《數(shù)制與碼制 》PPT課件.ppt

徐振方 電氣工程學(xué)院 ,數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ),2019/7/2,2,主講內(nèi)容及重點(diǎn)（54學(xué)時(shí)）,第一章 數(shù)制和碼制（5分）,第二章 邏輯代數(shù)基礎(chǔ)（15分）,第三章 門電路（10分）,第四章 組合邏輯電路（20分）,第五章 觸發(fā)器（15分）,第六章 時(shí)序邏輯電路（20分）,第十章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形（5分）,第十一章 A/D、D/A（5分）,第七章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（5分）,2019/7/2,3,第1章 數(shù)制和碼制,1.1.1 數(shù)字電路的學(xué)習(xí)方法,1.1.2 電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,1.1.3 數(shù)字電路與模擬電路,1.1 數(shù)字電路概述,返回,結(jié)束 放映,2019/7/2,4,1.1.1數(shù)字電路的學(xué)習(xí)方法,（1）邏輯代數(shù)是分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路的重要工具，應(yīng)熟練掌握。 （2）重點(diǎn)掌握各種常用數(shù)字邏輯電路的邏輯功能、外部特性及典型應(yīng)用。對(duì)其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和工作原理不必過于深究。 （3）掌握基本的分析方法。 （4）本課程實(shí)踐性很強(qiáng)。應(yīng)重視習(xí)題、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)。 （5）注意培養(yǎng)和提高查閱有關(guān)技術(shù)資料和數(shù)字集成電路產(chǎn)品手冊(cè)的能力。,2019/7/2,5,1.1.1 電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,1. 電子技術(shù)的應(yīng)用,科學(xué)研究中，先進(jìn)的儀器設(shè)備； 傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè)，先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線； 通信、廣播、電視、雷達(dá)、醫(yī)療設(shè)備、新型武器、交通、電力、航空、宇航等領(lǐng)域； 日常生活的家用電器； 電子計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)。,返回,2019/7/2,6,電視技術(shù),雷達(dá)技術(shù),通信技術(shù),計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制,航空航天,21世紀(jì)是信息數(shù)字化的時(shí)代，“數(shù)字電子技術(shù)”是數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)，是電子信息類各專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一。,2019/7/2,7,2.4GHz ISM帶寬無線系統(tǒng) 2.4GHz ISM band Radio,206MHz StrongARM Processor 206MHz 增強(qiáng)型ARM處理器,4通道聲音傳感器 4-channel acoustic Sensor,2019/7/2,8,2.電子技術(shù)的發(fā)展電子器件的改進(jìn)與創(chuàng)新,1904年發(fā)明電子真空器件（電子管）電子管時(shí)代。 1948年發(fā)明半導(dǎo)體器件晶體管時(shí)代。 20世紀(jì)60年代制造出集成電路集成電路時(shí)代。,電子管是英國(guó)物理學(xué)家弗萊明發(fā)明， 世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)用1.8萬個(gè)電子管，占地170m2， 重30t，功率150kw,按集成電路規(guī)模分類 集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目 小規(guī)模集成電路(Small Scale IC，SSI) 中規(guī)模集成電路(Medium Scale IC，MSI) 大規(guī)模集成電路(Large Scale IC，LSI) 超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale IC，VLSI) 特大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大規(guī)模集成電路(Gigantic Scale IC，GSI）,2019/7/2,9,3.電子技術(shù)的分類 電子技術(shù)：研究電信號(hào)的產(chǎn)生、傳送、接收和處理。 模擬電子技術(shù) 數(shù)字電子技術(shù),2019/7/2,10,1.1.2 數(shù)字電路與模擬電路,1. 基本概念 電信號(hào)：指隨時(shí)間變化的電壓和電流。 模擬信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都為連續(xù)的信號(hào)。 數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都為離散的信號(hào)。 模擬電路：處理和傳輸模擬信號(hào)的電路。 數(shù)字電路：處理和傳輸數(shù)字信號(hào)的電路。,返回,2019/7/2,11,模擬信號(hào)： 時(shí)間上連續(xù)：任意時(shí)刻有一個(gè)相對(duì)的值。 數(shù)值上連續(xù)：可以是在一定范圍內(nèi)的任意值。 例如：電壓、電流、溫度、聲音等。 真實(shí)的世界是模擬的。 缺點(diǎn)：很難度量； 容易受噪聲的干擾； 難以保存。 優(yōu)點(diǎn)：用精確的值表示事物。,模擬電路：處理和傳輸模擬信號(hào)的電路。 三極管工作在線性放大區(qū)。,2019/7/2,12,數(shù)字信號(hào)： 時(shí)間上離散：只在某些時(shí)刻有定義。 數(shù)值上離散：變量只能是有限集合的一個(gè)值，常用0、1二進(jìn)制數(shù)表示。 例如：開關(guān)通斷、電壓高低、電流有無。,2019/7/2,13,數(shù)字化時(shí)代： 音樂：CD、MP3 MP4 電影：MPEG、RM、DVD 數(shù)字電視 等離子電視 數(shù)字照相機(jī) 數(shù)字?jǐn)z影機(jī) 手機(jī),數(shù)字電路：處理和傳輸數(shù)字信號(hào)的電路。 三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，即飽和區(qū)或截止區(qū)。,2019/7/2,14,2. 數(shù)字電路特點(diǎn)（與模擬電路相比）,（1）數(shù)字電路的基本工作信號(hào)是用1和0表示的二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，反映在電路上就是高電平和低電平。 （2）晶體管處于開關(guān)工作狀態(tài)，抗干擾能力強(qiáng)、精度高。 （3）通用性強(qiáng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造，便于集成及系列化生產(chǎn)。 （4）具有“邏輯思維”能力。數(shù)字電路能對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算、邏輯判斷，故又稱為數(shù)字邏輯電路。,2019/7/2,15,越來越大的設(shè)計(jì) 越來越短的推向市場(chǎng)的時(shí)間 越來越低的價(jià)格 大量使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具（EDA技術(shù)） 多層次的設(shè)計(jì)表述 大量使用復(fù)用技術(shù) IP（Intellectual Property）,3. 當(dāng)前數(shù)字電路設(shè)計(jì)的趨勢(shì),2019/7/2,16,1.2 數(shù)制及編碼,1.2.1 數(shù)制,1.2.2 數(shù)制轉(zhuǎn)換,1.2.3 編碼,返回,結(jié)束 放映,2019/7/2,17,1.2.1 數(shù)制,1. 十進(jìn)制,數(shù)字符號(hào)（系數(shù)）：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 計(jì)數(shù)規(guī)則：逢十進(jìn)一， 借一當(dāng)十。 基數(shù)：10 用字母D（Decimal）表示 權(quán)：10的冪,例：（1999）10 =（1103+9102+9101+9100）10,返回,數(shù)碼：由數(shù)字符號(hào)構(gòu)成且表示物理量大小的數(shù)字和數(shù)字組合。 計(jì)數(shù)制（簡(jiǎn)稱數(shù)制）：多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法，以及從低位到高位的進(jìn)制規(guī)則。,2019/7/2,18,式中，ai為十進(jìn)制數(shù)的任意一個(gè)數(shù)碼；n、m為正整數(shù)，n表示整數(shù)部分?jǐn)?shù)位，m表示小數(shù)部分?jǐn)?shù)位。,總結(jié)：,2019/7/2,19,上述十進(jìn)制數(shù)按位權(quán)展開的方法，可以推廣到任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)制。對(duì)于一個(gè)基數(shù)為R(R2)的R進(jìn)制計(jì)數(shù)制，共有0、1、(R-1)個(gè)不同的數(shù)碼，則一個(gè)R進(jìn)制的數(shù)按位權(quán)可展開為：,這種計(jì)數(shù)法叫做“R進(jìn)制”計(jì)數(shù)法，R稱為計(jì)數(shù)制的基數(shù)或稱為計(jì)數(shù)的模(mod)。在數(shù)N的表示中，用下角標(biāo)或(mod=R)來標(biāo)明模。,2019/7/2,20,2. 二進(jìn)制,數(shù)字符號(hào)：0、1 計(jì)數(shù)規(guī)則：逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二 基數(shù)：2 用字母B(Binary)表示 權(quán)：2的冪,一般形式為： （N）2 =（bn-1bn-2b 1b0）2 = (bn-12n-1bn-22n-2b121b020)10,例：（1011101）2 = （126+025+124+123+122+021+120）10 =（64+0+16+8+4+0+1）10 =（93）10,數(shù)值越大，位數(shù)越多，讀寫不方便，容易出錯(cuò)！,2019/7/2,21,3. 八進(jìn)制,數(shù)字符號(hào)：07 計(jì)數(shù)規(guī)則：逢八進(jìn)一 基數(shù)：8 用字母O(Octal)表示 權(quán)：8的冪,例： （127）8=（182+281+780）10 =（64+16+7）10 =（87）10,2019/7/2,22,4. 十六進(jìn)制,數(shù)字符號(hào)：09、A、B、C、D、E、F 計(jì)數(shù)規(guī)則：逢十六進(jìn)一 基數(shù)：16 用字母H(Hexadecimal)來表示 權(quán)：16的冪,返回,例： （5D）16=（5161+13160）10 =（80+13）10 =（93）10,2019/7/2,23,1.2.2 數(shù)制轉(zhuǎn)換,1. 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：除2取余法。,返回,例：求（217）10 =（ ）2 解： 2217 余1 b0 2108 余0 b1 254 余0 b2 227 余1 b3 213 余1 b4 26 余0 b5 23 余1 b6 21 余1 b7 0,（217）10 =（11011001）2,2019/7/2,24,例：求（0.3125）10 =（ ）2 解： 0.3125 2 = 0.625 整數(shù)為0 b- 1 0.625 2 = 1.25 整數(shù)為1 b- 2 0.25 2 = 0. 5 整數(shù)為0 b- 3 0. 5 2 = 1.0 整數(shù)為1 b- 4,說明：有時(shí)可能無法得到0的結(jié)果，這時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求適當(dāng)取一定位數(shù)。,小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換：乘2取整法。,（0.3125）10 =（0.0101）2,2019/7/2,25,2. 二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換,（1）二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換 三位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位八進(jìn)制數(shù)。,（101011100101）2 =（101，011，100，101）2 =（5345）8,（6574）8 =（110，101，111，100）2 =（110101111100）2,2019/7/2,26,（2）二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換,例如： （9A7E）16 =（1001 1010 0111 1110）2 =（1001101001111110）2,四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)。,（10111010110）2 =（0101 1101 0110）2 =（5D6）16,2019/7/2,27,表1-1 幾種計(jì)數(shù)進(jìn)制數(shù)的對(duì)照表,返回,2019/7/2,28,1.2.3、反碼、補(bǔ)碼和補(bǔ)碼運(yùn)算,2019/7/2,29,計(jì)算(1001)2-(0101)2,1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0,0 1 0 0 1, 1 1 0 1 1,1 0 0 1 0 0,二進(jìn)制加、減、乘、除都可以用加法運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。,例1.4.1,2019/7/2,30,1.2.4 編碼,返回,二進(jìn)制代碼：具有特定意義的二進(jìn)制數(shù)碼。 編碼：代碼的編制過程。,BCD碼：用一個(gè)四位二進(jìn)制代碼表示一位十進(jìn)制數(shù)字的編碼方法。 常用的BCD碼：8421、5421、2421、余3碼等。,1. 二十進(jìn)制編碼（BCD碼）(Binary Coded Decimal),2019/7/2,31,表1-2 幾種常用的BCD碼,2019/7/2,32,（1）8421碼,選取00001001表示十進(jìn)制數(shù)09。 按自然順序的二進(jìn)制數(shù)表示所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字。 是有權(quán)碼（恒權(quán)代碼），從高位到低位的權(quán)依次為8、4、2、1，故稱為8421碼。 10101111等六種狀態(tài)是不用的，稱為禁用碼。,例： （1985）10 =（0001 1001 1000 0101）8421BCD,2019/7/2,33,（2）5421碼,（3）余3碼,選取00000100和10001100這十種狀態(tài)。 01010111和11011111等六種狀態(tài)為禁用碼。 是有權(quán)碼（恒權(quán)代碼），從高位到低位的權(quán)值依次為5、4、2、1。,選取00111100這十種狀態(tài)。 與8421碼相比，對(duì)應(yīng)相同十進(jìn)制數(shù)均要多3（0011），故稱余3碼。,2019/7/2,34,2. 其它常用的代碼,（1）格雷碼（又稱循環(huán)碼）,特點(diǎn)：任意兩個(gè)相鄰的數(shù)所對(duì)應(yīng)的代碼之間只有一位不同，其余位都相同。 循環(huán)碼的這個(gè)特點(diǎn)，使它在代碼的形成與傳輸時(shí)引起的誤差比較小。,2019/7/2,35,表1-3 四位循環(huán)碼的編碼表,2019/7/2,36,（2）奇偶校驗(yàn)碼,具有檢錯(cuò)能力，能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)代碼位同時(shí)出錯(cuò)的情況。,構(gòu)成：信息位(可以是任一種二進(jìn)制代碼)及一位校驗(yàn)位。 校驗(yàn)位數(shù)碼的編碼方式： “奇校驗(yàn)”時(shí)，使校驗(yàn)位和信息位所組成的每組代碼中含有奇數(shù)個(gè)1； “偶校驗(yàn)”時(shí)，使校驗(yàn)位和信息位所組成的每組代碼中含有偶數(shù)個(gè)1。,2019/7/2,37,表1-4奇偶校驗(yàn)碼（以8421BCD碼為例）,2019/7/2,38,（3）字符碼,字符碼：專門用來處理數(shù)字、字母及各種符號(hào)的二進(jìn)制代碼。 最常用的：美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCII碼。 ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 用7位二進(jìn)制數(shù)碼來表示字符。 可以表示27128個(gè)字符。,2019/7/2,39,表1-5 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（ASCII碼）,2019/7/2,40,本章小結(jié),返回,數(shù)字電路中廣泛采用二進(jìn)制，二進(jìn)制的特點(diǎn)是逢二進(jìn)一，用0和1表示邏輯變量的兩種狀態(tài)。二進(jìn)制可以方便地轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十進(jìn)制和十六制。 BCD碼是十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制代碼表示，常用的BCD碼是8421碼。,