数字逻辑与数字系统.ppt
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1、数字逻辑与数字系统,数字逻辑与数字系统,2014-2015学年 第1学期,联系方式: Tel:39943108,课程安排,课程安排,数字逻辑与数字系统 (电子工业出版社) 王永军 李景华 编著,数字逻辑设计 (人民邮电出版社) 李仁发 主编,数字电子技术 (电子工业出版社) 美 Thomas L.Floyd 编,数字电子技术基础; 高等教育出版社 阎石 主编;,数字电路与逻辑设计教程 (清华大学出版社) 谢声斌 主编,参 考 书 籍 参 考 书 籍 参 考 书 籍,参考书籍,参考书籍,http:/ 1 Digital Concepts,4,课程目标: 解和掌握数字电路的专业知识; 掌握这个领
2、域的的英语术语; 掌握学习方法;,学习指南: 认真听讲做好笔记; 积极参与课堂讨论; 课后学会利用网络资源; 使用 Multisim software 作为工具验证答案;,课程总体目标和学习方法,2019/7/22,Chapter 1 Digital Concepts,5,Lecture 1: 基本概念与术语,New and Key Terms to Be Remembered Analog (模拟的); Digital (数字的); Binary (二进制); Bit (二进制数位); Pulse (脉冲); Clock (时钟); Timing diagram (时序图); Data (数
3、据); Serial (串行); Parallel (并行); Logic (逻辑);,1-1 数字量与模拟量 1-2 二进制, 逻辑电平, 数字波形,2019/7/22,Chapter 1 Digital Concepts,6,Key knowledge in this lecture,Lecture 1: 基本概念,数字量与模拟量; 数字信号比模拟信号优于哪些方面; 正逻辑与负逻辑; 逻辑的电压表示; 数字方波的参数; 数字方波的承载的二进制信息.,2019/7/22,7,Lecture 1: 基本概念,1.1 数字量与模拟量,1.模拟量 连续的信号。如正弦信号,Figure 11 模拟量
4、图(温度时间).,2019/7/22,8,Lecture 1:基本概念,2. 数字量 离散的信号,离散:在时间和数值上都是不连续的。,Figure 12 上图模拟量样本值的表示法(量化).,二进制系统,数字量的取值只有0、1,离散量的取值可以很多1,3,5,42,模拟量是随时间连续变化的物理量,数字量是不随时间连续变化的物理量,数字量模拟量应用,模拟电子系统,数字及模拟电子系统,2019/7/22,11,数字量的优势,数字量在处理和传输方面更有效,更可靠. 数字数据在需要保存时更有优势.例如数字形式的音乐比模拟形式的音乐更简洁,复制时更精确和清晰(保真). 噪声(电压波动)几乎不会影响数字数据
5、,但模拟信号则会受到影响。,Lecture 1: 基本概念,模拟电路的优点: 电路形式简单,完成相同功能时功耗较低; 可靠性高;可以直接处理自然界的信号; 作为所有的电子系统的支持和接口部分。,2019/7/22,12,1.2 二进制数,逻辑电平与数字波形,Binary Digits二进制数,传统的编码系统使用: 0,1,2,3,4,5,6,7,8, and 9. 二进制编码系统只使用两个数字: 0 和 1, 每个叫做一个比特位 bit, 是二进制数binary digit的缩写. 数字电路中,使用两个不同的电压表示这两个二进制数,逻辑0 和逻辑1.,开关量,数字量的两个数字状态 1 和 0,
6、信号的有与无 电平的高与低 开关的通与断 事情的真与假,实际生活中相互对立的两种状态,例如:,都可以用1和0来表示。,用来表示 1 和 0 的电平,有两种逻辑体制: 正逻辑体制规定:高电平为逻辑1,低电平为逻辑0。 负逻辑体制规定:低电平为逻辑1,高电平为逻辑0。 如果采用正逻辑,图所示的数字电压信号就成为下图所示逻辑信号。,正逻辑与负逻辑,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1和逻辑0)。,数字波形,将数字量的两个状态 1 和 0用波形表示,1,0,1 1,0 0 0 0,1,0,1 1 1 1,理想脉冲波形,非理想脉冲波形,数字波形,周期T =T1
7、=T2=T3=T4=T5,周期性波形,非周期性波形,三个重要参数,脉冲周期 T,脉冲频率 f,频宽比 D,(占空比),P5 例1,特点:波形不在固定的时间间隔内重复。,特点:波形在固定的时间间隔内重复。,2019/7/22,17,计算实例,Given the waveform below, determine: a) period; b) frequency; c) duty cycle,T=10ms.,2019/7/22,Chapter 1 Digital Concepts,18,数字波形携带二进制信息,波形为高电平时表示二进制binary 1,波形为低电平时表示二进制binary 0. C
8、LOCK 时钟:数字系统中,所有的波形都与一个基本时序波形同步,称之为时钟。 每一位在一个序列里所占的固定时间间隔为位时间 bit time.,Note the clock period defines bit time,2019/7/22,19,Timing Diagram (时序图),时序图就是数字波形的图形,它表示两个或两个以上波形的时间关系,还有波形和波波形之间的变化关系.,2019/7/22,Chapter 1 Digital Concepts,20,Data Transfer数据传送,数据是传递某种信息的位群. 由数字波形表示的二进制数,在数字系统中从一个系统传输到另外一个系统,有
9、两种传送方式. 1) Serial串行; 2) parallel并行; 串行传送,数据沿一条导线每次只传送一位; 并行传送, 所有的数据位同时沿不同的线传送.,2019/7/22,21,Illustration on Data Transfer Calculation,计算波形位数据传送所需时间 最左边的位最先传送时钟频率100kHz.,Answer: serial80us; parallel10us,集成电路,集成电路(integratedcircuit)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导
10、体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构。,按集成度高低分类,集成电路按集成度高低的不同可分为: SSI 小规模集成电路(Small Scale Integrated circuits) MSI 中规模集成电路(Medium Scale Integrated circuits) LSI 大规模集成电路(Large Scale Integrated circuits) VLSI 超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated circuits) ULSI 特大规模集成电路(Ultra Large Scale Integrated circ
11、uits) GSI 巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超特大规模集成电路(Giga Scale Integration)。,2019/7/22,24,Homework assignment: P12; 1,2,6,7,11,13,Class evaluation and problem assignment,数制与码制,第二章 数字系统、运算与编码,人们对数量计数的一种统计规律,计数制中所用到的数码个数 R,一个数的大小与什么有关?,进位计数的两个基本因素,基数,位权,数码所处的位置,逢R进一,逢十进一,借一当十,有十个数码 0,1,2,9,6342是多少?,(6342)8=(3298
12、)10,3298,101是多少?,5,(101)2=(5)10,表达式:,特点:,K是任意进制数码所允许数中的一个。,进制表示,逢二进一,借一当二,有两个数码 0,1,表达式:,特点:,逢八进一,借一当八,有八个数码 0,1,7,表达式:,特点:,进制表示,逢十六进一,借一当十六,有十六个数码 0,1,9,A,B,C,D,E,F,表达式:,特点:,小结,公式展开计算,三位并一位,四位并一位,一位拆三位,一位拆四位,例题,将二进制数转换为八进制和十六进制数,在不同进制的四个数中最小的一个数是_。,a) (11011001)2,b) (75)10,c) (37)8,d) (A7)16,a) 217
13、,b) 75,c) 31,d) 167,c),(77.25)10=(1) (_)2 = (2) (_)8 = (3) (_)16,(1) (a) 10101011.1 (b)1001101.01 (c) 11010101.01 (d) 10001110.11,(2) (a) 120.4 (b) 107.5 (c) 115.2 (d) 141.2,(3) (a) 4D.4 (b) 5B.4 (c) 39.8 (d)5A.C,(a),(c),(b),八进制,十六进制,例题,与 11010101.1101B相等的数有( )。,A、 325.64 O B、B5.D H C、213.8125 D D、2
14、23.14 E、355.61O,A、C,3AF.E H =( )B。,3AF.E H = 1110101111.1110 B。,Octal notation,Decimal notation,Binary notation,Hexadecimal notation,非十进制转成十进制,方法:,例:,返 回,进制转换,原则:,按权展开,利用十进制运算法则求之。,(1101.0101)2=,(7.44)8=,(3C6)16=,123+122+021+120+02-1+12-2+02-3+12-4,780+48-1+48-2=7+40.125+ 4 0.015625,3162+C161+6160=
15、3 256+12 16 +6,=(13.3125)10,=(7.5625)10,=(966)10, 整数部分的转换,2.3 十进制转换成二进制,除基取余法:用目标数制的基数(R=2)去除十进制数,第一次相除所得余数为目的数的最低位 K0,将所得商再除以基数,反复执行上述过程,直到商为“0”,所得余数为目的数的最高位Kn-1。,例:(81)10=(?)2,得:(81)10 =(1010001)2,40,20,10,5,2,0,1,K0,0,K1,0,K2,0,K3,1,K4,0,K5,1,K6,1,小数部分的转换,十进制转换成二进制,乘基取整法:小数乘以目标数制的基数(R=2),第一次相乘结果的
16、整数部分为目的数的最高位K-1,将其小数部分再乘基数依次记下整数部分,反复进行下去,直到小数部分为“0”,或满足要求的精度为止(即根据设备字长限制,取有限位的近似值)。,例: (0.65)10 =( ? )2 要求精度为小数五位。,0.65,K-1,0.3,K-2,0.6,K-3,0.2,K-4,0.4,K-5,0.8,由此得:(0.65)10=(0.10100)2,综合得:(81.65)10=(1010001.10100)2,如2-5,只要求到小 数点后第五位,十进制,二进制,八进制、十六进制,数制转换2 8 2,二进制书写位数太多常用八进制或十六进制作为缩写, 2、二进制与八进制、十六进制
17、之间的转换,一位八进制数用三位二进制数表示,(312.64)8=(?)2,3 1 2 . 6 4,011,(312.64)8=(11001010.1101)2,三位二进制数用一位八进制数表示,(1010111011.00101111)2=(1273.136)8,3,1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 . 0 0 1 0 1 1 1 1,一位拆三位,三位并一位,以小数点为基准,不足三位以“0”补充。,0,0 0,7,2,1,1,3,(1010111011.00101111)2=(?)8,001,010,.,110,100,3,6,数制转换2 16 2,一位十六进制数用四位二进制数表示,(29
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