Transcript 1 - 广东海洋大学

主讲教师：欧触灵
联系方式：电话：13531086773、3295081
E-mail：[email protected]
开课单位：广东海洋大学信息学院
考核 方 法
《数字电子技术》课程的总评成绩由以下部
分组成：
平时（出勤率、作业与纪律） —20%
实验（实习过程、结果与报告）—20%
期末考试—60%
绪 论
1.数字电子技术的发展与展望
电子器件的发展历程：电子管时代（20世纪初）
晶体管时代（1950年）
 集成电路时代（1960年）
IC按集成度分为SSI、MSI、LSI、VLSI
硅片时代（ 1970年）
片上系统（SOC）：把一个复杂的电子系统制作在一个硅片上
2.数字量和模拟量
模拟量：在时间上、数值变化上都是连续的物理量；
模拟信号；模拟电路
数字量：时间上、数值变化上都是离散的物理量；
数字信号；数字电路
3.数字电路中0和1的表示方法
数字电路中采用二进制数表示数量的大小，每
一位只有1和0两种状态。
在电路中是用高、低电平分别表示1和0的。
正逻辑：高电平为1、低电平为0
负逻辑：低电平为1、高电平为0
注意：高、低电平
允许有一定的变化
范围。
• 产生高、低电平的方法：通过控制半导体
开关电路的开关状态实现。
只需一个开关
功率损耗较大
功耗为0
比较理想
4.数字集成电路
按用途分为专用型和通用型。
专用型数字集成电路是为某种特定用途而专门设计、制造的。
通用型数字集成电路产品中又有两种类型：一种是逻辑功能固定
的标准化、系列化产品；另一种是可编程逻辑器件（PLD）。
PLD的内部包含了大量的基本逻辑单元电路，通过写入编程数据，
可以将这些单元连接成所需要的逻辑电路。因此，它的产品是通用型
的，而它所实现的逻辑功能则由用户根据自己的需要通过编程来设定。
5.EDA技术的发展与应用
电子设计自动化（EDA）是将计算机技术应用于电子电路设计过程
而产生的一门新技术。它广泛地应用于电路结构设计和运行状态的仿真、
集成电路版图的设计、印刷电路板的设计以及可编程逻辑器件的编程设
计等所有设计环节当中。
常用仿真软件有：Multisim、Proteus等
硬件描述语言：VHDL、Verilog HDL
第1章 数制和码制
1.1
数制
多位数码中，每位的构成方法以及从低位到高位的进
位规则称为数制。数字电路中普遍采用二进制数。
进制 N
数 码
十（D） 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
二（B） 0,1
十六（H）0~9,A,B,C,D,E,F
计数规则
逢十进一
逢二进一
逢十六进一
任意进制数的按权展开式：
S N

基数
10
2
16
n 1
i
Ki

N

i  m
N为进制
式中: S为任意数，
(n是整数部分的位数，m是小数部分的位数)
Ki 为第 i 位数码的系数，
Ni 为第 i 位的权。
1. 几种常用的数制
几种进制数之间的对应关系
十进制数
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
二进制数
00000
00001
00010
00011
00100
00101
00110
00111
01000
01001
01010
01011
01100
01101
01110
01111
八进制数
0
1
2
3
4
5
6
7
10
11
12
13
14
15
16
17
十六进制数
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
2 、 不同数制间的转换
1） 二→ 十
其它进制数转换为十进制数， 用“按权展开，相加即可”。
例： （1011）2 =1×23 + 0×22 + 1×21 + 1×20
= 8 + 0 + 2
+ 1 =（11）10
将代码为1 的数权值相加，即得对应的十进制数。
2） 十→二
十进制转换成其它进制：
整数部分用“除N取余，逆序排列法”。
小数部分用 “乘N取整，顺序排列法”。
例：将（123.6875）10转换成二进制数。
（123.6875)10=（1111011.1011）2

二进制与十六进制间的转换
二进制数转换为十六进制数的方法：从小数点开始，
将二进制数的整数和小数部分每四位分为一组，不足四
位的分别在整数的最高位前和小数的最低位后加“0”补
足，然后每组用等值的一位十六进制数替代即可。
十六进制数转换为二进制数的方法：每一位十六进制数
用等值的四位二进制数替代即可。
例： 111011.10101
111011.10101B B= =3B.A8
? H H
00 111011.10101 000
3
B
A
小数点为界
8
思考：十进制与十六进制间如何转换？
（3D.8）16=（ 61.5
（138.25）10=（ 8A.4
）10
）16
1.2 编码
不同的数码不仅可以表示数量的大小，还可以表
示不同的事物。用来表示不同事物的数码称为代码。
编制代码遵循的规则叫做“码制”。
1、二-十进制码（BCD码）：
用四位二进制数码表示一位十进制数码的计数方法。
BCD代码有多种不同的码制：
8421BCD 码、 2421BCD码、 余3码等
内容见下表
0001
0010
余3码
0011
0100
0101
4
0011
0100
0110
0111
5
0101
1011
6
0110
1000
1001
7
8
0111
1000
1001
1010
1101
1110
1111
8421码
0
1
2
3
9
权
0000
8421
1011
1100
2421码
0000
0001
0010
0011
0100
1100
2421
注意：任何一种BCD码都具有6个伪码。
8421、2421BCD码是恒权码
对于恒权码，将代码为1的位按权值相加即可
得代码所代表的十进制数。
（1001）8421BCD= 8+1=（9）10
例如
（1111）2421BCD= 2+4+2+1=（9）10
（01111001）8421BCD= （79）10
（10111111）2421BCD= （59）10
在2421码中： 0和9的代码、 1和8的代码、 2和7的代码、
3和6的代码、 4和5的代码均互为反码。
余3码是无权码；余3码的编码规律：在依次罗列的四位二
进制的十六种态中去掉前三种和后三 种。所以叫“余3
码”。
2、格雷码
十进制
格雷码
十进制
格雷码
0
0000
8
1100
1
2
3
4
5
6
7
0001
0011
0010
0110
0111
0101
0100
9
10
11
12
13
14
15
1101
1111
1110
1010
1011
1001
1000
格雷码的主要
特点：相邻两
个代码之间仅
有一位的状态
不同。因此将
格雷码计数器
的输出状态译
码时，不会产
生竞争-冒险
现象。
3、美国信息交换标准代码（ASCII）
它是七位二进制代码，共有128个，分别用于表示0~9，大、
小写英文字母，若干常用的符号和控制命令代码。
1.3 二进制算术运算
一、两数绝对值之间的运算：逢二进一
加法运算
1001
+0101
———
1110
减法运算
1001
- 0101
———
0100
乘法运算
1001
 0101
———
1001
0000
1001
0000
————
0101101
除法运算
1.11…
0101)————
1001
0101
———
1000
0101
————
0110
0101
————
0010
二、数字电路中正负数的表示及补码运算
有符号数的表示：符号位+数值位
符号位为‘0’表示正，‘1’表示负
补码的引入：
• 1110－0110＝1000
•
（14－6＝8）
11－5 = 6
11＋7－12＝6 （舍弃进位）
7＋5＝12 产生进位的模
7是－5对模数12的补码
• 1110＋1010＝11000
•
＝1000（舍弃进位）
•
（14＋10－16 ＝ 8）
• 0110 ＋1010 ＝16
• 1010是－0110对模数16 的补码
原码、反码和补码：
原码的表示：最高位为符号位，其余位为数值位。
（+89）10=[01011001]原
（-89）10= [11011001]原
反码的表示：正数的反码是它本身，负数的反码可将原码中的
符号位保持不变，数值位的每一位1改为0、0改为1即可。
补码的表示：正数的补码是它本身，负数的补码等于它的反码
加1。
（+89）10 =[01011001]反=[01011001]补
（-89）10 = [10100110]反=[10100111]补
利用补码将减法运算转变为加法运算：
例：试用二进制补码计算14+9，14-9，-14+9，-14-9。
（在黑板上演示计算过程）
注意观察计算结果的正确性。
提问：n位二进制补码的最大表示范围是多少？ -2n-1~+2n-1-1
课堂练习：
• 当10001110为原码时所表示的十进制数为：-14
• 当10001110为反码时所表示的十进制数为：
-113
• 当10001110为补码时所表示的十进制数为：
-114
• 用二进制补码运算方法计算：-4 -18
- 4
111100
-18
101110
-22
（1）101010
舍去
注：补码运算的结
果仍然为补码。
如果想求负数的绝对
值，应对它再求一次补码。
小 结
 几种常用的数制：二进制、十六进制和十进制
以及相互间的转换
码制：BCD码
二进制的补码运算
作 业
P21 1.8（7）、1.10（7）、
1.22（7）、1.25（6、7）