電子技術基礎(康華光版)PPT.01

1、QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術電電 子子 技技 術術 基基 礎礎數數 字字 部部 分分QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1 1 數數 字字 邏邏 輯輯 概概 論論QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術教教 學學 要要 求求1 1、了解數字電路的特點及學習方法；、了解數字電路的特點及學習方法；2 2、掌握數制及相互間的轉換方法；、掌握數

2、制及相互間的轉換方法；3 3、掌握常用的二進制編碼規(guī)律；、掌握常用的二進制編碼規(guī)律；4 4、熟悉基本的邏輯運算關系。、熟悉基本的邏輯運算關系。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.1.數字邏輯概論數字邏輯概論1.1 數字電路與數字信號數字電路與數字信號1.2 數制數制1.3 二進制數的算術運算二進制數的算術運算1.4 二進制代碼二進制代碼1.5 二值邏輯變量與基本邏輯運算二值邏輯變量與基本邏輯運算1.6 邏輯函數及其表示方法邏輯函數及其表示方法QYYHengyang Normal UniversityDep

3、artment of P.&E.I.S數字電子技術1.1.1 數字技術的發(fā)展及其應用數字技術的發(fā)展及其應用1.1.2 數字集成電路的分類及特點數字集成電路的分類及特點1.1.3 模擬信號與數字信號模擬信號與數字信號1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法1.1 數字電路與數字信號數字電路與數字信號QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.1.1數字技術的發(fā)展及其應用數字技術的發(fā)展及其應用1.1數字電路與數字信號數字電路與數字信號80年代后年代后- ULSI ， 1 0 億個晶體管億個晶體管/片片

4、 、 ASIC 制作制作 技術成熟技術成熟6070代代- IC技術迅速發(fā)展：技術迅速發(fā)展：SSI、MSI、LSI 、 VLSI (10萬個晶體管萬個晶體管/片片)。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術目前目前- 芯片內部的布線細微到亞微米、深亞微米芯片內部的布線細微到亞微米、深亞微米 國際高端國際高端IC主流技術是主流技術是0.130.25 m,領先領先 技術是技術是0.0450.13 m 微處理器的時鐘頻率高達微處理器的時鐘頻率高達3.06GHz（109Hz） 90年代后年代后- 一片集成電路上達到一片集成

5、電路上達到40億個晶體管。億個晶體管。將來將來- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三維高分子材料或生物材料制成密度更高、三維 結構的電路結構的電路QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術發(fā)展特點發(fā)展特點: :以電子器件的發(fā)展為基礎以電子器件的發(fā)展為基礎電子管時代電子管時代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電真空

6、技術QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術晶體管時代晶體管時代電流控制器件電流控制器件 半導體技術半導體技術半導體二極管、三極管半導體二極管、三極管器件器件1947年以后年以后QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術半導體集成電路半導體集成電路QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術電路設計方法伴隨器件變化從傳統(tǒng)走向現代電路設計方法伴隨器件變化從傳統(tǒng)

7、走向現代a)a)傳統(tǒng)的設計方法：傳統(tǒng)的設計方法：b)b)現代的設計方法：現代的設計方法：采用自下而上的設計方法；由人工組裝采用自下而上的設計方法；由人工組裝, ,經反復調試經反復調試、驗證驗證、修改完成修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差。所用的元器件較多，電路可靠性差, ,設計周期長設計周期長?，F代現代EDA技術實現硬件設計軟件化。采用從上到下設計方技術實現硬件設計軟件化。采用從上到下設計方法，電路設計法，電路設計、 分析、仿真分析、仿真 、修訂、修訂 全通過計算機完成全通過計算機完成。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E

8、.I.S數字電子技術EDA技術以計算機為基本工具、借助于軟件設計平臺，自動完技術以計算機為基本工具、借助于軟件設計平臺，自動完成數字系統(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，實現系統(tǒng)功能。使硬件設計軟件化。芯片，實現系統(tǒng)功能。使硬件設計軟件化。1、設計：、設計：在計算機上利用軟件平臺進行設計在計算機上利用軟件平臺進行設計原理圖設計原理圖設計HDL語言設計語言設計狀態(tài)機設計狀態(tài)機設計設計方法設計方法EDA（Electronics Design Automation)技術技術QYYHengyang Normal University

9、Department of P.&E.I.S數字電子技術3 3、下載、下載2 2、仿真、仿真4 4、驗證結果、驗證結果實驗板實驗板下載線下載線QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術數字技術數字技術QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術根據電路的結構特點及其對輸入信號的響應規(guī)則的不同根據電路的結構特點及其對輸入信號的響應規(guī)則的不同 -數字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。數字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。 從電

10、路的形式不同從電路的形式不同 -數字電路可分為集成電路和分立電路數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 -數字電路可分為數字電路可分為TTL 和和 CMOS電路電路1.1.2 數字集成電路的分類及特點數字集成電路的分類及特點從集成度不同從集成度不同 -數字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、數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、特大規(guī)模、巨大規(guī)模六類。超大規(guī)模、特大規(guī)模、巨大規(guī)模六類。 QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術可編程邏輯器件、多功能專用集成電路105以上特大規(guī)模大型

11、存儲器、微處理器10,00099,999超大規(guī)模小型存儲器、門陣列1009999大規(guī)模計數器、加法器1299中規(guī)模邏輯門、觸發(fā)器最多12個小規(guī)模典型集成電路門的個數分類集成度集成度: :每一芯片所包含的門個數每一芯片所包含的門個數QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術2、數字集成電路的特點、數字集成電路的特點 1)電路簡單,便于大規(guī)模集成,批量生產 2)可靠性、穩(wěn)定性和精度高,抗干擾能力強3)體積小,通用性好,成本低 4)具有可編程性,可實現硬件設計軟件化5)高速度 低功耗 6)加密性好 QYYHengyang

12、 Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術3、數字電路的分析、設計與測試數字電路的分析、設計與測試(1) 數字電路的分析方法數字電路的分析方法數字電路的分析數字電路的分析: 根據電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關系。根據電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關系。分析工具：邏輯代數。分析工具：邏輯代數。 電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達式和波形圖、邏輯圖。式和波形圖、邏輯圖。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子

13、技術(2) (2) 數字電路的設計方法數字電路的設計方法數字電路的設計數字電路的設計: 從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當的邏輯器件，從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當的邏輯器件，設計出符合要求的邏輯電路設計出符合要求的邏輯電路。 設計方式設計方式: : 分為傳統(tǒng)的設計方式和基于分為傳統(tǒng)的設計方式和基于EDA軟件的設計方式。軟件的設計方式。 QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術-時間和數值均連續(xù)變化的電信號，如正弦波、三角波等時間和數值均連續(xù)變化的電信號，如正弦波、三角波等 u uOt Otu u1.1.3

14、模擬信號與數字信號模擬信號與數字信號QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術數字信號波形數字信號波形2 2、數字信號、數字信號 -在時間上和數值上均是離散的信號。在時間上和數值上均是離散的信號。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術3 3、模擬信號的數字表示、模擬信號的數字表示由于數字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉換由于數字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉換為數字信號為數字信號. . 00模擬信號模擬信號

15、 模數轉換器模數轉換器 3 3 V V數字輸出數字輸出 000011 模數轉換的實現模數轉換的實現QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術電壓電壓(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系（正邏輯）邏輯電平與電壓值的關系（正邏輯）1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法1 1、二值數字邏輯和邏輯電平、二值數字邏輯和邏輯電平 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

16、碼數碼-表示方式表示方式二值數字邏輯二值數字邏輯 -QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術(a) (a) 用邏輯電平描述的數字波形用邏輯電平描述的數字波形(b) 16(b) 16位數據的圖形表示位數據的圖形表示2 2、數字波形、數字波形數字波形數字波形-是信號邏輯電平對時間的圖形表示是信號邏輯電平對時間的圖形表示. .QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術高電平高電平低電平低電平有脈沖有脈沖* *非歸零型非歸零型* *歸零型歸零

17、型 比特率比特率 - - 每秒鐘轉輸數據的位數每秒鐘轉輸數據的位數無脈沖無脈沖(1)(1)數字波形的兩種類型數字波形的兩種類型: :QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術(2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 非周期性數字波形非周期性數字波形周期性數字波形周期性數字波形 QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術例例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15440001544000位位(1.544(1.544兆位

18、兆位) )數數據，求每位數據的時間。據，求每位數據的時間。ns648s1067647s105441916 .解：解：按題意，每位數據的時間為按題意，每位數據的時間為QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術例例1.1.2 設周期性數字波形的高電平持續(xù)設周期性數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。%.%q537100ms16ms6 解：因數字波形的脈沖寬度解：因數字波形的脈沖寬度tw=6ms，周期，周期T=6ms+10ms=16ms。QYYHengyang Normal Un

19、iversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術非理想脈沖波形非理想脈沖波形(3)(3)實際脈沖波形及主要參數實際脈沖波形及主要參數QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術幾個主要參數幾個主要參數: :占空比占空比 Q - - 表示脈沖寬度占整個周期的百分比表示脈沖寬度占整個周期的百分比上升時間上升時間t tr r 和下降時間和下降時間t tf f -從脈沖幅值的從脈沖幅值的10%到到90% 上升上升 下降所經歷的時間下降所經歷的時間( ( 典型值典型值ns ) )脈沖寬度脈沖寬度

20、 (tw )- 脈沖幅值的脈沖幅值的50%50%所跨越的時間所跨越的時間周期周期 (T) - - 表示兩個相鄰脈沖之間的時間間隔表示兩個相鄰脈沖之間的時間間隔 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 QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術(4)(4)時序圖時序圖-表明各個數字信號時序關系的多重波形圖。表明各個數字信號時序關系的多重波形圖。 由于各信號的路徑不同，這些信號之間不可能嚴格保持同步關系。由于各信號的路徑不同，這

21、些信號之間不可能嚴格保持同步關系。為了保證可靠工作，各信號之間通常允許一定的時差，但這些時差為了保證可靠工作，各信號之間通常允許一定的時差，但這些時差必須限定在規(guī)定范圍內，各個信號的時序關系用時序圖表達。必須限定在規(guī)定范圍內，各個信號的時序關系用時序圖表達。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.2.1 十進制十進制1.2數制數制1.2.2 二進制二進制1.2.3 二二-十進制之間的轉換十進制之間的轉換1.2.4 十六進制和八進制十六進制和八進制QYYHengyang Normal UniversityDep

22、artment of P.&E.I.S數字電子技術i ii ii i1 10 0 K KD)N(一般表達式一般表達式:1.2.1 十進制十進制十進制采用十進制采用0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9十個數碼，其進位的規(guī)則是十個數碼，其進位的規(guī)則是“逢十進一逢十進一”。4587.29=4 103+5 102+8 101+7 100+2 10 1+9 10 2系數系數位權位權任意進制數的一般表達式為任意進制數的一般表達式為:iiirrK(N) 各位的權都是各位的權都是10的冪。的冪。1.2數制數制數制數制:多位數碼中的每一位數的構成及低位向高位進位的規(guī)則多位數碼中的每一

23、位數的構成及低位向高位進位的規(guī)則QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.2.2 二進制二進制iiiBK)N(2 例如：例如：1+1= 10 = 121+ 020位權位權系數系數二進制數只有二進制數只有0、1兩個兩個數碼，數碼，進位規(guī)律是：進位規(guī)律是：“逢二進一逢二進一” .1 1、二進制數的表示方法、二進制數的表示方法各位的權都是各位的權都是2的冪。的冪。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術（1）易于電路表達）易于電路表達-

24、0、1兩個值，可以用管子的導兩個值，可以用管子的導 通或截止，通或截止，燈泡的亮或滅、繼電器觸點的閉合或斷開來表示。燈泡的亮或滅、繼電器觸點的閉合或斷開來表示。（2）二進制數字裝置所用元件少）二進制數字裝置所用元件少,電路簡單、可靠電路簡單、可靠 。（3）基本運算規(guī)則簡單）基本運算規(guī)則簡單, 運算操作方便。運算操作方便。 Rc VCC VCC vCE iC Rc vo vI Rb VCC iD/mAO v DS / VVGS1 VGS2 VGS3 VGS4 飽和區(qū)飽和區(qū) 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) vO Rd VDD vI QYYHengyang Normal UniversityDe

25、partment of P.&E.I.S數字電子技術 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 進進 制制QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術 計算機 A 計算機 B

26、1 0 1 0 1 1 0 0 串行數據傳輸 1 0 1 0 1 1 0 0 計算機 A 計算機 B 0 1 2 3 4 5 6 7 1 0 1 0 MSB LSB 0 0 1 1 0 1 1 0 CP 串行數據 QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術 將一組二進制數據所有位同時傳送。將一組二進制數據所有位同時傳送。 傳送速率快傳送速率快,但數據線較多，而且發(fā)送和接收設備較復雜。但數據線較多，而且發(fā)送和接收設備較復雜。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&a

27、mp;E.I.S數字電子技術1)、十進制數轉換成二進制數： a. a. 整數的轉換整數的轉換: : “輾轉相除輾轉相除”法法: :將十進制數連續(xù)不斷地除以將十進制數連續(xù)不斷地除以2 , 2 , 直至商直至商為零，所得余數由低位到高位排列，即為所求二進制數為零，所得余數由低位到高位排列，即為所求二進制數整數部分整數部分小數部分小數部分1.2.3 二二- -十進制之間的轉換十進制之間的轉換QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術解：根據上述原理，可將解：根據上述原理，可將(37)D按如下的步驟轉換為二進制數按如下的步

28、驟轉換為二進制數 余余 1 余余 0 余余 1 37 b0 b1 b2 b3 b4 余余 0 余余 0 2 2 18 2 9 2 4 2 2 b5 余余 1 2 0 1 由上得由上得 (37)D=(100101)B例例1.2.2 將十進制數將十進制數(37)D轉換為二進制數。轉換為二進制數。當十進制數較大時，有什么方法使轉換過程簡化當十進制數較大時，有什么方法使轉換過程簡化?QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術解：由于解：由于27為為128，而，而133128=5=2220，例例1.2.3 將將(133)D轉

29、換為二進制數轉換為二進制數所以對應二進制數所以對應二進制數b7=1，b2=1，b0=1，其余各，其余各系數均為系數均為0，所以得，所以得(133)D=(10000101)BQYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術b. . 小數的轉換小數的轉換: :nnbbbbN 2222)(1)(n1)(n2211D1)(n2)(n1)(n1201D2222)(2 nbbbbN對于二進制的小數部分可寫成對于二進制的小數部分可寫成將上式兩邊分別乘以將上式兩邊分別乘以2，得得1 b由此可見，將十進制小數由此可見，將十進制小數乘以乘以

30、2，所得乘積的整數即為所得乘積的整數即為不難推知，將十進制小數每次除去上次所得積中的整數再乘以不難推知，將十進制小數每次除去上次所得積中的整數再乘以2 2，直到滿足誤差要求進行直到滿足誤差要求進行“四舍五入四舍五入”為止，就可完成由十進制小數為止，就可完成由十進制小數轉換成二進制小數。轉換成二進制小數。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術解解:由于精度要求達到由于精度要求達到0.1%，需要精確到二進制小數第，需要精確到二進制小數第10位，即位，即1/210=1/1024。0.392 = 0.78 b-1= 0

31、0.782 = 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 = 10.842 = 1.68 b-9 = 10.682 = 1.36 b-10= 1所以所以 BD. 01100011110390 %1 . 0。例例 將十進制小數將十進制小數(0.39)D轉換成二進制數轉換成二進制數,要求精度達到要求精度達到QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P

32、.&E.I.S數字電子技術十六進制數中只有十六進制數中只有0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 , A、B、C、D、E、F十六個數碼，進位規(guī)律是十六個數碼，進位規(guī)律是“逢十六進一逢十六進一”。各位的權均為。各位的權均為16的冪。的冪。1.十六進制 1nmiiiH16a)N(101H16121661610(A6.C) 1.2.4 十六進制和八進制十六進制和八進制各位的權都是各位的權都是16的冪。的冪。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術 因為因為16進制的基數進制的基數16=24 ，

33、所以，可將四位二進制數表示一，所以，可將四位二進制數表示一位位16進制數，即進制數，即 00001111 表示表示 0-F。例例 (111100010101110)B =將每位將每位16進制數展開成四位二進制數，排列順序不變即可。進制數展開成四位二進制數，排列順序不變即可。例例 (BEEF)H =(78AE)H (1011 1110 1110 1111)B例例 (111100010101110)B =QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術3.八進制八進制 八進制數中只有八進制數中只有0, 1, 2, 3, 4,

34、 5, 6, 7八個數碼，進位規(guī)律是八個數碼，進位規(guī)律是“逢逢八進一八進一”。各位的權都是。各位的權都是8的冪。的冪。18)(nmiiioaN一般表達式一般表達式八進制就是以八進制就是以8為基數的計數體制。為基數的計數體制。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術將每位八進制數展開成三位二進制數，排列順序不變即可。將每位八進制數展開成三位二進制數，排列順序不變即可。轉換時，由小數點開始，整數部分自右向左，小數部分自左轉換時，由小數點開始，整數部分自右向左，小數部分自左向右，三位一組，不夠三位的添零補齊，則每三位二

35、進制數向右，三位一組，不夠三位的添零補齊，則每三位二進制數表示一位八進制數。表示一位八進制數。因為八進制的基數因為八進制的基數8=23 ，所以，可將三位二進制數表示一位，所以，可將三位二進制數表示一位八進制數，即八進制數，即 000111 表示表示 07例例 (10110.011)B =例例 (752.1)O=(26.3)O (111 101 010.001)BQYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術5.十六進制的十六進制的 1）與二進制之間的轉換容易；）與二進制之間的轉換容易； 2）計數容量較其它進制都大。假如

36、同樣采用四位數碼，）計數容量較其它進制都大。假如同樣采用四位數碼，二進制最多可計至二進制最多可計至( 1111)B =( 15)D；八進制可計至八進制可計至 (7777)O = (4095)D；十進制可計至十進制可計至 (9999)D；十六進制可計至十六進制可計至 (FFFF)H = (65535)D，其容量為，其容量為64K，最大。，最大。 3）書寫簡潔。）書寫簡潔。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.3二進制的算術運算（自學）二進制的算術運算（自學）1.3.1無符號二進制數的算術運算無符號二進制數的算

37、術運算1.3.2有符號二進制數的算術運算有符號二進制數的算術運算QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.3二進制的算術運算（自學）二進制的算術運算（自學）1、二進制加法、二進制加法無符號二進制的加法規(guī)則：無符號二進制的加法規(guī)則： 0+0=0，0+1=1，1+1= 10。例例1.3.1 計算兩個二進制數計算兩個二進制數1010和和0101的和。的和。解：解：1111 1010 0101 1.3.1無符號數算術運算無符號數算術運算QYYHengyang Normal UniversityDepartment of

38、 P.&E.I.S數字電子技術無符號二進制數的減法規(guī)則：無符號二進制數的減法規(guī)則：0-0=0， 1-1=0，1-0=1 0-1= 112二進制減法二進制減法例例1.3.2 計算兩個二進制數計算兩個二進制數1010和和0101的差。的差。解：解：1010 1010 0101 QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術3、乘法和除法、乘法和除法例例1.3.3 計算兩個二進制數計算兩個二進制數1010和和0101的積。的積。解：解： 010011 0000010100000101 1 0 1 0 0101 QYY

39、Hengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術例例1.3.4 計算兩個二進制數計算兩個二進制數1010和和111之商。之商。解解：余數11 111 0101 111 0011 111 1101.0101111 QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.3.2帶符號二進制的減法運算帶符號二進制的減法運算二進制數的最高位表示符號位，且用二進制數的最高位表示符號位，且用0 0表示正數，用表示正數，用1 1表示負表示負數。其余部分數。其余部分表示表示

40、數值位。數值位。-原碼原碼有符號的二進制數表示有符號的二進制數表示 : :1. 1. 二進制數的補碼表示二進制數的補碼表示補碼或反碼的最高位為符號位，正數為補碼或反碼的最高位為符號位，正數為0 0，負數為，負數為1 1。當二進制數為正數時，其補碼、反碼與原碼相同。當二進制數為正數時，其補碼、反碼與原碼相同。當二進制數為負數時，將原碼的數值位逐位求反，然后在最低當二進制數為負數時，將原碼的數值位逐位求反，然后在最低位加位加1 1得到補碼。得到補碼。(+11)D =(0 1011) B( 11)D =(1 1011) BQYYHengyang Normal UniversityDepartment

41、 of P.&E.I.S數字電子技術例例: : 八位二進制補碼的范圍八位二進制補碼的范圍:-128:-128127;127; 八位二進制反碼的范圍八位二進制反碼的范圍:-127:-127127, 127, 0;0;：；：；： 八位二進制原碼的范圍八位二進制原碼的范圍:-127:-127127, 127, 0 0；：；：；：QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術減法運算的原理減法運算的原理: :減去一個正數相當于加上一個負數減去一個正數相當于加上一個負數A B=A+( B)，對，對( B)求補碼，然后進行

42、加法運算。求補碼，然后進行加法運算。2. 2. 二進制補碼的減法運算二進制補碼的減法運算例例1.3.7 試用試用4 4位二進制補碼計算位二進制補碼計算5 5 2 2。 1100101111010 自動丟棄自動丟棄解：因為解：因為(5 2)補補=(5)補補+( 2) 補補=0101+1110=0011所以所以 5 2=3QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術001111101010 例例1.3.8 試用試用4位二進制補碼計算位二進制補碼計算5+7。3. 溢出溢出解決溢出的辦法解決溢出的辦法:進行位擴展進行位擴展.

43、解：因為解：因為(5+7)補補=(5)補補+(7) 補補=0101+0111=1100QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術4. 4. 溢出的判別溢出的判別如何判斷是否產生溢出？如何判斷是否產生溢出？ 0001110111101 83)5 73)4 1 1 10011000010 96)3 11 10101011011 86)2 0001001100100QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術在加法中，在加法中，溢出只可能發(fā)生在

44、兩個數同為正數溢出只可能發(fā)生在兩個數同為正數或同為負數時，或同為負數時，當方框中的進位位與和數的符當方框中的進位位與和數的符號位（即號位（即b b3 3位）相反時，則運算結果是錯誤的，位）相反時，則運算結果是錯誤的，產生溢出。產生溢出。96)1510010000 0 0101111111110000 QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.4二進制代碼二進制代碼1.4.1 二二- -十進制碼十進制碼1.4.2 格雷碼格雷碼1.4.3 ASCII碼碼QYYHengyang Normal UniversityDe

45、partment of P.&E.I.S數字電子技術1.4二進制代碼二進制代碼二進制代碼的位數二進制代碼的位數(n),與需要編碼的事件（或信息）的個與需要編碼的事件（或信息）的個 數數(N)之間應滿足以下關系：之間應滿足以下關系：2n-1N2n1. 二二十進制碼十進制碼 (數值編碼數值編碼)(BCD碼碼- Binary Coded Decimal）用用4位二進制數來表示一位十進制數中的位二進制數來表示一位十進制數中的09十個數碼。十個數碼。 從從4 位二進制數位二進制數16種代碼中種代碼中,選擇選擇10種來表示種來表示09個數碼的個數碼的方案有很多種。每種方案產生一種方案有很多種。每種

46、方案產生一種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QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術BCD碼十進制數碼8421碼2421 碼5421 碼余3碼余3循環(huán)碼00000000000000011001010001000100010100011020010001000100101011130011001100110110010140100010001000111010050101101110001000110060110110010011001110170111110110101010

47、1111810001110101110111110910011111110011001010（1 1）幾種常用）幾種常用的的BCD代碼代碼1.4.1二二- -十進制碼十進制碼QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術（2）各種編碼的特點）各種編碼的特點 余碼的特點余碼的特點:當兩個十進制的和是當兩個十進制的和是10時，相應的二進制正好時，相應的二進制正好是是16，于是可自動產生進位信號，于是可自動產生進位信號,而不需修正而不需修正0和和9, 1和和8,.6和和3的余碼互為反碼的余碼互為反碼,這對在求對于這對在求對于

48、10的補碼很方便。的補碼很方便。 余余3碼循環(huán)碼：相鄰的兩個代碼之間僅一位的狀態(tài)不同。按余碼循環(huán)碼：相鄰的兩個代碼之間僅一位的狀態(tài)不同。按余3碼循環(huán)碼組成計數器時，每次轉換過程只有一個觸發(fā)器翻轉，譯碼循環(huán)碼組成計數器時，每次轉換過程只有一個觸發(fā)器翻轉，譯碼時不會發(fā)生競爭冒險現象。碼時不會發(fā)生競爭冒險現象。有權碼：編碼與所表示的十進制數之間的轉算容易有權碼：編碼與所表示的十進制數之間的轉算容易 如如(10010000) 8421BCD=(90)QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術對于有權對于有權BCD碼，可以根

49、據位權展開求得所代表的十進制碼，可以根據位權展開求得所代表的十進制數。例如：數。例如： ( )D BCD2421 7112041211101=+= (4)求求BCD代碼表示的十進制數代碼表示的十進制數( )D BCD8421 7112141800111=+= QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術對于一個多位的十進制數，需要有與十進制位數相同的幾對于一個多位的十進制數，需要有與十進制位數相同的幾組組BCD代碼來表示。例如：代碼來表示。例如： BCD2421 236810 BCD8421 536410 0010

50、.0011 1100 11102 .8630101 .0011 0110 01005 .463 不能省略不能省略！不能省略不能省略！(3)用用BCD代碼表示十進制數代碼表示十進制數二進制數轉換為二進制數轉換為BCD碼通過十進制數過渡碼通過十進制數過渡.QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.4.2 格 雷 碼 格雷碼是一種無權碼。格雷碼是一種無權碼。二進制碼b3b2b1b0格雷碼G3G2G1G00000000100100011010001010110011110001001101010111100110111

51、1011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000 編碼特點是：任何兩個相鄰代碼編碼特點是：任何兩個相鄰代碼之間僅有一位不同。之間僅有一位不同。 該特點常用于模擬量的轉換。當該特點常用于模擬量的轉換。當模擬量發(fā)生微小變化，格雷碼僅僅模擬量發(fā)生微小變化，格雷碼僅僅改變一位，這與其它碼同時改變改變一位，這與其它碼同時改變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。容易檢錯。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.

52、S數字電子技術格雷碼求法格雷碼求法某二進制數為某二進制數為01221BBBBBnn 其對應的格雷碼為其對應的格雷碼為01221GGGGGnn 其中：最高位保留其中：最高位保留11nnBG其他各位其他各位iiiBBG1i=0，1，2，n-2例：二進制數例：二進制數格雷碼格雷碼異或運算：異或運算：相同為相同為0相異為相異為1111011 0 1 1 0101101 1 1 0 1格雷碼格雷碼二進制數二進制數QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術課 外 作 業(yè)P37 1.2. 2 (2) (3) 1.2.5 (2)

53、1.4.1 (2) QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術 1.4.3 ASCII 碼(字符編碼) ASCII碼即美國標準信息交換碼。碼即美國標準信息交換碼。它共有它共有128個代碼，可以表示大、小寫英文字母、十進制個代碼，可以表示大、小寫英文字母、十進制數、標點符號、運算符號、控制符號等，普遍用于計算機數、標點符號、運算符號、控制符號等，普遍用于計算機的鍵盤指令輸入和數據等的鍵盤指令輸入和數據等。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字

54、電子技術例：QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術1.5 二值邏輯變量與基本邏輯運算二值邏輯變量與基本邏輯運算* *邏輯運算邏輯運算: : 當當0和和1表示表示邏輯狀態(tài)時，兩個二進制數碼按照某邏輯狀態(tài)時，兩個二進制數碼按照某種特定的因果關系進行的運算。種特定的因果關系進行的運算。邏輯運算使用的數學工具是邏輯代數。邏輯運算使用的數學工具是邏輯代數。邏輯運算的描述方式邏輯運算的描述方式:邏輯代數表達式、真值表、邏輯圖、卡諾邏輯代數表達式、真值表、邏輯圖、卡諾圖、波形圖和硬件描述語言（圖、波形圖和硬件描述語言（HDL

55、) 等。等。* 邏輯代數與普通代數邏輯代數與普通代數:與普通代數不同與普通代數不同,邏輯代數中的變量只有邏輯代數中的變量只有0和和1兩個可取值，它們分別用來表示兩個完全對立的邏輯狀態(tài)。兩個可取值，它們分別用來表示兩個完全對立的邏輯狀態(tài)。在邏輯代數中，有與、或、非三種基本的邏輯運算。在邏輯代數中，有與、或、非三種基本的邏輯運算。QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術 電路狀態(tài)表電路狀態(tài)表開關開關S1開關開關S2燈燈斷斷斷斷滅滅斷斷合合滅滅合合合合斷斷滅滅合合亮亮S1S2燈燈電源電源與運算與運算(1)與邏輯與邏輯:

56、只有當決定某一事件的條件全部具備時，只有當決定某一事件的條件全部具備時，這一事件才會發(fā)生。這種因果關系稱為與邏輯關系。這一事件才會發(fā)生。這種因果關系稱為與邏輯關系。與邏輯舉例與邏輯舉例QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術 邏輯真值表邏輯真值表ABL001010110001 與邏輯舉例狀態(tài)表與邏輯舉例狀態(tài)表開關開關S S1 1開關開關S S2 2燈燈斷斷斷斷滅滅斷斷合合滅滅合合合合斷斷滅滅合合亮亮邏輯表達式邏輯表達式與邏輯：與邏輯：L = A = AB 與邏輯符號與邏輯符號ABL& &ABL與運

57、算與運算QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術 電路狀態(tài)表電路狀態(tài)表開關開關S1開關開關S2燈燈斷斷斷斷滅滅斷斷合合亮亮合合合合斷斷亮亮合合亮亮、或運算、或運算只要在決定某一事件的各種條件中，有一個或幾個條件具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。這種因果關系稱為或邏輯關系。備時，這一事件就會發(fā)生。這種因果關系稱為或邏輯關系。S1燈燈電源電源S2 或邏輯舉例或邏輯舉例QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S

58、數字電子技術 邏輯真值表邏輯真值表ABL001010110111 或邏輯舉例狀態(tài)表或邏輯舉例狀態(tài)表開關開關S S1 1開關開關S S2 2燈燈斷斷斷斷滅滅斷斷合合滅滅合合合合斷斷滅滅合合亮亮邏輯表達式邏輯表達式或邏輯：或邏輯：L = A + 或邏輯符號或邏輯符號A AB BL LB BL L11A A、或運算、或運算QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術非邏輯舉例狀態(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.非運算非運算事件發(fā)生的條件具備時，事件不會發(fā)生；事件發(fā)生的條件事件發(fā)生的條件具備時，事件不

59、會發(fā)生；事件發(fā)生的條件不具備時，事件發(fā)生。這種因果關系稱為非邏輯關系。不具備時，事件發(fā)生。這種因果關系稱為非邏輯關系。 A VNC 非邏輯舉例非邏輯舉例QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術 非邏輯真值表非邏輯真值表AL0110非邏輯符號非邏輯符號邏輯表達式邏輯表達式L = A 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A A1 1L LA AL L3.非運算非運算QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術

60、兩輸入變量與非兩輸入變量與非邏輯真值表邏輯真值表ABL001010111110ABLAB&L與非邏輯符號與非邏輯符號4. 幾種常用復合邏輯運算幾種常用復合邏輯運算與非邏輯表達式與非邏輯表達式L = A B1)與非運算與非運算QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術 兩輸入變量或非兩輸入變量或非邏輯真值表邏輯真值表ABL001010111000B1AABLL或非邏輯符號或非邏輯符號2)或非運算或非運算L = A+B或非邏輯表達式或非邏輯表達式QYYHengyang Normal UniversityDepartment of P.&E.I.S數字電子技術3 )異或邏輯異或邏輯若兩個輸入變量的值相異，輸出為若兩個輸入變量的值相異，輸出為1，否則為，否則為0。 異或邏輯真值表異或邏輯真值表ABL000101011110BAL=1ABL異或邏輯符號異或邏輯符號異或邏輯表達式異