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1、数字逻辑基础数字逻辑基础第1页，共35页，编辑于2022年，星期六一、一、模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号二二、数字电路数字电路第一节第一节 概概 述述第2页，共35页，编辑于2022年，星期六-时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等三角波等 u uOt Otu u1.1.模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号一、一、模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号第3页，共35页，编辑于2022年，星期六数字信号波形数字信号波形2 2、数字信号、数字信号 -在时间上和数值上均是离散的信号。在时间上和数值上均是离散的信号。数字电路和模拟电路：数字电路和模拟电
2、路：数字电路和模拟电路：数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同，分析、设计方工作信号，研究的对象不同，分析、设计方工作信号，研究的对象不同，分析、设计方工作信号，研究的对象不同，分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同法以及所用的数学工具也相应不同法以及所用的数学工具也相应不同法以及所用的数学工具也相应不同第4页，共35页，编辑于2022年，星期六3 3、模拟信号的数字表示、模拟信号的数字表示 由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换为数字信号拟信号转换为数字信号.0 0 模拟信号模拟信号 模数转换器模数转换器 3 3 V V
3、数字输出数字输出 0 0 0 0 1 1 模数转换的实现模数转换的实现第5页，共35页，编辑于2022年，星期六根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同，根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同，-数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。从集成度不同从集成度不同 -数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、超大规模和甚大规模五类。超大规模和甚大规模五类。从电路的形式不同，从电路的形式不同，-数字电路可分为集成电路和分立电路数字电路可分为集成电路和分立电路从器件不同从器件不同 -数字电路可分为数
4、字电路可分为TTL 和和 CMOS电路电路1 1、数字集成电路的分类、数字集成电路的分类二、数字电路与数字信号二、数字电路与数字信号第6页，共35页，编辑于2022年，星期六可可编编程程逻辑逻辑器件、多功能器件、多功能专专用集成用集成电电路路106以上以上甚大甚大规规模模大型存大型存储储器、微器、微处处理器理器10,00099,999超大超大规规模模小型存小型存储储器、器、门阵门阵列列1009999大大规规模模计计数器、加法器数器、加法器1299中中规规模模逻辑门逻辑门、触、触发发器器最多最多12个个小小规规模模典型集成典型集成电电路路门门的个数的个数分分类类集成度集成度:每一芯片所包含的门个
5、数每一芯片所包含的门个数第7页，共35页，编辑于2022年，星期六2、数字集成电路的特点、数字集成电路的特点1)电路简单电路简单,便于大规模集成便于大规模集成,批量生产批量生产2)可靠性、稳定性和精度高可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强抗干扰能力强3)体积小体积小,通用性好通用性好,成本低成本低.4)具可编程性具可编程性,可实现硬件设计软件化可实现硬件设计软件化5)高速度高速度 低功耗低功耗6)加密性好加密性好 第8页，共35页，编辑于2022年，星期六电压电压(V)(V)二值逻辑二值逻辑电电 平平+51H(高电平高电平)00L(低电平低电平)逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）逻辑电平与电压值
6、的关系（正逻辑）数字信号的描述方法数字信号的描述方法（1 1）二值数字逻辑和逻辑电平）二值数字逻辑和逻辑电平 在电路中用低、高电平表示在电路中用低、高电平表示0 0、1 1两种逻辑状态两种逻辑状态 0 0、1 1数码数码-表示数量时称二进制数表示数量时称二进制数表示数量时称二进制数表示数量时称二进制数表示方式表示方式二值数字逻辑二值数字逻辑 -表示事物状态时称二值逻辑表示事物状态时称二值逻辑表示事物状态时称二值逻辑表示事物状态时称二值逻辑第9页，共35页，编辑于2022年，星期六用逻辑电平描述的数字波形用逻辑电平描述的数字波形（2 2）数字波形）数字波形数字波形数字波形-是信号逻辑电平对时间的
7、图形表示是信号逻辑电平对时间的图形表示.第10页，共35页，编辑于2022年，星期六一、十进制一、十进制第二节数制第二节数制二、二进制二、二进制三、八进制三、八进制四、十六进制四、十六进制第11页，共35页，编辑于2022年，星期六一般表达式一般表达式:一、十进制一、十进制十进制采用十进制采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数码，其进位的规则是十个数码，其进位的规则是“逢逢十进一十进一”。4587.29=4 103+5 102+8 101+7 100+2 10 1+9 10 2系数位权各位的权都是各位的权都是10的幂。的幂。数制数制:多位数码中的每一位数的构成及低位向高位进位的规则多
8、位数码中的每一位数的构成及低位向高位进位的规则第12页，共35页，编辑于2022年，星期六二、二、二进制二进制二进制数的一般表达式为二进制数的一般表达式为二进制数的一般表达式为二进制数的一般表达式为:例如：例如：1+1=10=121+020位权系数二进制数只有二进制数只有0、1两个两个数码，数码，进位规律是：进位规律是：“逢二进一逢二进一”.1 1、二进制数的表示方法、二进制数的表示方法各位的权都是各位的权都是2的幂。的幂。第13页，共35页，编辑于2022年，星期六（1）易于电路表达）易于电路表达-0、1两个值，可以用管子的导两个值，可以用管子的导 通或截止，灯泡通或截止，灯泡的亮或灭、继电
9、器触点的闭合或断开来表示。的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来表示。2 2、二进制的优点二进制的优点二进制的优点二进制的优点（2）二进制数字装置所用元件少）二进制数字装置所用元件少,电路简单、可靠电路简单、可靠。（3）基本运算规则简单）基本运算规则简单,运算操作方便。运算操作方便。iD/mA O v DS/VVGS1 VGS2 VGS3 VGS4 饱和区饱和区 可变电阻区可变电阻区 截止区截止区 vO Rd VDD vI 第14页，共35页，编辑于2022年，星期六3 3、二进制数波形表示、二进制数波形表示、二进制数波形表示、二进制数波形表示第15页，共35页，编辑于2022年，星期六 八进制数
10、中只有八进制数中只有0,1,2,3,4,5,6,7八个数码，进位规律八个数码，进位规律是是“逢八进一逢八进一”。各位的权都是。各位的权都是8的幂。的幂。八进制就是以八进制就是以8为基数的计数体制。为基数的计数体制。三、三、八进制八进制一般表达式一般表达式第16页，共35页，编辑于2022年，星期六 十六进制数中只有十六进制数中只有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A、B、C、D、E、F十六个数码，进位规律是十六个数码，进位规律是“逢十六进一逢十六进一”。各位的权均为。各位的权均为16的幂。的幂。一般表达式：一般表达式：一般表达式：一般表达式：例如例如例如例如四、四、十六进制十六进制各位的
11、权都是各位的权都是16的幂。的幂。第17页，共35页，编辑于2022年，星期六十六进制的十六进制的优点优点优点优点 ：1）与二进制之间的转换容易；）与二进制之间的转换容易；2）计数容量较其它进制都大。假如同样采用四位数码，）计数容量较其它进制都大。假如同样采用四位数码，二进制最多可计至二进制最多可计至(1111)B=(15)D；八进制可计至八进制可计至(7777)O=(2800)D；十进制可计至十进制可计至(9999)D；十六进制可计至十六进制可计至(FFFF)H=(65535)D，即，即64K。其容量最大。其容量最大。3）书写简洁。）书写简洁。第18页，共35页，编辑于2022年，星期六数码
12、记数规律基数权加权和的形式书写十进制09逢十进一1010i(N)D二进制0、1逢二进一22i(N)B八进制07逢八进一88i(N)O十六进制 0F逢十六一1616i(N)H任意进制数的一般表达式为任意进制数的一般表达式为:第19页，共35页，编辑于2022年，星期六一、十进制和一、十进制和二进制之间的相互转换二进制之间的相互转换第三节各种数制之间的转换第三节各种数制之间的转换二、十进制和二、十进制和八进制之间的相互转换八进制之间的相互转换三、十进制和三、十进制和十六进制之间的相互转换十六进制之间的相互转换四、二进制和四、二进制和八进制之间的相互转换八进制之间的相互转换五、二进制和五、二进制和十
13、六进制之间的相互转换十六进制之间的相互转换第20页，共35页，编辑于2022年，星期六（二（二)十进制数转换成二进制数：十进制数转换成二进制数：.整数的转换整数的转换:“辗转相除辗转相除(除除2 2取余法取余法)”法法:将十进制数连续不断地除以将十进制数连续不断地除以2,2,直至商为零，所得余直至商为零，所得余数由低位到高位排列，即为所求二进制数数由低位到高位排列，即为所求二进制数整数部分整数部分小数部分小数部分一、一、二二-十进制之间的转换十进制之间的转换（一）（一）二进制数转换成十进制数：二进制数转换成十进制数：权相加法权相加法第21页，共35页，编辑于2022年，星期六解：根据上述原理，
14、可将解：根据上述原理，可将(37)D按如下的步骤转换按如下的步骤转换为二进制数为二进制数由上得由上得 (37)D=(100101)B例例1 将十进制数将十进制数(37)D转换为二进制数。转换为二进制数。第22页，共35页，编辑于2022年，星期六解：由于解：由于27为为128，而，而133128=5=2220，例例 将将(133)D转换为二进制数转换为二进制数所以对应二进制数所以对应二进制数b7=1，b2=1，b0=1，其余，其余各系数均为各系数均为0，所以得，所以得(133)D=(10000101)B当十进制数较大时，有什么方法使转换过程简化当十进制数较大时，有什么方法使转换过程简化?第23
15、页，共35页，编辑于2022年，星期六.小数的转换小数的转换:乘乘2 2取整法取整法 将十进制小数乘以将十进制小数乘以2 2，每次除去上次所得积中的，每次除去上次所得积中的整数再乘以整数再乘以2 2，直到满足误差要求进行，直到满足误差要求进行“四舍五入四舍五入”为止，就可完成由十进制小数转换成二进制小数。为止，就可完成由十进制小数转换成二进制小数。第24页，共35页，编辑于2022年，星期六解由于精度要求达到解由于精度要求达到0.1%，需要精确到二进制小数，需要精确到二进制小数10位，即位，即1/210=1/1024。0.392=0.78 b-1=00.782=1.56 b-2=10.562=
16、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%1.0。到到例例 将十进制小数将十进制小数(0.39)D转换成二进制数转换成二进制数,要求精度达要求精度达第25页，共35页，编辑于2022年，星期六四、二四、二-八进制之间的转换八进制之间的转换将每位八进制数展开成三位二进制数，排列顺序不变即可。将每位八进制数展开成三位二进制数，排列顺序不变即可。转换时，由小数点开始，整数部分自右向
17、左，小数部分自左向转换时，由小数点开始，整数部分自右向左，小数部分自左向右，三位一组，不够三位的添零补齐，则每三位二进制数表示右，三位一组，不够三位的添零补齐，则每三位二进制数表示一位八进制数。一位八进制数。因为八进制的基数因为八进制的基数8=23，所以，可将三位二进制数表示一位八进，所以，可将三位二进制数表示一位八进制数，即制数，即 000111 表示表示 07例例(10110.011)B=例例(752.1)O=(26.3)O(111 101 010.001)B、二进制转换成八进制：、二进制转换成八进制：、二进制转换成八进制：、二进制转换成八进制：、八进制转换成二进制：、八进制转换成二进制：
18、、八进制转换成二进制：、八进制转换成二进制：第26页，共35页，编辑于2022年，星期六五、二五、二五、二五、二-十六进制之间的转换十六进制之间的转换十六进制之间的转换十六进制之间的转换 、二进制转换成十六进制：、二进制转换成十六进制：因为因为16进制的基数进制的基数16=24，所以，可将四位二进制数表示，所以，可将四位二进制数表示一位一位16进制数，即进制数，即 00001111 表示表示 0-F。例例(111100010101110)B=将每位将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。例例(BEEF)H=(78AE)H(1011 11
19、10 1110 1111)B、十六进制转换成二进制：、十六进制转换成二进制：、十六进制转换成二进制：、十六进制转换成二进制：例例(111100010101110)B =第27页，共35页，编辑于2022年，星期六第四节码制第四节码制一、一、二二-十进制码（十进制码（BCDBCD码）码）二、二、格雷码格雷码三、三、ASCII码码第28页，共35页，编辑于2022年，星期六二进制代码的位数二进制代码的位数(n),与需要编码的事件（或信息）的与需要编码的事件（或信息）的个个 数数(N)之间应满足以下关系：之间应满足以下关系：2n-1N2n一一.二二十进制码十进制码(BCD码码-Binary Code
20、 Decimal）用用4位二进制数来表示一位十进制数中的位二进制数来表示一位十进制数中的09十个数码。十个数码。从从4 位二进制数位二进制数16种代码中种代码中,选择选择10种来表示种来表示09个个数码的方案有很多种。每种方案产生一种数码的方案有很多种。每种方案产生一种BCD码。码。码制码制:编制代码所要遵循的规则编制代码所要遵循的规则第29页，共35页，编辑于2022年，星期六BCD码十进制数码8421码2421 码5421 码余3码00000000000000011100010001000101002001000100010010130011001100110110401000100010
21、001115010110111000100060110110010011001701111101101010108100011101011101191001111111001100（1 1）几种常用）几种常用的的BCD代码代码一、一、一、一、二二二二-十进制码十进制码第30页，共35页，编辑于2022年，星期六（2）各种编码的特点）各种编码的特点 余码的特点余码的特点:0和和9,1和和8,.6和和4的余码互为反的余码互为反码码,这对在求对于这对在求对于10的补码很方便。的补码很方便。有权码：有权码：编码与所表示的十进制数之间的转算编码与所表示的十进制数之间的转算容易如容易如(10010000)
22、8421BCD=(90)第31页，共35页，编辑于2022年，星期六对于有权对于有权BCD码，可以根据位权展开求得所代表的码，可以根据位权展开求得所代表的十进制数。例如：十进制数。例如：BCD8421 0111()D 7=11214180+=()D BCD2421 7112041211101=+=()求求BCD代码表示的十进制数代码表示的十进制数第32页，共35页，编辑于2022年，星期六对于一个多位的十进制数，需要有与十进制位对于一个多位的十进制数，需要有与十进制位数相同的几组数相同的几组BCD代码来表示。例如：代码来表示。例如：不能省略！不能省略！不能省略！不能省略！()用用BCD代码表示
23、十进制数代码表示十进制数第33页，共35页，编辑于2022年，星期六二、二、格格 雷雷 码码 格雷码是一种无权码。格雷码是一种无权码。二进制码b3b2b1b0格雷码G3G2G1G000000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000 编码特点是：任何两个相邻代码之间编码特点是：任何两个相邻代码之间仅有一位不同。仅有一位不同。该特点常用于模拟量的转换。当模该特点常用于模拟量的转换。当模拟量发生微
24、小变化，格雷码仅仅改变拟量发生微小变化，格雷码仅仅改变一位，这与其它码同时改变一位，这与其它码同时改变2位或更多位或更多的情况相比，更加可靠的情况相比，更加可靠,且容易检错。且容易检错。第34页，共35页，编辑于2022年，星期六 三、三、ASCII 码码(字符编码字符编码)ASCII码即美国标准信息交换码。码即美国标准信息交换码。它共有它共有128个代码，可以表示大、小写英文字母、十进制个代码，可以表示大、小写英文字母、十进制数、标点符号、运算符号、控制符号等，普遍用于计算数、标点符号、运算符号、控制符号等，普遍用于计算机的键盘指令输入和数据等。机的键盘指令输入和数据等。第35页，共35页，编辑于2022年，星期六