数字电子技术课件(中国民航大学通用)PPT文件格式下载.ppt

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所用的元器件较多，电路可靠性差。

所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。

设计周期长。

现代现代EDA技术实现硬件设计软件化。

采用从上到下设计方技术实现硬件设计软件化。

采用从上到下设计方法，电路设计法，电路设计、分析、仿真分析、仿真、修订、修订全通过计算机完成全通过计算机完成。

EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。

最后下载到芯成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。

最后下载到芯片，实现系统功能。

使硬件设计软件化。

片，实现系统功能。

1、设计：

、设计：

在计算机上利用软件平台进行设计在计算机上利用软件平台进行设计原理图设计原理图设计VerlogHDL语言设计语言设计状态机设计状态机设计设计方法设计方法EDA（ElectronicsDesignAutomation）技术技术33、下载、下载22、仿真、仿真44、验证结果、验证结果实验板实验板下载线下载线数码相机数码相机数码相机数码相机智能仪器智能仪器智能仪器智能仪器计算机计算机计算机计算机数字技术数字技术的应用的应用的应用的应用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-数字电路可分为数字电路可分为TTL和和CMOS电路电路11、数字集成电路的分类、数字集成电路的分类1.1.2、数字集成电路的分类及特点、数字集成电路的分类及特点可编程逻辑器件、多功能专用集成电路106以上甚大规模大型存储器、微处理器10,00099,999超大规模小型存储器、门阵列1009999大规模计数器、加法器1299中规模逻辑门、触发器最多12个小规模典型集成电路门的个数分类集成度集成度:

每一芯片所包含的门个数每一芯片所包含的门个数2、数字集成电路的特点1）电路简单,便于大规模集成,批量生产2）可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强3）体积小,通用性好,成本低.4）具可编程性,可实现硬件设计软件化5）高速度低功耗6）加密性好3、数字电路的分析、设计与测试数字电路的分析、设计与测试

（1）数字电路的分析方法数字电路的分析方法数字电路的分析数字电路的分析:

根据电路确定根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。

电路输出与输入之间的逻辑关系。

（2）数字电路的设计方法数字电路的设计方法数字电路的设计数字电路的设计:

从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的逻辑从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的逻辑器件，设计出符合要求的逻辑电路器件，设计出符合要求的逻辑电路。

设计方式设计方式:

分为传统的设计方式和基于分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。

软件的设计方式。

分析工具：

逻辑代数。

电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图。

-时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等OtOt1.1.1.1.模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号1.1.3数字信号与数字信号数字信号与数字信号数字信号波形数字信号波形22、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：

工作信号，研究的对象不同，数字电路和模拟电路：

工作信号，研究的对象不同，分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同33、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，通常都将模拟信号转换为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数字信号.00模拟信号模拟信号模数转换器模数转换器33VV数字输出数字输出000011模数转换的实现模数转换的实现电压电压（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）逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）1.1.4数字信号的描述方法数字信号的描述方法11、二值数字逻辑和逻辑电平、二值数字逻辑和逻辑电平aa、在电路中用低、高电平表示在电路中用低、高电平表示00、11两种逻辑状态两种逻辑状态00、11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（a）（a）用逻辑电平描述的数字波形用逻辑电平描述的数字波形（b）16（b）16位数据的图形表示位数据的图形表示22、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图形表示是信号逻辑电平对时间的图形表示.高电平高电平低电平低电平有脉冲有脉冲*非归零型非归零型*归零型归零型比特率比特率-每秒钟转输数据的位数每秒钟转输数据的位数无脉冲无脉冲

（1）

（1）数字波形的两种类型数字波形的两种类型:

（2）

（2）周期性和非周期性周期性和非周期性非周期性数字波形非周期性数字波形周期性数字波形周期性数字波形例例1.1.1某通信系统每秒钟传输某通信系统每秒钟传输15440001544000位位（1.544（1.544兆位兆位）数数据，求每位数据的时间。

据，求每位数据的时间。

解：

按题意，每位数据的时间为按题意，每位数据的时间为例例1.1.2设周期性数字波形的高电平持续设周期性数字波形的高电平持续6ms，低电平持续，低电平持续10ms，求占空比求占空比q。

因数字波形的脉冲宽度解：

因数字波形的脉冲宽度tw=6ms，周期，周期T=6ms+10ms=16ms。

非理想脉冲波形非理想脉冲波形（3）（3）实际脉冲波形及主要参数实际脉冲波形及主要参数几个主要参数几个主要参数:

占空比占空比Q-表示脉冲宽度占整个周期的百分比表示脉冲宽度占整个周期的百分比上升时间上升时间ttrr和下降时间和下降时间ttff-从脉冲幅值的从脉冲幅值的10%到到90%上升上升下降所经历的时间下降所经历的时间（典型值典型值ns）脉冲宽度脉冲宽度（tw）-脉冲幅值的脉冲幅值的50%50%的两个时间所跨越的时间的两个时间所跨越的时间周期周期（T）-表示两个相邻脉冲之间的时间间隔表示两个相邻脉冲之间的时间间隔tr脉冲宽度脉冲宽度tw0.5V4.5V2.5V幅值幅值=5.0V0.0V5.0Vtf0.5V2.5V4.5V（4）（4）时序图时序图-表明各个数字信号时序关系的多重波形图。

表明各个数字信号时序关系的多重波形图。

由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保持同步关系。

为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一定的时差，但这些时差为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一定的时差，但这些时差必须限定在规定范围内，各个信号的时序关系用时序图表达。

必须限定在规定范围内，各个信号的时序关系用时序图表达。

1.2.1十进制十进制1.2数制数制1.2.2二进制二进制1.2.3二二-十进制之间的转换十进制之间的转换1.2.4十六进制和八进制十六进制和八进制一般表达式一般表达式:

1.2.1十进制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“逢十进一逢十进一”。

4587.29=4103+5102+8101+7100+2101+9102系数系数位权位权任意进制数的一般表达式为任意进制数的一般表达式为:

各位的权都是各位的权都是10的幂。

的幂。

1.2数制数制数制数制:

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位数码中的每一位数的构成及低位向高位进位的规则1.2.2二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：

1+1=10=121+020位权位权系数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”.11、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。

（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，通或截止，灯泡的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来表示。

灯泡的亮或灭、继电器触点的闭合或断开来表示。

22、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/mAOvDS/VVGS1VGS2VGS3VGS4饱和区饱和区可变电阻区可变电阻区截止区截止区vORdVDDvI33、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（11）二进制数据的串行传输）二进制数据的串行传输）二进制数据的串行传输）二进制数据的串行传输44、二进制数据的传输二进制数据的传输二进制数据的传输二进制数据的传输（22）二进制数据的并行传输）二进制数据的并行传输）二进制数据的并行传输）二进制数据的并行传输将一组二进制数据所有位同时传送。

将一组二进制数据所有位同时传送。

传送速率快传送速率快,但数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。

但数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。

1）、十进制数转换成二进制数：

a.a.整数的转换整数的转换:

“辗转相除辗转相除”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，即为所求二进制数为零，所得余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1.2.3二二-十进制之间的转换（自学）十进制之间的转换（自学）解：

根据上述原理，可将解：

根据上述原理，可将（37）D按如下的步骤转换为二进制数按如下的步骤转换为二进制数由上得由上得（37）D=（100101）B例例1.2.2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。

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?

由于解：

由于27为为128，而，而133128=5=2220，例例1.2.3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，其余各其余各系数均为系数均为0，所以得，所以得（133）D=（10000101）Bb.小数的转换小数的转换:

对于二进制的小数部分可写成对于二进制的小数部分可写成将上式两边分别乘以将上式两边分别乘以2，得得由此可见，将十进制小数由此可见，将十进制小数乘以乘以2，所得乘积的整数即为所得乘积的整数即为不难推知，将十进制小数每次除去上次所得积中的整数再乘以不难推知，将十进制小数每次除去上次所得积中的整数再乘以22，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为止，就可完成由十进制小数转换成二进制小数。

转换成二进制小数。

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，位，即即1/210=1/1024。

0.392=0.78b-1=00.782=1.56b-2=10.562=1.12b-3=10.122=0.24b-4=00.242=0.48b-5=00.482=0.96b-6=00.962=1.92b-7=10.922=1.84b-8=10.842=1.68b-9=10.682=1.36b-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。

1.十六进制一般表达式：

一般表达式：

例如例如例如例如1.2.4十六进制和八进制十六进制和八进制各位的权都是各位的权都是16的幂。

22、二、二、二、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一，所以，可将四位二进制数表示一位位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（1011111011101111）B十六进制转换成二进制：

十六进制转换成二进制：

例例（111100010101110）B=3.八进制八进制八进制数中只有八进制数中只有0,1,2,3,4,5,6,7八个数码，进位规律是八个数码，进位规律是“逢八逢八进一进一”。

各位的权都是。

各位的权都是8的幂。

一般表达式一般表达式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。

44、二、二、二、二-八进制之间的转换（自学）八进制之间的转换（自学）八进制之间的转换（自学）八进制之间的转换（自学）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，整数部分自右向左，小数部分自左转换时，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一位八进制数。

表示一位八进制数。

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，所以，可将三位二进制数表示一位八进制数，即八进制数，即000111表示表示07例例（10110.011）B=例例（752.1）O=（26.3）O（111101010.001）B5.十六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。

3、）书写简洁。

、）书写简洁。

1.3二进制的算术运算（自学）二进制的算术运算（自学）1.3.1无符号二进制的数算术运算无符号二进制的数算术运算1.3.2有符号二进制的数算术运算有符号二进制的数算术运算1.3二进制的算术运算（自学）二进制的算术运算（自学）1、二进制加法、二进制加法无符号二进制的加法规则：

无符号二进制的加法规则：

0+0=0，0+1=1，1+1=10。

例例1.3.1计算两个二进制数计算两个二进制数1010和和0101的和。

的和。

1.3.1无符号数算术运算无符号数算术运算无符号二进制数的减法规则：

无符号二进制数的减法规则：

0-0=0，1-1=0，1-0=10-1=112二进制减法二进制减法例例1.3.2计算两个二进制数计算两个二进制数1010和和0101的差。

的差。

3、乘法和除法、乘法和除法例例1.3.3计算两个二进制数计算两个二进制数1010和和0101的积。

的积。

例例1.3.4计算两个二进制数计算两个二进制数1010和和111之商。

之商。

解解：

1.3.2带符号二进制的减法运算带符号二进制的减法运算二进制数的最高位表示符号位，且用二进制数的最高位表示符号位，且用00表示正数，用表示正数，用11表示负表示负数。

其余部分数。

其余部分用原码的形式表示用原码的形式表示数值位。

数值位。

有符号的二进制数表示有符号的二进制数表示:

1.1.二进制数的补码表示二进制数的补码表示补码或反码的最高位为符号位，正数为补码或反码的最高位为符号位，正数为00，负数为，负数为11。

当二进制数为正数时，其补码、反码与原码相同。

当二进制数为负数时，将原码的数值位逐位求反，然后在最低当二进制数为负数时，将原码的数值位逐位求反，然后在最低位加位加11得到补码。

得到补码。

（+11）D=（01011）B（11）D=（11011）B减法运算的原理减法运算的原理:

减去一个正数相当于加上一个负数减去一个正数相当于加上一个负数AB=A+（B），对，对（B）求补码，然后进行加法运算。

求补码，然后进行加法运算。

2.2.二进制补码的减法运算二进制补码的减法运算例例1.3.7试用试用44位二进制补码计算位二进制补码计算5522。

自动丢弃自动丢弃解：

因为解：

因为（52）补补=（5）补补+

（2）补补=0101+1110=0011所以所以52=3例例1.3.8试用试用4位二进制补码计算位二进制补码计算5+7。

3.溢出溢出解决溢出的办法解决溢出的办法:

进行位扩展进行位扩展.解：

因为（5+7）补补=（5）补补+（7）补补=0101+0111=11004.4.溢出的判别溢出的判别当方框中的进位位与和数的符号位（即当方框中的进位位与和数的符号位（即bb33位）相同时，位）相同时，则运算结果是错误的，产生溢出。

则运算结果是错误的，产生溢出。

如何判断是否产生溢出？

1.4二进制代码二进制代码1.4.1二二-十进制码十进制码1.4.2格雷码格雷码1.4.3ASCII码码1.4二进制代码二进制代码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）的个与需要编码的事件（或信息）的个数数（N）之间应满足以下关系：

之间应满足以下关系：

2n-1N2n1.二二十进制码进制码十进制码进制码（数值编码数值编码）（BCD码码-BinaryCodeDecimal）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个数码的个数码的方案有很多种。

每种方案产生一种方案有很多种。

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BCD码十进制数码8421码2421码5421码余3码余3循环码000000000000000110010100010001000101000110200100010001001010111300110011001101100101401000100010001110100501011011100010001100601101100100110011101701111101101010101111810001110101110111110910011111110011001010（11）几种常用）几种常用的的BCD代码代码1.4.1二二-十进制码十进制码

（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:

当两个十进制的和是当两个十进制的和是10时，相应的二进制正好时，相应的二进制正好是是16，于是可自动产生进位信号，于是可自动产生进位信号,而不需修正而不需修正.0和和9,1和和8,.6和和4的余码互为反码的余码互为反码,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。

余余3码循环码：

相邻的两个代码之间仅一位的状态不同。

按余码循环码：

按余3码循环码组成计数器时，每次转换过程只有一个触发器翻转，译码循环码组成计数器时，每次转换过程只有一个触发器翻转，译码时不会发生竞争冒险现象。

码时不会发生竞争冒险现象。

有权码：

编码与所表示的十进制数之间的转算容易有权码：

编码与所表示的十进制数之间的转算容易如如（10010000）8421BCD=（90）对于有权对于有权BCD码，可以根据位权展开求得所代表的十进制码，可以根据位权展开求得所代表的十进制数。

数。

BCD84210111（）D7=11214180+=（）DBCD24217112041211101=+=（4）求求BCD代码表示的十进制数代码表示的十进制数对于一个多位的十进制数，需要有与十进制位数相同的几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组BCD代码来表示。

代码来表示。

不能省略！

（3）用用BCD代码表示十进制数代码表示十进制数1.4.2格雷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G3G2G1G00000000100100011010001010110011