數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第1章--康華光-第五版

1、2022-3-191電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第五版樊 冰2022-3-192主要內(nèi)容l 1 數(shù)字邏輯概論l 2 邏輯代數(shù)與硬件描述語言基礎(chǔ)l 3 邏輯門電路l 4 組合邏輯電路l 5 鎖存器和觸發(fā)器l 6 時序邏輯電路l 7 存儲器、復(fù)雜可編程器件和現(xiàn)場可編程門陣列l(wèi) 8 脈沖波形的變換與產(chǎn)生l 9 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器2022-3-1931 數(shù)字邏輯概論l1.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號l1.2 數(shù)制l1.3 二進制的算術(shù)運算l1.4 二進制代碼(碼制)l1.5 二值邏輯變量與基本邏輯運算l1.6 邏輯函數(shù)及其表示方法2022-3-1941.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號2022-3-1951.1.1 數(shù)字技

2、術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用l發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛電子計算機數(shù)碼相機DVD (其他內(nèi)容請同學(xué)們自己閱讀)2022-3-1961.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點lSSI（Small Scale Integrated circuit）lMSI （Medium Scale Integrated circuit）lLSI （Large Scale Integrated circuit）lVLSI （Very Large Scale Integrated circuit）lULSI （Ultra Large Scale Integrated circuit）ASIC（Application Specific Int

3、egrated cricuit）PLD （Programmable Logic Device）2022-3-197數(shù)字電路的分析方法l分析工具：邏輯代數(shù)l分析對象：輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系l表達(dá)方式：（1）真值表（2）功能表（3）邏輯表達(dá)式（4）波形圖（5）卡諾圖2022-3-198數(shù)字電路的設(shè)計方法 從給定的邏輯功能出發(fā)，確定輸入、輸出變量之間的邏輯關(guān)系，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷⒃O(shè)計符合要求的邏輯電路。 目前主要的設(shè)計方式是利用EDA（電路仿真軟件）進行設(shè)計。2022-3-1991.1.3 模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：時間、幅度均連續(xù)數(shù)字信號：時間、幅度均離散2022-3-19101.1.4 數(shù)

4、字信號的描述方法l二值數(shù)字邏輯（二進制） 0和1即可表示數(shù)量也可表示兩種不同的邏輯狀態(tài)。l邏輯電平 不是物理量，而是物理量的相對表示。 在電路中用低、高電平表示0、1兩種邏輯狀態(tài)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）2022-3-1911(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)的圖形表示數(shù)字波形數(shù)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. .1.1.4 數(shù)字信號的描

5、述方法2022-3-19121.1.4 數(shù)字信號的描述方法l數(shù)字波形（1）歸零型、非歸零型（2）周期性非周期性（3）數(shù)據(jù)傳輸速率：比特率（4）占空比：%100TtqwwtT2022-3-1913（5）實際數(shù)字信號波形2022-3-19141.2 數(shù) 制2022-3-1915數(shù)碼記數(shù)規(guī)律基數(shù)權(quán)加權(quán)和的形式書寫十進制09逢十進一1010i4589.29 = 4103 5102 8101 9100 210-1 910-2(N)D二進制0、1逢二進一22i1101.101 = 123 122 021 120 12-1 02-2 12-3(N)B八進制07逢八進一88i(N)O十六進制0F逢十六進一16

6、16iAD.1C = 10161 13160 116-1 1216-2(N)H常用的四種數(shù)制基數(shù)基數(shù)：數(shù)碼的個數(shù)2022-3-1916數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換1.二進制-十進制例例1. 1. 將二進制數(shù)將二進制數(shù)10011.10110011.101轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 解：解：將每一位二進制數(shù)乘以位權(quán)，然后相加，將每一位二進制數(shù)乘以位權(quán)，然后相加，可得可得(10011.101)(10011.101)B B1 12 24 40 02 23 30 02 22 21 12 21 11 12 20 0 1 12 21 10 02 22 21 12 23 3 （19.625)19.625)D D202

7、2-3-19172.八進制-十進制例例2. 2. 將八進制數(shù)將八進制數(shù)(75.3)(75.3)O O轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 解：解：將每一位將每一位八八進制數(shù)乘以位權(quán)，然后相加，進制數(shù)乘以位權(quán)，然后相加，可得可得(75.3)(75.3)O O7 78 81 15 58 80 03 38 8-1-1 （61.375)61.375)D D2022-3-19183.十六進制-十進制例例3. 3. 將將十六進制數(shù)（進制數(shù)（AF.1AF.1）H H轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 解：解：將每一位將每一位十六進制數(shù)乘以位權(quán)，然后相加，進制數(shù)乘以位權(quán)，然后相加，可得可得（AF.1AF.1）H H

8、 101016161 1151516160 01 11616-1-1 （175.0625)175.0625)D D 2022-3-19194.十進制十進制-二進制二進制整數(shù)部分：除2求余例4 將十進制數(shù)23轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。解：(23)D = = (10111)B00111122.22bbbbnnnn231152122222余0余1余1余1余10bbbbb01234 讀取次序2022-3-1920小數(shù)部分：乘2取整 例例3 3 將十進制數(shù)將十進制數(shù)0.7060.706轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。 要求誤差不大于要求誤差不大于2 2-9-9解：解： (0.706)D = = (0.101101

9、001)B0.7060.706* *2=1.412-12=1.412-10.4120.412* *2=0.824-02=0.824-00.8240.824* *2=1.648-12=1.648-10.6480.648* *2=1.296-12=1.296-10.2960.296* *2=0.592-02=0.592-00.5920.592* *2=1.184-12=1.184-10.1840.184* *2=0.368-02=0.368-00.3680.368* *2=0.736-02=0.736-00.7360.736* *2=1.472-12=1.472-1 誤差不大于誤差不大于2 2-9

10、-9 保留到-9位nnnnbbbb22.22)1()1(22112022-3-1921l 5.十進制-八進制l 6.十進制-十六進制l 7.二進制-八進制l 8.二進制-十六進制l 9.八進制-十六進制l 1.2.2 二進制的波形表示及二進制數(shù)據(jù)的傳輸自學(xué)部分2022-3-19221.3 二進制的算術(shù)運算2022-3-19231.3.1 無符號二進制數(shù)的算術(shù)運算l1.二進制加法l2.二進制減法 1 0 1 1+ 0 0+1 1+11 1 1 1 0 1 0 0 1- 0-1 0-1 1 1 0 1 1 0 2022-3-1924l3. 二進制乘法 乘法：左移被乘數(shù)與加法運算的組合乘法：左移被乘

11、數(shù)與加法運算的組合 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0l4. 二進制除法 除法：右移除數(shù)與減法運算組成除法：右移除數(shù)與減法運算組成 1.0 1 1111 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 12022-3-19251.3.2 帶符號二進制數(shù)的減法運算l補碼的定義：(N)補=Rn N R-基數(shù) n-位數(shù)l十進制數(shù)補碼十進制數(shù)2，位數(shù)為一位，補碼為：10-2=8十進制數(shù)2，位數(shù)為二位，補碼為：100-2=98l二進制數(shù)補碼二進制數(shù)0110，位數(shù)為四位，補碼為：10

12、000-0110=1010 即 16-6=101010就是0110的四位二進制補碼2022-3-1926l二進制補碼的求法 1.有符號二進制數(shù)的最高位是符號位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。 2.正數(shù)的反碼、補碼與原碼相同。 3.負(fù)數(shù)的補碼等于將原碼的數(shù)值位逐位求反(既得反碼)，然 后在最低位加1l帶符號二進制數(shù)減法運算 帶符號二進制數(shù)的減法運算等于被減數(shù)的補碼加上減數(shù)的補碼并將結(jié)果中符號位的進位位丟棄。2022-3-1927例：求四位二進制數(shù)減法 5-2解： 5的補碼=原碼=0101 ； -2（1010）的補碼= -2的反碼+1=1101+1=1110； 5-2=0101+1110=10011=0

13、011=3 0 1 0 1 + 1 1 1 01 0 0 1 1自動丟棄2022-3-19281.4 二進制代碼2022-3-1929代 碼 的 定 義：l 數(shù)字系統(tǒng)中的信息： 數(shù)值信息（計算） 文字符號信息（文本）l 為了表示文字符號信息，可以采用一定位數(shù)的二進制數(shù)碼表示，這些不同組合的數(shù)碼不表示數(shù)量大小，僅僅用來區(qū)別不同的事物而已。l 這些特定的二進制數(shù)碼稱為代碼。以一定的規(guī)則編制代碼的過程稱為編碼，反之，將代碼還原成原始信息的過程稱為解碼或譯碼。2022-3-1930編碼：l現(xiàn)實生活中，漢字的不同組合（名字）區(qū)別不同的人。l數(shù)字系統(tǒng)中，用具有一定位數(shù)的二進制數(shù)碼組合（代碼）來區(qū)別不同的狀

14、態(tài)，包括十進制數(shù)值、字母、符號等等。l編碼（起名字）：任意，隨便2022-3-1931二進制編碼：l若需要編碼的信息項數(shù)為N，則需要的二進制碼的位數(shù)n應(yīng)該滿足 2n Nl常見碼制（編碼的規(guī)則）有：1.4.1 二-十進制碼（BCD碼）1.4.2 格雷碼1.4.3 ASCII碼2022-3-19321.4.1 二-十進制碼(BCD碼)：8421BCD最常用(258.369)D = (0010 0101 1000 . 0011 0110 1001)8421BCD = (0101 1000 1011 . 0110 1001 1100)余3碼2022-3-1933b3 b2 b1 b0G3 G2 G1

15、G0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0將格雷碼的前將格雷碼的前3個、后個、后3個去掉，得到余三循環(huán)碼個去掉，得到余三循環(huán)碼

16、1.4.2 格雷碼2022-3-19341.4.3 ASCII碼l ASCII碼是國際上最通用的一種字符碼，用7位二進制碼來表示128個字符，包括十進制數(shù)、英文大小寫字母、控制符、運算符以及特殊符號。l 計算機技術(shù)最初使用的目的純粹是為了計算，后來ASCII碼的引入使得文本成為計算機的新的處理對象。2022-3-1935第一講 作業(yè)l1.2.1l1.2.2（3）（4）l1.2.3（2）l1.2.5（2）l1.3.3（2）（3）l1.4.1（3）（4）l1.4.2（1）（4）2022-3-19361.5二值邏輯變量與基本邏輯運算2022-3-1937一、邏輯代數(shù)（用于邏輯分析的數(shù)學(xué)工具）l邏輯運

17、算：兩個二進制數(shù)碼按照某種指定的因果關(guān)系進行的運算。（或運算：0+1=1；1+1=1）l邏輯變量：與普通變量不同，邏輯變量只有兩個取值0和1，這里的0和1不表示數(shù)量，而是表示兩種完全對立的邏輯狀態(tài)。(0表示關(guān)閉，1表示打開)l邏輯代數(shù)：由邏輯變量（A,B,C.）和邏輯運算所組成的代數(shù)式叫做邏輯代數(shù)，又稱為布爾代數(shù)。（L=A+B）2022-3-1938二、三種基本邏輯和三種基本邏輯運算l與邏輯關(guān)系：決定某一事物結(jié)果的所有條件同時具備，結(jié)果才會發(fā)生，這一因果關(guān)系稱與邏輯關(guān)系，按照與邏輯關(guān)系進行的邏輯運算稱為與運算。l或邏輯關(guān)系：決定某一事物結(jié)果的諸條件只要有一個條件具備，結(jié)果就會發(fā)生，這一因果關(guān)系

18、稱或邏輯關(guān)系，按照或邏輯關(guān)系進行的邏輯運算稱為或運算。l非邏輯關(guān)系：決定某一事物結(jié)果的某一條件具備，結(jié)果就不發(fā)生，這一因果關(guān)系稱非邏輯關(guān)系，按照非邏輯關(guān)系進行的邏輯運算稱為非運算。2022-3-19391、與運算 當(dāng)開關(guān)A和和B同時閉合時，燈L亮；當(dāng)開關(guān)A、開關(guān)B有任一個打開時，燈L滅。設(shè)：條件(1)：開關(guān)A閉合還是不閉合。開關(guān)A閉合-條件(1)具備。 條件(2)：開關(guān)B閉合還是不閉合。開關(guān)B閉合-條件(2)具備。 結(jié)果：燈L亮還是不亮。燈亮-結(jié)果成立。2022-3-1940令：“1”表示條件具備、“0”表示條件不具備則：與運算表達(dá)式與運算表達(dá)式： A B L = AB 0 0 0 0 1 0

19、 1 0 0 1 1 1ABBAL與運算真值表0.0=00.1=01.0=01.1=1A B L不閉合 不閉合不亮不閉合 閉合不亮 閉合 不閉合 不亮 閉合 閉合 亮2022-3-1941與運算符號： (1)、矩形符號（國標(biāo)）： (2)、特異形符號（IEEE標(biāo)準(zhǔn)）：A&BBALABBAL2022-3-19422、或運算 當(dāng)開關(guān)A或或B閉合或者兩者都閉合時，燈L亮；當(dāng)開關(guān)A和B均斷開時，燈L滅。設(shè)：條件(1)：開關(guān)A閉合還是不閉合。開關(guān)A閉合-條件(1)具備。 條件(2)：開關(guān)B閉合還是不閉合。開關(guān)B閉合-條件(2)具備。 結(jié)果：燈L亮還是不亮。燈亮-結(jié)果成立。2022-3-1943令：

20、“1”表示條件具備、“0”表示條件不具備則：或運算表達(dá)式或運算表達(dá)式：A B L不閉合 不閉合不亮不閉合 閉合 亮 閉合 不閉合 亮 閉合 閉合 亮BAL或運算真值表0+0=00+1=11+0=11+1=1A B L=A+B0 0 00 1 11 0 11 1 12022-3-1944或運算符號： (1)、矩形符號（國標(biāo)）： (2)、特異形符號（IEEE標(biāo)準(zhǔn)）：A1BBALABBAL2022-3-19453、非運算 當(dāng)開關(guān)A不閉合時，燈L亮；當(dāng)開關(guān)A閉合時，燈L滅。條件：開關(guān)A閉合還是不閉合。開關(guān)A閉合-條件具備。 結(jié)果：燈L亮還是不亮。燈亮-結(jié)果成立。2022-3-1946令：“1”表示條件

21、具備、“0”表示條件不具備則：非運算表達(dá)式非運算表達(dá)式： A L 閉合 不亮不閉合 亮非運算真值表 A 0 1 1 0AL AL 10 01 2022-3-1947非運算符號： (1)、矩形符號（國標(biāo)）： (2)、特異形符號（IEEE標(biāo)準(zhǔn)）：A1AL AAL 2022-3-1948幾種常見邏輯運算1、與非與非運算：由與與運算和非非運算組合在一起的 邏輯運算。A B000011111110(a)ABL (b)&ABABL ABABL ABL 2022-3-19492、或非或非運算：由或或運算和非非運算組合在一起的 邏輯運算。01A B1011001(a)000L=A+B(b)AB 1L=A+BABL=A+BL=A+B2022-3-19503、異或異或運算：兩個輸入信號相同為0，不同為1。(b)11000A B10101(a)01BABA=1L =BAABL =BABABABAL2022-3-19514、同或同或運算：兩個輸入信號相同