数字逻辑电路雷缙1绪论.ppt

数字逻辑电路 电子信息工程学院通信工程系雷缙jlei 13821159002 答疑时间 周三 五中午12 30 13 30地点 北教6 219 54学时考试课考试成绩 85 平时作业 10 考勤 5 课程组统一出题 统一阅卷 教材 数字电路逻辑设计 第三版 王毓银编高等教育出版社参考书 数字电子技术基础 第四版 阎石编高等教育出版社 电子技术基础数字部分 第四版 康华光编高等教育出版社 数字电子技术 第二版 江晓安等编西安电子科技大学出版社 我需要做的 提供进度安排按课程进度讲授知识按时批改作业择时评讲作业认真批改试卷给出尽量公平的成绩我可以做的 根据情况补充练习临时取消作业最后一堂课复习适时给某人补课解答你们的其他疑问 你需要做的根据进度学习认真完成课堂练习按时交作业并订正记笔记参加考试并且不作弊你可以做的查询参考书提前进度学习组织学习小组讨论试着出模拟考试题帮助学习暂时有困难的同学帮助我修改课件给我提建设性意见 课程进度 作业提交时间表周三 周五12点前 Whyusedigitallogic Computerisnotthehumanbrain Computerdoesnotunderstandthearithmetic addition subtraction multiplicationanddivision Computercanonlydistinguishthehighlevelandthelowlevelofthecircuit Weshouldtranslatethearithmetictothelogiccompute resultinhighorlowlevel Howtowork Decimaltranslate Binarytranslate compute Logictranslate 1000Translateto8 3 5 Translateto11 101 ComputeAndgettheresult 1000 Fulladdercircuit 第一章绪论1 1数字信号1 2数制及其转换1 3常用代码1 4算术运算和逻辑运算1 5数字电路1 6本课程的任务和性质 模拟量和数字量在时间和数值上都连续变化的物理量 称为模拟量 如 时间 温度 压力 速度 在时间和数量上不连续 离散 的物理量 称做数字量 模拟信号和数字信号表示模拟量的信号叫做模拟信号 表示数字量的信号叫做数字信号数字信号表示二进制的数字量用0 1两种数值表示 1 1数字信号 1 2 1进位计数制的基本概念 进位计数制也叫位置计数制 其计数方法是把数划分为不同的数位 当某一数位累计到一定数量之后 该位又从零开始 同时向高位进位 在这种计数制中 同一个数码在不同的数位上所表示的数值是不同的 进位计数制可以用少量的数码表示较大的数 因而被广泛采用 下面先给出进位计数制的两个概念 进位基数和数位的权值 1 2数制及其转换 进位基数 是指在一个数位上 规定使用的数码符号的个数 记作R 例如十进制 每个数位规定使用的数码符号为0 1 2 9 共10个 故其进位基数R 10 数位的权值 某个数位上数码为1时所表征的数值 称为该数位的权值 简称 权 各个数位的权值均可表示成Ri的形式 其中R是进位基数 i是各数位的序号 按如下方法确定 整数部分 以小数点为起点 自右向左依次为0 1 2 n 1 小数部分 以小数点为起点 自左向右依次为 1 2 m n是整数部分的位数 m是小数部分的位数 1 2 1进位计数制的基本概念 某个数位上的数码ai所表示的数值等于数码ai与该位的权值Ri的乘积 所以 R进制的数可以写成如下多项式的形式 1 2 1进位计数制的基本概念 1 十进制 在十进制中 每个数位规定使用的数码为0 1 2 9 共10个 故其进位基数R为10 其计数规则是 逢十进一 各位的权值为10i i是各数位的序号 十进制数用下标 10 或 D 表示 也可省略 例如 十进制数人们最熟悉 但机器实现起来困难 1 2 2常用进位计数制 2 二进制 在二进制中 每个数位规定使用的数码为0 1 共2个数码 故其进位基数R为2 其计数规则是 逢二进一 各位的权值为2i i是各数位的序号 二进制数用下标 2 或 B 表示 例如 二进制数由于只需两个状态 机器实现容易 因而二进制是数字系统唯一认识的代码 但二进制书写太长 1 2 2常用进位计数制 3 八进制 在八进制中 每个数位上规定使用的数码为0 1 2 3 4 5 6 7 共8个 故其进位基数R为8 其计数规则为 逢八进一 各位的权值为8i i是各数位的序号 八进制数用下标 8 或 O 表示 例如 因为23 8 因而三位二进制数可用一位八进制数表示 1 2 2常用进位计数制 4 十六进制 在十六进制中 每个数位上规定使用的数码符号为0 1 2 9 A B C D E F 共16个 故其进位基数R为16 其计数规则是 逢十六进一 各位的权值为16i i是各个数位的序号 十六进制数用下标 16 或 H 表示 例如 BD2 3C 16 B 162 D 161 2 160 3 16 1 C 16 2 11 162 13 161 2 160 3 16 1 12 16 2 因为24 16 所以四位二进制数可用一位十六进制数表示 在计算机应用系统中 二进制主要用于机器内部的数据处理 八进制和十六进制主要用于书写程序 十进制主要用于运算最终结果的输出 1 2 2常用进位计数制 1 将R进制数转换成十进制数把非十进制数转换成十进制数采用按权展开相加法 具体步骤是 首先把非十进制数写成按权展开的多项式 然后按十进制数的计数规则求其和 1 2 3不同进制数的转换 例1 2 165 2 8 10 例1 3 3B7 C 16 10 解 165 2 8 1 82 6 81 5 80 2 8 1 64 48 5 0 25 117 25 10 解 3B7 C 16 3 162 11 161 7 160 12 16 1 768 176 7 0 75 951 75 10 1 将R进制数转换成十进制数 整数转换 整数转换 采用基数连除法 把十进制整数N转换成R进制数的步骤如下 1 将N除以R 记下所得的商和余数 2 将上一步所得的商再除以R 记下所得商和余数 3 重复做第 2 步 直到商为0 4 将各个余数转换成R进制的数码 并按照和运算过程相反的顺序把各个余数排列起来 即为R进制的数 2 十进制数转换成R进制数 例1 4 427 10 16 整数转换 例1 5 427 10 8 整数转换 例1 6 11 10 2 整数转换 纯小数转换 采用基数连乘法 把十进制的纯小数M转换成R进制数的步骤如下 将M乘以R 记下整数部分 将上一步乘积中的小数部分再乘以R 记下整数部分 重复做第 2 步 直到小数部分为0或者满足精度要求为止 将各步求得的整数转换成R进制的数码 并按照和运算过程相同的顺序排列起来 即为所求的R进制数 纯小数转换 例1 7 0 85 10 16 纯小数转换 例1 8 0 35 10 8 纯小数转换 例1 9 11 375 10 2 纯小数转换 0 375 10 0 011 2 若求出的是有限位小数 标明已求出准确的转换小数 若求出的是无限位小数 标明转换出的小数存在误差 取数原则 1 按题意要求 2 等精度转换 小数的精度 例1 10 0 3021 10 2 要求精度0 1 解 例1 11 0 3021 10 8 要求精度0 01 解 取j 10 取j 5 1 按题意要求 设 进制有i位小数 转换后 进制有j位小数 2 等精度转换 转换后应使 1 j 1 i 即 i j 故 取满足不等式的最小整数 例1 12 0 3021 10 16 已知精度为 0 1 410 解 10 16 i 4 取j 4 二进制数转换成八进制数 或十六进制数 时 其整数部分和小数部分可以同时进行转换 其方法是 以二进制数的小数点为起点 分别向左 向右 每三位 或四位 分一组 对于小数部分 最低位一组不足三位 或四位 时 必须在有效位右边补0 使其足位 然后 把每一组二进制数转换成八进制 或十六进制 数 并保持原排序 对于整数部分 最高位一组不足位时 可在有效位的左边补0 也可不补 3 二进制数转换成八进制数或十六进制数 例1 13 1011011111 10011 2 8 16 解1011011111 100110 3 二进制数转换成八进制数或十六进制数 4 八进制数或十六进制数转换成二进制数 八进制 或十六进制 数转换成二进制数时 只要把八进制 或十六进制 数的每一位数码分别转换成三位 或四位 的二进制数 并保持原排序即可 整数最高位一组左边的0 及小数最低位一组右边的0 可以省略 例1 14 36 24 8 2 解 36 24 8 011110 010100 2 11110 0101 2 36 24 例1 15 3DB 46 16 2 解 3DB 46 16 001111011011 01000110 2 3 D B 4 6 1111011011 0100011 2 1 3常用代码 1 3 1 二一十进制码 BCD码 二 十进制码是用二进制码元来表示十进制数符 0 9 的代码 简称BCD码 BinaryCodedDecimal的缩写 用二进制码元来表示 0 9 这10个数符 必须用四位二进制码元来表示 而四位二进制码元共有16种组合 从中取出10种组合来表示 0 9 的编码方案约有2 9 1010种 几种常用的BCD码如表1 1所示 若某种代码的每一位都有固定的 权值 则称这种代码为有权代码 否则 叫无权代码 表1 1几种常用的BCD码 例1 16 902 45 10 8421BCD 解 902 45 10 100100000010 01000101 8421BCD 例1 17 10000010 1001 5421BCD 10 解 10000010 1001 5421BCD 52 6 10 52 6 若把一种BCD码转换成另一种BCD码 应先求出某种BCD码代表的十进制数 再将该十进制数转换成另一种BCD码 例1 18 01001000 1011 余3BCD 2421BCD 解 01001000 1011 余3BCD 15 8 10 00011011 1110 2421BCD若将任意进制数用BCD码表示 应先将其转换成十进制数 再将该十进制数用BCD码表示 例1 19 73 4 8 8421BCD 解 73 4 8 59 5 10 01011001 0101 8421BCD 1 3 2可靠性代码 代码在产生和传输的过程中 难免发生错误 为减少错误的发生 或者在发生错误时能迅速地发现或纠正 广泛采用了可靠性编码技术 利用该技术编制出来的代码叫可靠性代码 最常用的有格雷码和奇偶校验码 纠错的三个层次 编码本身不易出错 格雷码 检查并能纠错 汉明码 纠错是以增加硬件为代价的 出错能检查出来 奇偶校验码 1 格雷 Gray 码 具有如下特点的代码叫格雷码 任何相邻的两个码组 包括首 尾两个码组 中 只有一个码元不同 在编码技术中 把两个码组中不同的码元的个数叫做这两个码组的距离 简称码距 由于格雷码的任意相邻的两个码组的距离均为1 故又称之为单位距离码 另外 由于首尾两个码组也具有单位距离特性 因而格雷码也叫循环码 格雷码属于无权码 格雷码的编码方案很多 典型的格雷码如表1 2所示 表中同时给出了四位自然二进制码 表1 2典型的Gray码 一位反射对称轴 二位反射对称轴 三位反射对称轴 四位反射对称轴 表1 2中给出的格雷码 还具有反射特性 即按表中所示的对称轴 除最高位互补反射外 其余低位码元以对称轴镜像反射 利用这一特性 可以方便地构成位数不同的格雷码 2 奇偶校验码 奇偶校验码是一种可以检测一位错误的代码 它由信息位和校验位两部分组成 信息位可以是任何一种二进制代码 它代表着要传输的原始信息 校验位仅有一位 它可以放在信息位的前面 也可以放在信息位的后面 其编码方式有两种 1 使每一个码组中信息位和校验位的 的个数之和为奇数 称为奇校验 2 使每一个码组中信息位和校验位的 的个数之和为偶数 称为偶校验 表1 3给出了8421BCD奇偶校验码 表1 3带奇偶校验的8421BCD码 1 3 3字符代码 对各个字母和符号编制的代码叫字符代码 字符代码的种类繁多 目前在计算机和数字通信系统中被广泛采用的是ASCII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 美国信息交换标准代码 其编码表如表1 4所示 表1 4ASCII码 读码时 先读列码B7B6B5 再读行码B4B3B2B1 则B7B6B5B4B3B2B1即为某字符的七位ASCII码 例如字母K的列码是100 行码是1011 所以K的七位ASCII码是1001011 注意 表中最左边一列的A B F是十六进制数的六个数码 1 4算术运算与逻辑运算算术运算当两个二进制数码表示数量大小时 它们可以进行数值运算 称这种运算为算术运算 逢二进一 及 借一当二 加法运算减法运算乘法运算除法运算 1 4算术运算与逻辑运算逻辑运算0和1可以表示两种不同的状态 两种不同的状态通常称为逻辑状态 它们可以按照某种逻辑关系进行逻辑运算 下一章重点介绍 1 5数字电路按照集成度大小小规模集成电路 SmallScaleIntegratedCircuit SSIC 10 100个中规模集成电路 MediumScaleIntegratedCircuit MSIC 100 1000个大规模集成电路 LargeScaleIntegratedCircuit LSIC 1000 10000个超大规模集成电路 VeryLargeScaleIntegratedCircuit VLSIC 10000个以上 数字逻辑器件中小规模集成逻辑器件由基本逻辑和触发器构成硬件逻辑设计大规模和超大规模集成逻辑器件由软件组成软件逻辑设计专用集成电路ASIC标准单元 门阵列和PLDASIC和PLD设计 1 6本课程的任务和性质重要性本课程是电子信息技术专业的技术基础课 也是我校通信工程专业骨干课之一 学习内容集成电路的工作原理和主要电气特性逻辑代数基础组合逻辑时序逻辑电路半导体存储器及可编程逻辑器件PLD脉冲波形的产生 变换和整形电路A D转换电路 D A转换电路 作业1 1P10习题 小结重点 数制转换8421BCD码难点 含小数部分的10进制数向2进制转换时的转换精度