数字数制码制课件.ppt
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1、数字数制码制第1页,此课件共72页哦1.本课程的性质本课程的性质是一门技术基础课是一门技术基础课2.特点特点非纯理论性课程非纯理论性课程实践性很强实践性很强以工程实践的观点来处理电路中的一些问题以工程实践的观点来处理电路中的一些问题3.研究内容研究内容研讨数字电路(系统)的分析与设计方法,研究已有数字电路的工作原理与逻研讨数字电路(系统)的分析与设计方法,研究已有数字电路的工作原理与逻辑功能,辑功能,根据逻辑功能要求设计合理的电路根据逻辑功能要求设计合理的电路4.教学目标教学目标能够对一般性的、常用的数字电路进行分析,同时对较简单的单元电路进能够对一般性的、常用的数字电路进行分析,同时对较简单
2、的单元电路进行设计。行设计。第2页,此课件共72页哦5.学习方法学习方法重点掌握基本概念、基本电路、基本方法。重点掌握基本概念、基本电路、基本方法。6.成绩评定成绩评定平时:平时:作业作业、测验、测验、出勤、出勤30%考试:考试:70%7.参考书参考书康华光主编,康华光主编,电子技术基础电子技术基础数字部分数字部分第三版,高教出版社第三版,高教出版社童诗白主编,童诗白主编,数字电子技术基础数字电子技术基础第二版,高教出版社第二版,高教出版社先修课程:先修课程:1.数学2.电路分析3.模拟电子线路后续课程:后续课程:1.计算机组成原理2.微机与接口技术3.计算机第3页,此课件共72页哦0.1数字
3、电路慨述数字电路慨述1、电子电路中的信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号幅度随时间连续变化的信号幅度随时间连续变化的信号幅度不随时间连续变化幅度不随时间连续变化,而是跳而是跳跃变化跃变化一、模拟信号与数字信号一、模拟信号与数字信号tV(t)tV(t)高高电平平低低电平平上跳沿上跳沿下跳沿下跳沿第4页,此课件共72页哦0.1数字电路慨述数字电路慨述二、数字电路及特点二、数字电路及特点1、数字电路2、数字电路中的电子器件工作在开关状态。数字电路中使用的信号是只用高、低电平两种形式出现的信号,晶体管工作于饱和区和截止区,放大区只是过渡状态。3、数字电路的类型:组合逻辑电路和时序逻辑电路。4、数字电路
4、研究的主要任务有两个:分析和设计。分析是对给定的电路的输入和输出之间的逻辑关系进行分析。设计是按照要求设计一个性能合适的电路。其主要分析工具是逻辑代数。表达电路的功能主要是真值表、逻辑函数表达式、波形图等。另一方面,电路的电器性能如基本数字电路的工作原理、静态特性和动态特性,也是数字电路的研究对象。处理数字信号的理数字信号的电路路数字数字电路路第5页,此课件共72页哦5、在电路功能上,数字电路除了可以对信号进行算术运算外,还能够进行逻辑判断。即具有一定的逻辑思维能力。6、数字电路也是一种脉冲电路。但数字电路研究的重点是单元电路之间的逻辑关系,而脉冲电路研究的重点是脉冲波形的产生和变换。7、数字
5、电路的举例数字频率计:脉冲放大与整形门电路秒脉冲发生器计数和显示二、数字电路及特点二、数字电路及特点0.1数字电路慨述数字电路慨述第6页,此课件共72页哦1、工作任务不同:模拟电路研究的是输出与输入信号之间的大小、相位、失真等方面的关系;数字电路主要研究的是输出与输入间的逻辑关系(因果关系)。模拟电路中的三极管工作在线性放大区,是一个放大元件;数字电路中的三极管工作在饱和或截止状态,起开关作用。因此,基本单元电路、分析方法及研究的范围均不同。2、三极管的工作状态不同:三、模拟电路与数字电路的区别三、模拟电路与数字电路的区别0.1数字电路慨述数字电路慨述第7页,此课件共72页哦四、模拟电路研究的
6、问题四、模拟电路研究的问题基本电路元件:基本模拟电路:晶体三极管场效应管集成运算放大器信号放大及运算(信号放大、功率放大)信号处理(采样保持、电压比较、有源滤波)信号发生(正弦波发生器、三角波发生器、)0.1数字电路慨述数字电路慨述第8页,此课件共72页哦五、数字电路研究的问题五、数字电路研究的问题基本基本电路元件路元件基本数字基本数字电路路逻辑门电路路触触发器器组合合逻辑电路路时序序电路(寄存器、路(寄存器、计数器、脉冲数器、脉冲发生器、脉冲整形生器、脉冲整形电路)路)A/D转换器、器、D/A转换器器0.1数字电路慨述数字电路慨述第9页,此课件共72页哦六数字脉冲电路的特点六数字脉冲电路的特
7、点1抗干扰的能力强;2精确度高;3功耗小,便于控制;4允许脉冲功率大。0.1数字电路慨述数字电路慨述第10页,此课件共72页哦七计算机中为什么采用二进制七计算机中为什么采用二进制 1二进制信号在传输中抗干扰能力强,易于可靠存储及处理,对相应电路元件公差要求较低,易于大规模集成,系统成本低。2对二值信号的识别及生成均最容易实现。二值运算的种类最少,相应的电路结构也最简单。以加法为例:其基本运算单元只要实现0+0、0+1、1+1三种加法即可。3同样数量的二值信号比取更多值的信号容易处理。但是它们表示的信息量是不同的。例如:两位二进制数与两位十进制数所表示的信息量相差25倍。0.1数字电路慨述数字电
8、路慨述第11页,此课件共72页哦 第一章第一章 数字、数制数字、数制码制码制 内容提要:内容提要:模拟量模拟量数字量的表示数字量的表示 数制及不同数制间的相互转换数制及不同数制间的相互转换 码制及常用编码的类型码制及常用编码的类型 基本二进制算术基本二进制算术逻辑运算逻辑运算 机器数的表示及运算机器数的表示及运算第12页,此课件共72页哦 1 1 数字系统概述数字系统概述 n n数字电路数字电路 被广泛应用于工业被广泛应用于工业军事军事航空航航空航天天通信通信科研科研医学医学环境保护及国民经济环境保护及国民经济和人们的日常生活等诸多领域。和人们的日常生活等诸多领域。n n数字系统数字系统 是处
9、理离散信息的系统,它具有接是处理离散信息的系统,它具有接收收处理处理输出离散信息的能力。输出离散信息的能力。第13页,此课件共72页哦1.1.模拟量和数字量模拟量和数字量 n自然界中的物理量基本上分两大类。自然界中的物理量基本上分两大类。n一类物理量的变化在时间上或数值上是连续的,叫做一类物理量的变化在时间上或数值上是连续的,叫做模拟模拟量量。把表示模拟量的信号叫做把表示模拟量的信号叫做模拟信号模拟信号。把产生。把产生处理处理模拟信号的电子电路称为模拟信号的电子电路称为模拟电路模拟电路。n另一类物理量的变化在时间上或数值上是离散的,叫做另一类物理量的变化在时间上或数值上是离散的,叫做离散离散量
10、量。将离散量进行量化编码叫做将离散量进行量化编码叫做数字信号数字信号。把产生。把产生处理处理数字信号的电子电路称为数字信号的电子电路称为数字电路数字电路。第14页,此课件共72页哦模拟量信号模拟量信号n热电偶在工作时输出的电压信号就属于模拟信号热电偶在工作时输出的电压信号就属于模拟信号 nRCRC电路中电容两端电压随时间的变化在时间上还是在数电路中电容两端电压随时间的变化在时间上还是在数量上也都是连续的。量上也都是连续的。第15页,此课件共72页哦 RCRC充电回路充电回路第16页,此课件共72页哦离散量信号离散量信号n表示时间上离散的量的信号是离散信号。将离散量进行量化和编码叫做数字量 第1
11、7页,此课件共72页哦2.2.数字系统数字系统 n 数字系统是一个接收输入,处理信息,发数字系统是一个接收输入,处理信息,发出控制信号和输出数字信息结果的系统。信出控制信号和输出数字信息结果的系统。信息可以用不同的编码来表示。数字系统一般息可以用不同的编码来表示。数字系统一般采用二进制进行运算采用二进制进行运算处理。为表示方便起处理。为表示方便起见可用八进制见可用八进制十六进制等不同数值表示待十六进制等不同数值表示待处理的信息。处理的信息。第18页,此课件共72页哦2.2.数制及转换数制及转换 1.1.数制数制 用数字量表示物理量的大小时,仅用一位数码往往不用数字量表示物理量的大小时,仅用一位
12、数码往往不够用,因此经常需要用够用,因此经常需要用进位计数进位计数的方法组成多位数码使的方法组成多位数码使用。我们把多位数码中每一位的构成方法以及从低位到高用。我们把多位数码中每一位的构成方法以及从低位到高位的进位规则称为位的进位规则称为数制数制。在数字电路中经常使用的计数进。在数字电路中经常使用的计数进制除了十进制以外,还经常使用二进制和十六进制制除了十进制以外,还经常使用二进制和十六进制。第19页,此课件共72页哦 十进制十进制 在十进制数中,有在十进制数中,有0,1,2,90,1,2,9十个计数符号,十个计数符号,基数基数(Radix)(Radix)是是1010。超过超过9 9的数必须用
13、多位数表示,其中低位和相邻高位之间的关系的数必须用多位数表示,其中低位和相邻高位之间的关系是是“逢十进一逢十进一”,故称为十进制。,故称为十进制。任意一个十进制数任意一个十进制数D均可展开为上述表达式,其中均可展开为上述表达式,其中ki,是,是第第i位的系数,它可以是位的系数,它可以是09这十个数码中的任何一个。整数这十个数码中的任何一个。整数部分的位数是部分的位数是n,小数部分的位数为,小数部分的位数为m,则为为,则为为n-1到到0的正整的正整数和数和-1到到-m的负整数。的负整数。第20页,此课件共72页哦 二进制二进制 n 仅有仅有0 0和和 1 1两个可能的符号,两个可能的符号,基数为
14、基数为2 2 ,低位和相邻高位间,低位和相邻高位间的进位关系是的进位关系是“逢二进一逢二进一”,故称为二进制。用,故称为二进制。用B B(Binary)(Binary)下下标标注。标标注。n如如(1100101011001010)B B 或或 (1100101011001010)2 2 第21页,此课件共72页哦 十六进制十六进制 n十六进制数的每一位有十六个不同的数码,分别用十六进制数的每一位有十六个不同的数码,分别用09、(10)A、(11)B、(12)C、(13)D、(14)E、(15)F表示。表示。十六进制用十六进制用H H(Hexadecimal)(Hexadecimal)下标。由于
15、目前在微型计算机中下标。由于目前在微型计算机中普遍采用普遍采用8 8位、位、1616位和位和3232位二进制并行运算,而位二进制并行运算,而8 8位、位、1616位和位和3232位位的二进制数可以用的二进制数可以用2 2位、位、4 4位和位和8 8位的十六进制数表示,因而用十位的十六进制数表示,因而用十六进制符号书写程序和数据都十分简便。六进制符号书写程序和数据都十分简便。第22页,此课件共72页哦常用数制的表示常用数制的表示二进制:二进制:B(Binary)八进制:八进制:O(Octal)十进制:十进制:D(Decimal)十六进制:十六进制:H(Hexadecimal)第23页,此课件共7
16、2页哦 2.2.数制之间的转换数制之间的转换 二二十转换:十转换:把二进制数转换为等值的十进制数把二进制数转换为等值的十进制数称为二称为二十转换。十转换。方法:方法:按权展开按权展开。十十二转:二转:分为整数部分和小数部分两种情况处分为整数部分和小数部分两种情况处理。理。整数部分的转换整数部分的转换:“:“除除2 2取余倒排列取余倒排列”假定十进制整数为假定十进制整数为(S)(S)1010,等值的二进制数则为:等值的二进制数则为:若用若用2 2去除去除(S)(S)1010,得到的余数即为二进制数的系数,得到的余数即为二进制数的系数K Ki i。第24页,此课件共72页哦反复将每次得到的商再除以
17、反复将每次得到的商再除以2 2,就可求得二进制数的每,就可求得二进制数的每一位了。算法简单归结为:一位了。算法简单归结为:“除除2 2取余倒排列取余倒排列”第25页,此课件共72页哦2 2173173余数余数=1 1=k k0 0 (最低位)(最低位)2 28686余数余数=0=0=k1k12 24343余数余数=1=1=k2k22 22121余数余数=1 1=k k3 32 21010余数余数=0 0=k k4 4 2 25 5余数余数=1=1=k5k52 22 2余数余数=0 0=k k6 62 21 1余数余数=1 1=k k7 7 (最高位)(最高位)2 20 0第26页,此课件共72
18、页哦 小数部分的转换:小数部分的转换:“乘乘2 2取整依次排列取整依次排列”若若(S)(S)1010是一个十进制的小数则对应的二进制小数为:是一个十进制的小数则对应的二进制小数为:将上式两边同乘以将上式两边同乘以2 2得到得到:将小数将小数(S)S)1010乘以乘以2 2得到的整数部分即得到的整数部分即k k-1-1同理,同理,将乘积的小数部分两边再同乘以将乘积的小数部分两边再同乘以2 2又可得到:又可得到:第27页,此课件共72页哦算法简单归结为:算法简单归结为:“乘乘2 2取整依次排列取整依次排列”例:例:(0.8125)10=(0.1101)2 第28页,此课件共72页哦0.81252k
19、-1=11.6250最高位最高位=10.62502k-2=11.2500次高位次高位=10.25002k-3=00.5000次低位次低位=00.50002k-4=11.0000最低位最低位=1第29页,此课件共72页哦 二二十六转换十六转换 四位二进制数有四位二进制数有1616个状态可构成一位十六进制数,而把个状态可构成一位十六进制数,而把这这4 4位二进制数看作一个整体时,它的进位输出又正好是逢十位二进制数看作一个整体时,它的进位输出又正好是逢十六进一,所以只要从低位到高位将每六进一,所以只要从低位到高位将每4 4位二进制数分为一组并位二进制数分为一组并代之以等值的十六进制数,即可得到对应的
20、十六进制数。代之以等值的十六进制数,即可得到对应的十六进制数。四位二进制为一组组合成一位十六进制四位二进制为一组组合成一位十六进制(10110001011110101100101101001)B化为十六进化为十六进制数制数:00101100010111101011001011010010)B=(2C5E.B2D2)H第30页,此课件共72页哦十进制数十进制数二进制数二进制数四进制数四进制数八进制数八进制数十六进制数十六进制数000(00)0(000)0(0000)111(01)1(001)1(0001)22(10)2(010)2(0010)33(11)3(011)3(0011)44(100)4
21、(0100)55(101)5(0101)66(110)6(0110)77(111)7(0111)88(1000)99(1001)10A(1010)11B(1011)12C(1100)13D(1101)14E(1110)15F(1111)第31页,此课件共72页哦 十六十六二转换二转换 十六十六二转换是指把十六进制数转换成等值的二转换是指把十六进制数转换成等值的二进制数。转换时只需将十六进制数的每一位用二进制数。转换时只需将十六进制数的每一位用等值的等值的4 4位二进制数代替就行了。位二进制数代替就行了。例如,将例如,将(8FA6E(8FA6EC5F6)16C5F6)16化为二进制数时得化为二进
22、制数时得到到:(8FA6E.C5F6)H=(10001111101001101110.1100010111110110)B第32页,此课件共72页哦 3 3 码制码制 不同的数码不仅可以表示数量的不同大小,而且还能用来表不同的数码不仅可以表示数量的不同大小,而且还能用来表示不同的事物。在后一种情况下,这些数码已没有表示数量大示不同的事物。在后一种情况下,这些数码已没有表示数量大小的含意,只是表示不同事物的代号而已。这些数码称为代码。小的含意,只是表示不同事物的代号而已。这些数码称为代码。为便于记忆和处理,在编制代码时总要遵循一定的规则,这些为便于记忆和处理,在编制代码时总要遵循一定的规则,这些
23、规则就叫做码制。规则就叫做码制。1自然二进制编码自然二进制编码(0N2n-1)自然二进制码一般用作数值编码。自然二进制码一般用作数值编码。第33页,此课件共72页哦2 2BCD码码 BCD(BinaryCodedDecimal)码是用四位二进制表示的十码是用四位二进制表示的十进制数二进制数二十进制数。十进制数。如:如:(1000011010010011)BCD表示表示十进制数:十进制数:8693几种常见的几种常见的BCDBCD代码代码 84218421码:码:余余3 3码:码:24212421码:码:52115211码:码:余余3 3循环码:循环码:第34页,此课件共72页哦编码十进制数842
24、18421码码余余3 3码码24212421码码52115211码码 余余3 3循环码循环码000000011000000000010100010100000100010110200100101001001000111300110110001101010101401000111010001110100501011000101110001100601101001110010011101701111010110111001111810001011111011011110910011100111111111010权权842124215211第35页,此课件共72页哦3.3.可靠性代码可靠性代码 n为
25、了保证数据在传输过程中的正确及可靠,相为了保证数据在传输过程中的正确及可靠,相应出现了许多具有不同特点和用途的可靠性编应出现了许多具有不同特点和用途的可靠性编码方案,主要有:码方案,主要有:基于避免出错的可靠性编码;基于避免出错的可靠性编码;基于发现有限错误数据位的可靠性编码及基于基于发现有限错误数据位的可靠性编码及基于纠正有限错误数据位的可靠性编码方案。纠正有限错误数据位的可靠性编码方案。第36页,此课件共72页哦 奇偶检验码奇偶检验码 n奇偶检验码奇偶检验码由若干个信息位加一个校验位构成。其中由若干个信息位加一个校验位构成。其中校验位的取值(校验位的取值(0 0或或1 1)将使整个代码(包
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