110011000 編碼特點(diǎn)是：任何編碼特點(diǎn)是：任何兩個(gè)相鄰代碼兩個(gè)相鄰代碼之間僅有一位不同。之間僅有一位不同。 該特點(diǎn)常用于模擬量的轉(zhuǎn)換。當(dāng)該特點(diǎn)常用于模擬量的轉(zhuǎn)換。當(dāng)模擬量發(fā)生微小變化，模擬量發(fā)生微小變化，格雷碼僅僅格雷碼僅僅改變一位，這與其它碼同時(shí)改變改變一位，這與其它碼同時(shí)改變2位或更多的情況相比，更加可靠位或更多的情況相比，更加可靠,且且容易檢錯(cuò)。容易檢錯(cuò)。第55頁/共65頁 碼碼(字符編碼字符編碼) ASCII碼即美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。碼即美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。它共有它共有128個(gè)代碼，可以表示大、小寫英文字母、十進(jìn)制個(gè)代碼，可以表示大、

37、小寫英文字母、十進(jìn)制數(shù)、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、運(yùn)算符號(hào)、控制符號(hào)等，普遍用于計(jì)算機(jī)數(shù)、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、運(yùn)算符號(hào)、控制符號(hào)等，普遍用于計(jì)算機(jī)的鍵盤指令輸入和數(shù)據(jù)等的鍵盤指令輸入和數(shù)據(jù)等。第56頁/共65頁1.5 二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算 當(dāng)兩個(gè)數(shù)碼表示數(shù)量大小時(shí)，可進(jìn)行加、減、乘、當(dāng)兩個(gè)數(shù)碼表示數(shù)量大小時(shí)，可進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算。除等算術(shù)運(yùn)算。 當(dāng)兩個(gè)數(shù)表示不同事物或事物的不同狀態(tài)時(shí)，可以當(dāng)兩個(gè)數(shù)表示不同事物或事物的不同狀態(tài)時(shí)，可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算。進(jìn)行邏輯運(yùn)算。 第57頁/共65頁兩數(shù)絕對值之間的運(yùn)算兩數(shù)絕對值之間的運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算：算術(shù)運(yùn)算：1：和十進(jìn)制算數(shù)運(yùn)算的規(guī)則相同：和十進(jìn)制算數(shù)運(yùn)算的規(guī)則相同 2：逢二進(jìn)一：逢二進(jìn)一 特特 點(diǎn)：加、減、乘、除點(diǎn)：加、減、乘、除 全部可以用移位和相加全部可以用移位和相加這這 兩種操作實(shí)現(xiàn)。簡化了電路結(jié)構(gòu)兩種操作實(shí)現(xiàn)。簡