《数制与码制 》PPT课件.ppt

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1、 徐振方徐振方徐振方徐振方 电气工程学院电气工程学院电气工程学院电气工程学院 数字电子技术基础数字电子技术基础（阎石（阎石（阎石（阎石 第五版）第五版）第五版）第五版）2/4/20231 主讲内容及重点（主讲内容及重点（5454学时）学时）第一章第一章第一章第一章 数制和码制（数制和码制（数制和码制（数制和码制（5 5 5 5分分分分）第二章第二章第二章第二章 逻辑代数基础（逻辑代数基础（逻辑代数基础（逻辑代数基础（1515分）分）分）分）第三章第三章第三章第三章 门电路（门电路（门电路（门电路（1010分）分）分）分）第四章第四章第四章第四章 组合逻辑电路（组合逻辑电路（组合逻辑电路（组合逻

2、辑电路（2020分）分）分）分）第五章第五章第五章第五章 触发器（触发器（触发器（触发器（1515分）分）分）分）第六章第六章第六章第六章 时序逻辑电路（时序逻辑电路（时序逻辑电路（时序逻辑电路（2020分）分）分）分）第十章第十章第十章第十章 脉冲波形的产生与整形（脉冲波形的产生与整形（脉冲波形的产生与整形（脉冲波形的产生与整形（5 5分）分）分）分）第十一章第十一章第十一章第十一章 A/D A/D、D/AD/A（5 5分）分）分）分）第七章第七章第七章第七章 半导体存储器（半导体存储器（半导体存储器（半导体存储器（5 5分）分）分）分）2/4/20232第第1 1章章 数制和码制数制和码制

3、 数字电路的学习方法数字电路的学习方法 电子技术的发展与应用电子技术的发展与应用 数字电路与模拟电路数字电路与模拟电路1.1 1.1 数字电路概述数字电路概述结束结束结束结束放映放映放映放映2/4/20233 数字电路的学习方法数字电路的学习方法 （1）逻辑代数是分析和设计数字电路的重要工具，应熟练掌握。（2）重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能、外部特性及典型应用。对其内部电路结构和工作原理不必过于深究。（3）掌握基本的分析方法。（4）本课程实践性很强。应重视习题、基础实验和综合实训等实践性环节。（5）注意培养和提高查阅有关技术资料和数字集成电路产品手册的能力。2/4/202341.1.1

4、 电子技术的发展与应用电子技术的发展与应用1.电子技术的应用科学研究中，先进的仪器设备；传统的机械行业，先进的数控机床、自动化生产线；通信、广播、电视、雷达、医疗设备、新型武器、交通、电力、航空、宇航等领域；日常生活的家用电器；电子计算机及信息技术。2/4/20235电视技术电视技术雷达技术雷达技术通信技术通信技术计算机、自动控制计算机、自动控制航空航天航空航天21世世纪纪是是信信息息数数字字化化的的时时代代，“数数字字电电子子技技术术”是是数数字字技技术的基础，是电子信息类各专业的主要技术基础课程之一。术的基础，是电子信息类各专业的主要技术基础课程之一。2/4/202362.4GHz ISM

5、2.4GHz ISM2.4GHz ISM2.4GHz ISM带宽无线系统带宽无线系统带宽无线系统带宽无线系统2.4GHz ISM band Radio2.4GHz ISM band Radio2.4GHz ISM band Radio2.4GHz ISM band Radio206MHz StrongARM Processor206MHz StrongARM Processor206MHz 206MHz 增强型增强型ARMARM处理器处理器4 4 4 4通道声音传感器通道声音传感器通道声音传感器通道声音传感器4-channel acoustic Sensor4-channel acoustic

6、 Sensor4-channel acoustic Sensor4-channel acoustic Sensor2/4/202372.2.电子技术的发展电子技术的发展电子器件的改进与创新电子器件的改进与创新 19041904年发明电子真空器件（电子管）电子管时代。19481948年发明半导体器件晶体管时代。2020世纪6060年代制造出集成电路集成电路时代。电子管是英国物理学家弗莱明发明，电子管是英国物理学家弗莱明发明，世界上第一台计算机用世界上第一台计算机用1.8万个电子管，占地万个电子管，占地170m2，重重30t，功率，功率150kw按集成电路规模分类集成度：每块集成电路芯片中包含的元

7、器件数目小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）2/4/202383.3.电子技术的分类电子技术的分类 电子技术：研究电信号的产生、传送、接收和处理。l 模拟电子技术l 数字电子技术2/4/202391.1.2 数字电路与模拟电路数字电路与模拟电路1.基本概念电信号：指随时间

8、变化的电压和电流。模拟信号：在时间和幅值上都为连续的信号。数字信号：在时间和幅值上都为离散的信号。模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。数字电路：处理和传输数字信号的电路。2/4/202310模拟信号：时间上连续：任意时刻有一个相对的值。数值上连续：可以是在一定范围内的任意值。例如：电压、电流、温度、声音等。真实的世界是模拟的。缺点：很难度量；容易受噪声的干扰；难以保存。优点：用精确的值表示事物。模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。三极管工作在线性放大区。2/4/202311数字信号：时间上离散：只在某些时刻有定义。数值上离散：变量只能是有限集合的一个值，常用0、1二进制数表示。例如：开关通断、

9、电压高低、电流有无。2/4/202312数字化时代：音乐：CD、MP3 MP4电影：MPEG、RM、DVD数字电视 等离子电视数字照相机数字摄影机手机数字电路：处理和传输数字信号的电路。三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。2/4/2023132.2.数字电路特点（与模拟电路相比）数字电路特点（与模拟电路相比）（1）数字电路的基本工作信号是用1和0表示的二进制的数字信号，反映在电路上就是高电平和低电平。（2）晶体管处于开关工作状态，抗干扰能力强、精度高。（3）通用性强。结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产。（4）具有“逻辑思维”能力。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、

10、逻辑判断，故又称为数字逻辑电路。2/4/202314越来越大的设计 越来越短的推向市场的时间 越来越低的价格 大量使用计算机辅助设计工具（EDA技术）多层次的设计表述 大量使用复用技术 IP（Intellectual Property）3.3.当前数字电路设计的趋势当前数字电路设计的趋势2/4/2023151.2 数制及编码数制及编码 数制数制 数制转换数制转换 编码编码结束结束结束结束放映放映放映放映2/4/2023161.2.1 1.2.1 数制数制1.十进制 l数字符号（系数）：0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9l计数规则：逢十进一，借一当十。

11、借一当十。l基数：10 10 用字母D（Decimal）表示l权：1010的幂 例：（19991999）10 10 =（1101103 3+910+9102 2+910+9101 1+910+9100 0）1010数码数码：由数字符号构成且表示物理量大小的数字和数字组合。计数制计数制（简称数制）：多位数码中每一位的构成方法，以及从低位到高位的进制规则。2/4/202317式中，式中，a ai i为十进制数的任意一个数码；为十进制数的任意一个数码；n n、m m为正整数，为正整数，n n表示表示整数部分数位，整数部分数位，m m表示小数部分数位。表示小数部分数位。总结：总结：2/4/202318

12、上上述述十十进进制制数数按按位位权权展展开开的的方方法法，可可以以推推广广到到任任意意进进制制的的计计数数制制。对对于于一一个个基基数数为为R R(R R2)2)的的R R进进制制计计数数制制，共共有有0 0、1 1、(R R-1)-1)个个不不同同的的数数码码，则则一一个个R R进进制制的的数数按按位位权权可可展展开开为：为：这这种种计计数数法法叫叫做做“R R进进制制”计计数数法法，R R称称为为计计数数制制的的基基数数或或称称为为计计数数的的模模(mod)(mod)。在在数数N N的的表表示示中中，用用下下角角标标或或(mod=(mod=R R)来来标标明模。明模。2/4/2023192

13、.二进制 l数字符号：0 0、1 1l计数规则：逢二进一，借一当二借一当二l基数：2 2 用字母B(Binary)表示l权：2 2的幂一般形式为：（N N）2 2=（b bn-1n-1b bn-2n-2bb 1 1b b0 0）2 2 =(b=(bn-1n-122n-1n-1b bn-2n-222n-2n-2b b1 1221 1b b0 0220 0)1010例：（10111011011101）2 2=（12126 6+02+025 5+12+124 4+12+123 3+12+122 2+02+021 1+12+120 0）1010 =（64+0+16+8+4+0+164+0+16+8+4

14、+0+1）1010 =（9393）1010数值越大，位数越多，读写不方便，容易出错！2/4/2023203.八进制 l数字符号：0707l计数规则：逢八进一l基数：8 8 用字母O(Octal)表示l权：8 8的幂例：（127127）8 8=（18182 2+28+281 1+78+780 0）1010 =（64+16+764+16+7）1010 =（8787）10102/4/2023214.十六进制 l数字符号：0909、A A、B B、C C、D D、E E、F Fl计数规则：逢十六进一l基数：16 16 用字母H(Hexadecimal)来表示l权：1616的幂例：（5D5D）1616=

15、（5165161 1+1316+13160 0）1010 =（80+1380+13）1010 =（9393）10102/4/2023221.2.2 1.2.2 数制转换数制转换 l1.十进制数转换成二进制l 整数部分的转换：除2取余法。例：求（217）10=（）（）2 解：2 217 余余1 b0 2 108 余余0 b1 2 54 余余0 b2 2 27 余余1 b3 2 13 余余1 b4 2 6 余余0 b5 2 3 余余1 b6 2 1 余余1 b7 0（217）10=（11011001）22/4/202323例：求（0.3125）10=（）2 解：0.3125 2=0.625 整数为

16、整数为0 b-1 0.625 2=1.25 整数为整数为1 b-2 0.25 2=0.5 整数为整数为0 b-3 0.5 2=1.0 整数为整数为1 b-4 说明：有时可能无法得到0的结果，这时应根据转换精度的要求适当取一定位数。小数部分的转换：乘2 2取整法。（0.3125）10=（0.0101）22/4/2023242.二进制与八进制、十六进制之间的转换 l（1）二进制与八进制之间的转换l 三位二进制数对应一位八进制数。（）（）2 2 =（101101，011011，100100，101101）2 2=（53455345）8 8（65746574）8 8=（110110，101101，11

17、1111，100100）2 2=（）（）2 22/4/202325（2）二进制与十六进制之间的转换l例如：l（9A7E）16=（1001 1010 0111 1110）2l =（）（）2四位二进制数对应一位十六进制数。（）（）2=（0101 1101 0110）2 =（5D6）162/4/202326表1-1 几种计数进制数的对照表十进制二进制八进制十六进制00000001000111200102230011334010044501015560110667011177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E151

18、11117F2/4/202327、反码、补码和补码运算、反码、补码和补码运算原码最高位作为符号位,正数为0,负数为1.补码最高位作为符号位,正数为0,负数为1.正数的补码和它的原码相同;负数的补码需先将其原码数值逐位求反,然后在最低位加1.2/4/202328舍去计算(1001)2-(0101)2 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 补码 补码 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0二进制加、减、乘、除都可以用加法运算来实现。减法变加法例例2/4/2023291.2.4 1.2.4 编码编码 二进制代码：具有特定意义的二进制数码。编码：代码的编制过程。BCD

19、码：用一个四位二进制代码表示一位十进制数字的编码方法。常用的BCD码：8421、5421、2421、余3码等。1.二十进制编码（BCD码）(Binary Coded Decimal)2/4/202330表1-2 几种常用的BCD码 十进制数8421码5421码余3码00000000000111000100010100200100010010130011001101104010001000111501011000100060110100110017011110101010810001011101191001110011002/4/202331（1）8421码l选取0000100100001001

20、表示十进制数0909。l按自然顺序的二进制数表示所对应的十进制数字。l是有权码（恒权代码），从高位到低位的权依次为8 8、4 4、2 2、1 1，故称为84218421码。l1010111110101111等六种状态是不用的，称为禁用码。例：（1985）10=（0001 1001 1000 0101）8421BCD2/4/202332（2）54215421码（3）余3 3码选取0000010000000100和1000110010001100这十种状态。0101011101010111和1101111111011111等六种状态为禁用码。是有权码（恒权代码），从高位到低位的权值依次为5 5、4

21、 4、2 2、1 1。选取0011110000111100这十种状态。与84218421码相比，对应相同十进制数均要多3 3（00110011），故称余3 3码。2/4/2023332.其它常用的代码（1）格雷码（又称循环码）特点特点：任意两个相邻的数所对应的代码之间只有一位不同，其余位都相同。循环码的这个特点，使它在代码的形成与传输时引起的误差比较小。2/4/202334表1-3 四位循环码的编码表十进制数循环码十进制数循环码000008110010001911012001110111130010111110401101210105011113101160101141001701001510

22、002/4/202335（2）奇偶校验码 具有检错能力，能发现奇数个代码位同时出错的情况。构成构成：信息位(可以是任一种二进制代码)及一位校验位。校验位数码的编码方式校验位数码的编码方式：“奇校验奇校验”时时，使校验位和信息位所组成的每组代码中含有奇数个1；“偶校验偶校验”时时，使校验位和信息位所组成的每组代码中含有偶数个1。2/4/202336表1-4奇偶校验码（以8421BCD码为例）2/4/202337（3）字符码字符码字符码：专门用来处理数字、字母及各种符号的二进制代码。最常用的：美国标准信息交换码ASCIIASCII码码。ASCII(American Standard Code for Information ASCII(American Standard Code for Information Interchange)Interchange)用7位二进制数码来表示字符。可以表示27128个字符。2/4/202338表1-5 美国标准信息交换码（ASCII码）2/4/202339本章小结本章小结 数字电路中广泛采用二进制，二进制的特点是逢二进一，用0和1表示逻辑变量的两种状态。二进制可以方便地转换成八进制、十进制和十六制。BCD码是十进制数的二进制代码表示，常用的BCD码是8421码。2/4/202340