模拟信号与数字信号知识介绍_精品文档.ppt

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1.1.3模拟信号与数字信号,1.模拟信号-时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等。

u,2.数字信号-在时间上和数值上均是离散的信号。

3.模拟信号的数字表示,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.,模-数转换的实现:

1.1.4.数字信号的描述方法,1.二值数字逻辑及其表示,

（1）在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态,0、1表示的两种对立逻辑状态的逻辑关系-二值数字逻辑,在数字电路中,0、1组成二进制数可以表示数量大小,也可以表示两种对立的逻辑状态。

（a）用逻辑电平描述的数字波形,（b）16位数据的图形表示,

（2）波形图,2.数字波形,高电位,低电位,有脉冲,数字波形-信号逻辑电平对时间的图形表示,（a）非归零型,（b）归零型,比特率-每秒钟转输数据的位数,无脉冲,

（1）数字波形的两种类型:

（2）数字波形的周期性和非周期性,非周期性数字波形,周期性数字波形,周期性数字波形,1.非理想脉冲波形,（3）实际脉冲波形及主要参数,占空比q-表示脉冲宽度占整个周期的百分比,2.几个主要参数:

上升时间tr和下降时间tf-从脉冲幅值的10%到90%上升、下降所经历的时间（典型值ns）,脉冲宽度（tw）-脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间,周期（T）-表示两个相邻脉冲之间的时间间隔,q,（4）时序图,-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、任何一位数可以而且只可以用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9这十个数码表示。

式中，102、101是根据每一个数码所在的位置而定的，称之为“权”。

例如：

2、进位规律是“逢十进一”。

即9+1=10,一、特点：

3、在十进制中，各位的权都是10的幂，而每个权的系数只能是09这十个数码中的一个。

=1101+0100,1.2数制,.2.1十进制,二、一般表达式:

位权,系数,在数字电路中，计数的基本思想是要把电路的状态与数码一一对应起来。

显然，采用十进制是十分不方便的。

它需要十种电路状态与之对应。

要想严格区分这十种状态是很困难的。

一、特点,二、二进制数的一般表达式为:

1、任何一位数只能用“0”和“1”表示。

位权,系数,例如：

1+1=10,2、进位规律是：

“逢二进一”。

3、各位的权都是2的幂。

=121+020,.2.2二进制,四、二进制数的缺点,a、易于电路实现-每一位数只有两个值，可以用管子的“导通”或“截止”，灯泡的“亮”或“灭”、继电器触点的“闭合”或“断开”来表示。

b、二进制数装置所用元件少，电路简单、可靠*。

c、基本运算规则简单,运算操作方便。

三、二进制数的优点,位数太多，不符合人的习惯，不能在头脑中立即反映出数值的大小，一般要将其转换成十进制后，才能反映出来。

*,a）二进制数据的串行传输,五、二进制数据的传输,需要一根时钟信号线和一根数据传送线以及一根公共地线。

在时钟脉冲CP控制下，数据由最高位MSB到最低位LSB依次传送。

b）二进制数据的并行传输,并行传送的突出特点是数据传送速率快。

其缺点是需要占用的数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。

将一组二进制数据的所有位同时传送，称为并行传送。

二、十进制数转换成二进制数：

常用方法是“按权相加”。

1.整数部分用“辗转相除”法:

将十进制数连续不断地除以2,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,一、二进制数转换成十进制数：

整数部分小数部分,2.小数部分用“辗转相乘”法:

例如:

（11）10=（?

）2,1,0-b2,2,0,1-b3,11,2,1-b0,2,5,1-b1,2,2,余数,（11）10=（b3b2b1b0）2=（1011）2,若十进制数较大时，不必逐位去除2，可算出2的幂与十进制对比，,28=256，261256=5，,低位|高位,（5）10=（101）2,（261）10=（100000101）2,将十进制数连续不断地除以2,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。

又如：

（261）10=（?

）2,2.小数部分用“辗转相乘”法:

将小数部分连续不断地乘以2,每次所得乘积的整数部分取出，由高位到低位排列，即为所求。

例将（0.706）D转换为二进制数，要求其误差不大于2-10。

解：

0.7062=1.4121b1,由于最后的小数小于0.5，根据“四舍五入”的原则，应为0所以，（0.706）D=（0.101101001）B，其误差。

高位|低位,0.4122=0.8240b2,0.8242=1.6481b3,0.6482=1.2961b4,0.2962=0.5920b50.5922=1.1841b60.1842=0.3680b70.3682=0.7360b80.7362=1.4721b9,将小数部分连续不断地乘以2,每次所得乘积的整数部分取出，由高位到低位排列，即为所求。

解：

由于精度要求达到0.1%，需要精确到二进制小数10位，即1/210=1/1024。

所以,例2将十进制小数（0.39）10转换成二进制数，要求精度达到0.1%。

1、八进制数以8为基数，采用0,1,2,3,4,5,6,7八个数码表示。

2、进位规律是“逢八进一”。

3、各位的权都是8的幂。

例（10110.011）B=,一、八进制的特点：

例如（144）o=182+481+480=64+32+4=（100）D,二、二进制转换成八进制：

例（752.1）o=,三、八进制转换成二进制：

（26.3）o,（111101010.001）B,0,因为八进制的基数8=23，所以，可将3位二进制数表示一位八进制数，即000111表示07。

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，3位一组，不够3位的添零补齐，则每3位二进制数表示一位八进制数。

将每位八进制数展开成3位二进制数，排列顺序不变即可。

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“逢十六进一”。

各位的权均为16的幂。

一般表达式：

四、十六进制的特点：

二进制转换成十六进制：

因为16进制的基数16=24，所以，可将四位二进制数表示一位16进制数，即00001111表示0F。

例（111100010101110）B=,将每位16进制数展开成四位二进制数，排列顺序不变即可。

例（BEEF）H=,（78AE）H,（1011111011101111）B,十六进制转换成二进制：

五、二-十六进制之间的转换,十六进制在数字电路中，尤其在计算机中得到广泛的应用，因为：

六、优点：

第一、与二进制之间的转换容易,第二、计数容量较其它进制都大。

假如同样采用四位数码，,第三、计算机系统中，大量的寄存器、计数器等往往按四位一组排列。

故使十六进制的使用独具优越性。

八进制可计至7777o=4095D；,十进制可计至9999D；,十六进制可计至FFFFH=65535D，,二进制最多可计至1111B=15D,即64K。

其容量最大。

几种数制之间的关系对照表,1.3二进制数的算术运算（自学）,1.3.1无符号二进制数的算术运算,算术运算是当两个二进制数码表示数量大小时，它们之间可以进行数值运算。

二进制数的算术运算法则和十进制数的运算法则基本相同，只是进位借位规则不同,加法运算是“逢二进一”,减法则是“借一当二”。

1.3.2带符号二进制数的算术运算,1.4二进制码,代码:

表示某一特定信息的二进制数码。

编码:

赋予代码特定含义的过程。

二进制代码的位数n与需要编码的数（或信息）的个数N之间应满足以下关系：

2n-1N2n,1.4.1二十进制码（BCD码-BinaryCodedDecimal）,用4位二进制数来表示一位十进制数中的09十个数码。

从4位二进制数16种代码中,选择10种来表示09个数码的方案有很多种,每种方案产生一种BCD码。

1.几种常用的BCD代码,2各种编码的特点有权码：

编码与所表示的十进制数之间的转算容易如（）（）,余码的特点:

0和9,1和8.6和4的余码互为反码,这对于求取对10的补码很方便。

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，译码时不会发生竞争-冒险现象。

3.用BCD代码表示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组BCD代码来表示。

例如：

对于有权BCD码，可以按权展开，求得所代表的十进制数。

例如：

4.求BCD代码表示的十进制数,1.4.2格雷码,格雷码是一种无权码。

编码特点是：

任何两个相邻代码之间仅有一位不同。

例如，8421码中的0111和1000是相邻码，当7变到8时，四位均变。

若采用格雷码，0100和1100是相邻码，仅最高一位变。

该特点常用于模拟量的转换。

当模拟量发生微小变化，而可能引起数字量发生变化时，格雷码仅仅改变一位，这与其它码同时改变两位或更多位的情况相比，更加可靠。

1.4.3ASCII码,ASCII码即美国标准信息交换码。

它共有128个代码，可以表示大、小写英文字母、十进制数、标点符号、运算符号、控制符号等，普遍用于计算机的键盘指令输入和数据等。

1.5二值逻辑变量与基本逻辑运算,当0和1表示逻辑状态时，两个二进制数码按照某种特定的因果关系进行的运算。

逻辑运算有逻辑代数表达式、真值表、逻辑图和硬件描述语言（HDL）等多种描述方式。

与普通代数不同之处是逻辑代数中的变量只有0和1两个可取值，它们用来表示完全对立的逻辑状态。

在逻辑代数中，有“与”、“或”、“非”三种基本的逻辑运算。

.逻辑运算:

逻辑运算使用的数学工具是逻辑代数。

*,2.逻辑代数:

1.真值表-描述逻辑关系的表格。

2.逻辑表达式-输入信号为自变量，输出为函数的数学表达方式。

3.逻辑符号-用规定的逻辑符号表示的图形。

在画电路时使用的符号:

除此之外，还可以用波形图、硬件描述语言（HDL）来表示逻辑运算。

3.逻辑运算的几种表达方式:

或逻辑：

L=A+,与逻辑运算,开关A、B控制灯泡L，只有当A和B同时闭合时，灯泡才能点亮,

（1）定义：

某事件有若干个条件，只有当所有条件全部满足时，这件事才发生。

（2）真值表：

（4）逻辑符号,（3）逻辑表达式L=A.B,开关串联电路,与运算-,或运算-,或逻辑运算,只要开关A和B中有一个闭合，或两个都闭合，灯泡就会亮。

（1）定义：

某事件有若干个条件，只要其中一个或一个以上的条件得到满足，这件事就发生。

（2）真值表:

（3）逻辑表达式:

L=A+B,（4）逻辑符号:

开关并联电路,非运算,非逻辑运算,下图表示一个简单的非逻辑电路，当继电器通电，灯泡熄灭；继电器断电，灯泡点亮。

（1）定义：

某事件的产生取决于条件的否定，这种关系称为非逻辑。

（2）真值表:

（3）逻辑表达式:

在输入端用小圆圈表示,（4）逻辑符号:

在输出端用小圆圈表示,两输入变量与非逻辑真值表,4.几种常见的复合逻辑运算,1）与非运算,两输入变量或非逻辑真值表,2）或非运算,3）同或运算,若两个输入变量的值相同，输出为1，否则为0。

同或逻辑真值表,同或逻辑表达式：

4）异或逻辑,若两个输入变量的值相异，输出为1，否则为0。

异或逻辑真值表,1.6逻辑函数及其表示方法,1.真值表表示方法,2.逻辑表达式表示方法,3.逻辑图表示方法,4.波形图表示方法,用0和1可以组成二进制数，表示数量的大小，也可以表示对立的两种逻辑状态。

十六进制、二进制常用于数字电子技术、微处理器计算机和数据通信。

常用二进制码来表示十进制数，如8421码、2421码、5421码、余3码、余3码循环码、格雷码等。

与、或、非是逻辑运算中的三种基本运算，其他的逻辑运算可以由