第1章数制与编码PPT讲稿.ppt

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1、第1章 数制与编码第1页，共53页，编辑于2022年，星期日参考书：参考书：1 1、阎石主编、阎石主编 数字电子技术基础（第五版）数字电子技术基础（第五版）2 2、康华光主编、康华光主编 电子技术应用电子技术应用 数字部分（第五版）数字部分（第五版）教材：教材：龚之春龚之春 编著编著 数字电路数字电路数数 字字 电电 路路第2页，共53页，编辑于2022年，星期日电子线路两门课：电子线路两门课：1 1、线性电子线路、线性电子线路处理模拟信号处理模拟信号2 2、数字逻辑电路、数字逻辑电路处理数字信号处理数字信号（脉冲与数字电路）（脉冲与数字电路）第3页，共53页，编辑于2022年，星期日电电子子

2、电电路路中中的的信信号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例：正弦波信号、锯齿波信号等。例：正弦波信号、锯齿波信号等。幅度不随时间连续变化幅度不随时间连续变化,而是跳跃变化而是跳跃变化计算机中计算机中,时间和幅度都不连续时间和幅度都不连续,称为离散称为离散变量变量第4页，共53页，编辑于2022年，星期日模拟电路与数字电路的区别模拟电路与数字电路的区别:1 1、工作任务不同：、工作任务不同：模拟电路研究的是输出与输入信号之间的模拟电路研究的是输出与输入信号之间的大小、相位、失真大小、相位、失真等方等方面的关系；面的关系；数字电路主要研究的是输出与输

3、入间的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）逻辑关系（因果关系）。模拟电路中的三极管工作在线性模拟电路中的三极管工作在线性放大区放大区,是一个放大元件；是一个放大元件；数字数字电路中的三极管工作在电路中的三极管工作在饱和或截止状态饱和或截止状态,起开关作用起开关作用。因此，基本单元电路、分析方法及研究的范围均不同。因此，基本单元电路、分析方法及研究的范围均不同。2 2、三极管的工作状态不同：、三极管的工作状态不同：第5页，共53页，编辑于2022年，星期日模拟电路研究的问题模拟电路研究的问题基本电路元件基本电路元件:基本模拟电路基本模拟电路:晶体三极管晶体三极管场效应管场效应管

4、集成运算放大器集成运算放大器 信号放大及运算信号放大及运算(信号放大、功率放大）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、信号发生（正弦波发生器、三角波发生器、）第6页，共53页，编辑于2022年，星期日数字电路研究的问题数字电路研究的问题基本电路元件基本电路元件基本数字电路基本数字电路逻辑门电路逻辑门电路触发器触发器 组合逻辑电路组合逻辑电路 时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整形电路）时序电路（寄存器、计数器、脉冲发生器、脉冲整形电路）A/D A/D转换器、转换器、D/AD/A转换器转换

5、器第7页，共53页，编辑于2022年，星期日数字电路分类数字电路分类一、按集成电路规模分类一、按集成电路规模分类集成度：集成度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目每块集成电路芯片中包含的元器件数目小规模集成电路小规模集成电路(Small Scale IC(Small Scale IC，SSI)SSI)中规模集成电路中规模集成电路(Medium Scale IC(Medium Scale IC，MSI)MSI)大规模集成电路大规模集成电路(Large Scale IC(Large Scale IC，LSI)LSI)超大规模集成电路超大规模集成电路(Very Large Scale IC(Very

6、 Large Scale IC，VLSI)VLSI)特大规模集成电路特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC(Ultra Large Scale IC，ULSI)ULSI)巨大规模集成电路巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC(Gigantic Scale IC，GSIGSI）第8页，共53页，编辑于2022年，星期日第9页，共53页，编辑于2022年，星期日二、按集成工艺分类二、按集成工艺分类工艺类型工艺类型 电源电源消耗消耗 速度速度 封装封装 电阻晶体管逻辑（电阻晶体管逻辑（RTLRTL）高高低低分粒分粒 二极管晶体管逻辑（二极管晶体管逻辑（DTLDTL）

7、高高低低分粒分粒,SSI,SSI 晶体管晶体管逻辑（晶体管晶体管逻辑（TTLTTL）中中中中SSI,MSI SSI,MSI 发射极耦合逻辑（发射极耦合逻辑（ECLECL）高高高高SSI,MSI,LSI SSI,MSI,LSI 负金属氧化物半导体（负金属氧化物半导体（pMOSpMOS）中中低低MSI,LSI MSI,LSI 正金属氧化物半导体（正金属氧化物半导体（nMOSnMOS）中中中中MSI,LSI,VLSI MSI,LSI,VLSI 互补金属氧化物半导体互补金属氧化物半导体（CMOSCMOS）低低中中SSI,MSI,LSI,SSI,MSI,LSI,VLSI VLSI 镓砷化物（镓砷化物（G

8、aAsGaAs）高高高高SSI,MSI,LSI SSI,MSI,LSI 第10页，共53页，编辑于2022年，星期日三、按电路结构分类三、按电路结构分类组合逻辑电路组合逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路第11页，共53页，编辑于2022年，星期日四、当前数字设计的趋势四、当前数字设计的趋势 越来越大的设计越来越大的设计 越来越短的推向市场的时间越来越短的推向市场的时间 越来越低的价格越来越低的价格 大量使用计算机辅助设计工具（大量使用计算机辅助设计工具（EDAEDA技术）技术）多层次的设计表述多层次的设计表述 大量使用复用技术大量使用复用技术 IP IP（Intellectual Propert

9、yIntellectual Property）第12页，共53页，编辑于2022年，星期日数字电路应用数字电路应用精度高、抗干扰能力强精度高、抗干扰能力强 0 0+0V 1+0V 1+5V+5V结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产 可以抽象到系统级、寄存器级、门级、物理级可以抽象到系统级、寄存器级、门级、物理级疯狂的数字疯狂的数字音乐：音乐：CDCD、MP3MP3电影：电影：MPEGMPEG、RMRM、DVDDVD数字电视数字电视数字照相机数字照相机数字摄影机数字摄影机手机手机数字电路在日常生活、自动控数字电路在日常生活、自动控制、测量仪器、通信等领

10、域得制、测量仪器、通信等领域得到广泛应用到广泛应用第13页，共53页，编辑于2022年，星期日本课程学习要求本课程学习要求深入掌握数字电路领域的基本概念和基本理论。深入掌握数字电路领域的基本概念和基本理论。熟练掌握数字电路的分析和设计方法。熟练掌握数字电路的分析和设计方法。分析和设计方法是贯穿本课程的主线分析和设计方法是贯穿本课程的主线逐步提高阅读集成电路产品手册的能力，以便从中获取更多的逐步提高阅读集成电路产品手册的能力，以便从中获取更多的信息。信息。积极实践，提高使用仪器、测试电路和排除故障的能积极实践，提高使用仪器、测试电路和排除故障的能力力第14页，共53页，编辑于2022年，星期日先

11、修课程有：先修课程有：电路分析、信号与系统、电路分析、信号与系统、线性电子电路等。线性电子电路等。后续课程为：后续课程为：计算机组成原理、微机原理，计算机组成原理、微机原理，EDA EDA技术等。技术等。数字逻辑电路是工学电子信息类专业、通讯类专业的重要数字逻辑电路是工学电子信息类专业、通讯类专业的重要专业专业 基础课，主要讲述数字电路原理、方法和应用。基础课，主要讲述数字电路原理、方法和应用。第15页，共53页，编辑于2022年，星期日课程内容包括：课程内容包括：（一）数制与编码（一）数制与编码（二）逻辑代数（二）逻辑代数（三）逻辑门（三）逻辑门 （四）双极型和单极型晶体管开关特性（四）双极

12、型和单极型晶体管开关特性（五）脉冲波形产生和整形电路（五）脉冲波形产生和整形电路 （六）组合逻辑电路（六）组合逻辑电路 （七）触发器（七）触发器（八）时序逻辑电路（八）时序逻辑电路（九）半导体存储器及可编程逻辑器件（九）半导体存储器及可编程逻辑器件PLDPLD（十）数模（十）数模（D DA A）及模数（）及模数（A AD D）转换）转换增加增加EDAEDA部分的内容、可测性设计、数字系统设计基础、门部分的内容、可测性设计、数字系统设计基础、门电路的高速特性电路的高速特性 第16页，共53页，编辑于2022年，星期日平时要求平时要求1 1、坚持上课，无故旷课、坚持上课，无故旷课8 8学时以上，取

13、消考试资格。学时以上，取消考试资格。2 2、遵守课堂纪律，认真听课。课堂上讲话影响他人听课的，、遵守课堂纪律，认真听课。课堂上讲话影响他人听课的，作旷课处理。作旷课处理。3 3、认真按时亲自做作业。对缺交、认真按时亲自做作业。对缺交1/31/3以上者，取消考试资格。以上者，取消考试资格。4 4、平时成绩：共、平时成绩：共2020分分 （1 1）作业：每次作业占）作业：每次作业占1 12 2分分 （2 2）平时表现：包括到课情况，课堂纪律。）平时表现：包括到课情况，课堂纪律。第17页，共53页，编辑于2022年，星期日杭州电子科技大学电子信息学院杭州电子科技大学电子信息学院 教材原著：数字电路教

14、材原著：数字电路 龚之春龚之春 编著编著课件制作：高惠芳课件制作：高惠芳第一章第一章 数数 制制 与与 编编 码码第18页，共53页，编辑于2022年，星期日第一章第一章 数制与编码数制与编码一、信号（一、信号（一、信号（一、信号（模拟信号、脉冲信号、数字信号）模拟信号、脉冲信号、数字信号）模拟信号、脉冲信号、数字信号）模拟信号、脉冲信号、数字信号）1 1、模拟信号、模拟信号特点：特点：幅值随时间连幅值随时间连续变化续变化第19页，共53页，编辑于2022年，星期日2 2、脉冲信号、脉冲信号3 3、数字信号、数字信号特点：特点：幅值随时间离散变化幅值随时间离散变化第20页，共53页，编辑于20

15、22年，星期日tV(t)数字信号数字信号高电平高电平低电平低电平上跳沿上跳沿下跳沿下跳沿第21页，共53页，编辑于2022年，星期日 数字信号的特点数字信号的特点 数字信号在时间上和数值上均是离散的。数字信号在时间上和数值上均是离散的。数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流。数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流。典型的数字信号典型的数字信号第22页，共53页，编辑于2022年，星期日数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑分别来表示两个逻辑值（逻辑1 1和逻辑和逻辑0 0）。）。第23页，共53页，

16、编辑于2022年，星期日 1 1、理想数字信号的主要参数、理想数字信号的主要参数 一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：V Vm m信号幅度。信号幅度。T T信号的重复周期。信号的重复周期。t tW W脉冲宽度。脉冲宽度。q(q()占空比。其定义为：占空比。其定义为：二、波形参数二、波形参数第24页，共53页，编辑于2022年，星期日下图所示为三个周期相同（图所示为三个周期相同（T T=20ms=20ms），但幅度、脉冲宽度及占空比），但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字信号。各不相同的数字信号。第25页，共53页，编辑于2022

17、年，星期日2 2、实际数字信号波形参数、实际数字信号波形参数V V V V0 0 0 0 起始电位起始电位 t t t t0 0 0 0起始时间起始时间V V V Vm m m m脉冲幅度脉冲幅度 t t t tr r r r上升时间上升时间V V V VP P P P脉冲峰值脉冲峰值 t t t tf f f f下降时间下降时间 平顶下降平顶下降平顶下降平顶下降 t t t tw w w w脉冲底部宽度脉冲底部宽度 超量（过冲）超量（过冲）超量（过冲）超量（过冲）t t t twAwAwAwA脉冲平均宽度脉冲平均宽度T T T T 周期周期脉冲占空比脉冲占空比第26页，共53页，编辑于202

18、2年，星期日V VPPPP第27页，共53页，编辑于2022年，星期日三、数字波形三、数字波形NRZ:NRZ:非归零非归零1 1：高电平：高电平 0 0：低电平：低电平RZ:RZ:归零归零1 1：电平变：电平变 0 0：电平不变：电平不变NRZI NRZI NRZI NRZI：IBMIBMIBMIBM非归零非归零非归零非归零 下一下一下一下一个为个为个为个为1 1 1 1 变变变变 、为、为、为、为0 0 0 0不变不变不变不变BRZ BRZ BRZ BRZ 双极归零双极归零双极归零双极归零 1 1 1 1正脉冲，正脉冲，正脉冲，正脉冲，0 0 0 0负脉冲负脉冲负脉冲负脉冲BPRZ BPRZ

19、 BPRZ BPRZ 交替双极归零交替双极归零交替双极归零交替双极归零 1 1 1 1极性交替脉冲，极性交替脉冲，极性交替脉冲，极性交替脉冲，0 0 0 0零电平零电平零电平零电平MVL MVL MVL MVL 多值逻辑多值逻辑多值逻辑多值逻辑 不同电平代表不同数值不同电平代表不同数值不同电平代表不同数值不同电平代表不同数值曼彻斯特码曼彻斯特码曼彻斯特码曼彻斯特码 1 1 1 1下降沿，下降沿，下降沿，下降沿，0 0 0 0上升沿上升沿上升沿上升沿第28页，共53页，编辑于2022年，星期日n n十进制十进制十进制十进制0 0 0 09 9 9 9 逢十进位逢十进位逢十进位逢十进位n n二进制

20、二进制二进制二进制 0 0 0 0，1 1 1 1 逢二进位逢二进位逢二进位逢二进位n n八进制八进制八进制八进制 0 0 0 07 7 7 7 逢八进位逢八进位逢八进位逢八进位n n十六进制十六进制十六进制十六进制 0 0 0 09,A,B,C,D,E,F 9,A,B,C,D,E,F 9,A,B,C,D,E,F 9,A,B,C,D,E,F 逢十六进位逢十六进位逢十六进位逢十六进位n nN N N N进制进制进制进制 四、数制及变换四、数制及变换第29页，共53页，编辑于2022年，星期日(123.4)(123.4)10=1x10=1x102+2x101 1+3x10+3x100+4x10-1

21、-1(123.4)8=1x8=1x82 2+2x8+2x81 1+3x80 0+4x8+4x8-1-1=(83.4)=(83.4)10(123.4)(123.4)16=1x16=1x162 2+2x16+2x161 1+3x16+3x160 0+4x16+4x16-1=(291.25)=(291.25)10(1010.11)(1010.11)2=1x2=1x23 3+1x2+1x21 1+1x2+1x2-1-1+1x2-2=(10.75)=(10.75)101 1、N N十进制（权展开相加）十进制（权展开相加）第30页，共53页，编辑于2022年，星期日(35)D=(?)B(35)D=(?)O

22、235余数余数835余数余数217143281注意注意240最后余数为高最后余数为高220基数越大转换越快基数越大转换越快1(35)D=(10011)B=(43)O2 2、十进制、十进制 N N 进制（整数：除进制（整数：除N N取余）取余）第31页，共53页，编辑于2022年，星期日注意：注意：小数转换可能小数转换可能得不到完全相得不到完全相等的有限小数，等的有限小数，取有效长度取有效长度3 3、十进制、十进制 N N（小数：乘（小数：乘N N取进位）取进位）例：试将十进制数例：试将十进制数0.710.71变换成二进制码，且误差变换成二进制码，且误差解：解：0.711.42 2 20.84

23、21.68 21.36 20.72 21.44第32页，共53页，编辑于2022年，星期日每每3 3位二进制变位二进制变1 1位八进制位八进制(1011110.11)(1011110.11)B B=001 011 110.110=(136.6)=001 011 110.110=(136.6)O O(23.42)(23.42)O O=010 011.100 010=(10011.10001)=010 011.100 010=(10011.10001)B B每每4 4位二进制变位二进制变1 1位十六进制位十六进制(1011110.11)(1011110.11)B B=0101 1110.1100=

24、(5E.C)=0101 1110.1100=(5E.C)H H(23.42)(23.42)H H =0010 0011.0100 0010=0010 0011.0100 0010=(100011.0100001)=(100011.0100001)B B4 4、二进制、八进制、十六进制转换、二进制、八进制、十六进制转换第33页，共53页，编辑于2022年，星期日用用4 4位二进制表示位二进制表示1 1位十进制数位十进制数0000 00000 00000 00000 00101 0101 0101 0101 5 5 5 50001 0001 0001 0001 1 1 1 10110 0110 0

25、110 0110 6 6 6 60010001000100010 2 2 2 20111011101110111 7 7 7 70011001100110011 3 3 3 31000 1000 1000 1000 8 8 8 80100 0100 0100 0100 4 4 4 41001 1001 1001 1001 9 9 9 9无效码无效码无效码无效码1010 1011 1100 1101 1110 11111010 1011 1100 1101 1110 11111010 1011 1100 1101 1110 11111010 1011 1100 1101 1110 11115 5

26、、BCDBCD码（二码（二-十进制码）十进制码）第34页，共53页，编辑于2022年，星期日例：例：(132.8)(132.8)D=D=(1 0011 0010.1000)(1 0011 0010.1000)8421BCD8421BCD有权码有权码 8421 5421 4221 2421 84-2-1 8421 5421 4221 2421 84-2-16 6、BCDBCD码（二码（二-十进制码）十进制码）第35页，共53页，编辑于2022年，星期日第36页，共53页，编辑于2022年，星期日无权码无权码余余3 3码码 格雷码格雷码1 1 格雷码格雷码2 2 步进码步进码第37页，共53页，编

27、辑于2022年，星期日第38页，共53页，编辑于2022年，星期日1 1、原码：、原码：数据长度最高位为符号位数据长度最高位为符号位 1 1 负数负数 0 0 正数正数例：例：0 110 1100 B=+108 D 0 110 1100 B=+108 D 1 110 1100 B=-108 D 1 110 1100 B=-108 D五、数的表示（符号数五、数的表示（符号数-原码、反码、补码）原码、反码、补码）第39页，共53页，编辑于2022年，星期日正数同原码正数同原码负数符号位保留，其余位取反负数符号位保留，其余位取反 （或看成被全（或看成被全1 1码减，码减，“1 1的补码的补码”）例：

28、例：原码原码 反码反码 0 110 1100 B 0 110 1100 B 0 110 1100 B 0 110 1100 B 1 110 1100 B 1 001 0011 B 1 110 1100 B 1 001 0011 B2 2、反码、反码第40页，共53页，编辑于2022年，星期日正数同原码，负数符号位保留，其余位取反后正数同原码，负数符号位保留，其余位取反后+1+1（或看成被（或看成被2 2N N减，减，“1 1的补码的补码”）111 1111-110 1100+1=1000 0000-110 1100111 1111-110 1100+1=1000 0000-110 1100例：

29、例：原码原码 反码反码 补码补码 0 1101100 B 0 1101100 B 0 1101100 B 0 1101100 B 0 1101100 B 0 1101100 B 1 1101100 B 1 0010011 B 1 0010100 1 1101100 B 1 0010011 B 1 0010100 3 3、补码、补码第41页，共53页，编辑于2022年，星期日1 1符号位扩展：正数补符号位扩展：正数补0 0，负数补，负数补1 14 4、其他、其他+108-1088位位011011001001010016位位00000000011011001111111110010100第42页，

30、共53页，编辑于2022年，星期日2 2偏权码：偏权码：将补码加上将补码加上128128后，这些数便移成后，这些数便移成0 0255255第43页，共53页，编辑于2022年，星期日3 3BCDBCD码原码和补码：码原码和补码：反码反码=1001-=1001-原码，原码，9 9补补补码补码=反码反码+1=1 0000-+1=1 0000-原码，原码，10 10补补第44页，共53页，编辑于2022年，星期日第45页，共53页，编辑于2022年，星期日1 1奇偶校验码：奇偶校验码：六、可靠性编码六、可靠性编码奇校验：奇校验：校验位和数值位有校验位和数值位有奇数个奇数个1 1偶校验：偶校验：校验位

31、和数值位有校验位和数值位有偶数个偶数个1 1第46页，共53页，编辑于2022年，星期日2 2M M中取中取N N码：码：第47页，共53页，编辑于2022年，星期日3 3格雷码：格雷码：第48页，共53页，编辑于2022年，星期日4 4ASCIIASCII码：（美国标准信息交换码码：（美国标准信息交换码）标准标准ASCII:7ASCII:7位二进制数，位二进制数，128128字符字符扩展扩展ASCIIASCII：8 8位二进制数，位二进制数，256256字符字符可见字符（文本），不可见字符可见字符（文本），不可见字符 0 0=30H,=30H,A A=41H ,=41H ,a a=61H=61H第49页，共53页，编辑于2022年，星期日第50页，共53页，编辑于2022年，星期日5 5条形码：条形码：第51页，共53页，编辑于2022年，星期日4 4显示字符码：显示字符码：7 7段码段码第52页，共53页，编辑于2022年，星期日作业：作业：1.81.111.131.141.151.17返回返回第53页，共53页，编辑于2022年，星期日