哈工大《数字电路》课件第1章课堂用.docx
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哈工大《数字电路》课件第1章课堂用
HarbinInstituteofTechnology
《数字电路》
课件-----------------
内部资料
第一章数制与编吗
☆脉冲与数字电路的关系
●系统的信号来源：
数字电路系统的时钟源
信源编码输入
●信号输出和传输：
系统的输出数据
系统输出信道编码
1.1脉冲与数字波形
1.1.1脉冲波形的概念
●连续信号或模拟信号：
如常见的正弦波等就属于这一类，
归属模拟电子线路课程。
●脉冲信号及数字信号：
变化快慢不一，作用时间断续的电压或电流，
如图1-1所示的几种常见脉冲波形。
矩形电压脉冲的幅度和时间参数
幅度参数：
Vo脉冲的起始电位，即静态电平，它可正可负；
Vm脉冲幅度；
VP脉冲峰值，可以有正峰和负（反）峰值之分；
Δ平顶下降；
δ超量，也可以有正，反向超量之分。
Δ和δ这两个参数，有时是用其对幅度Vm的比来表示的。
时间参数：
t0脉冲起始时间，通常以0.1Vm电子计，在图1-2中，取t0
tr上升时间，以幅度的0.1—0.9计；
tf下降时间，以幅度的0.1—0.9计；
tW脉冲底部宽度，通常以0.1Vm电平计；
tWA脉冲平均宽度，指0.5Vm电平的宽度；
T为周期，tW/T为脉冲的占空比β
可以看出，脉冲还有正、负极性之分，脉冲电压自起始电平向上变化的，便为正脉冲；反之，向下变化的则是负脉冲。
对正脉冲而言，前沿就是上升沿，后沿则为下降沿；而对负脉冲，tf是前沿时间，tr则成为后沿时间。
图1-1或1-2所示的都是视频脉冲。
众所周知，脉冲的宽度愈窄，或边沿愈陡，它的频谱就愈宽，低频端可为直流分量，高频端则可达数十兆赫的视频分量。
本书所讨论的脉冲电压或电流，其宽度多数在微秒（ps）、毫秒（ms）的量级，而边沿时间则可短到纳秒（ns）量级；电压为数伏，而电流则主要在微安到毫安量级。
参数在这样范围内的脉冲信号是目前在电子设备或线路实验中最常遇到的。
1.1.2数字波形的概念
将某种脉冲波形赋以特定的数字含义后，就可称为数字信号。
应用最广的二电平数字信号，如电平的高、低或脉冲的有、无代表1和0，如图1-3的v1和v2等波形所示。
v1表示的是二电平数字信号，代表数字…101100011101…。
高为1，低为0。
为非归零吗（NRZ，NonReturntoZero），电位式
v2是以有脉冲的代表1，无代表0。
（RZ，ReturntoZero）,脉冲式，易于提取位同步时钟。
v3为NRZI的非归零信号，由IBM提出的，相邻码元间有相关性。
当码元从1－0或0－0时，电平不变；而从0－1或1－1时，则改变电平。
因为它是电平跳变次数最少的码元，对器件性能要求较低。
v4双极型归零码（BRZ），其码型是用正脉冲表示1，负脉冲表示0；
v5为BPRZ（BiPolarRZ）型，它以零电平代表0，而每逢信号1时，则用极性交替的归零脉冲表示。
由于双极型码的平均直流分量几乎为零，故适宜于在长线上传输，可以降低线路损耗。
v6是一种四电平数字信号，它以最高电平表11，次高电平表10，较低电平表01，而最低电平表00。
这样，四电平的u，也代表了数字…101100011101…。
v7是双相码，又称曼彻斯特码。
它的特点是不论传何种图案的数据，例如有长连0或连1的，在接收端很容易从中提取出时种信号，以及恢复所传数据。
1.2数字的基本概念
1.2.1数制与权重
一个十进制（DEC,Decimal）数ZD，它的每一位都可以是0～9中的某个数，而且从右往左，即从低位向高位，每位都是逢十进一的，因其基数为十（10），故称为十进数。
例：
正数178.65就可以展开成
式（1-1）的通用形式为：
日常书写的十进数形式为：
对R进制有：
r为基数，ri为位权，系数ai＝{0，1，…r-1}
1-2-2数的自然二进制码（BIN,Binary）表示法
二进制数ZB的展开式
基数为2，位权为2i，系数bi＝{0，1}
书写形式：
二进制权重表
2i
i
2-i
2i
i
2-i
1
0
1.0
256
8
0.00390625
2
1
0.5
512
9
0.001953125
4
2
0.25
1024
10
0.0009765625
8
3
0.125
2048
11
0.00048828125
16
4
0.0625
4096
12
0.000244140625
32
5
0.03125
8192
13
0.0001220703125
64
6
0.015625
16384
14
0.00006103515625
128
7
0.0078125
32768
15
0.000030517578125
一、二进制转换成十进制
例1-1将ZB＝（110101100.01）B转换成十进制
解：
各位的对应权为
二进制数
1
1
0
1
0
1
1
0
0
．
0
1
28
27
26
25
24
23
22
21
20
．
2-1
2-2
ZB＝
1*28+1*27+0*26+1*25+0*24+1*23+1*22+0*21+0*20+0*2-1+1*2-2
＝
256+128+32+8+4+0.25＝（428.25）D
二、十进制转换成二进制
例1-2试将（71）D转换成二进制
解：
整数部分采用连除2
结果：
ZB＝（1000111）B
例1-3试将（0.71）D转换成二进制
解：
小数部分采用连乘2
（0.71）D＝（0.101101）+e,e<2-7
1.2.3八进制（OCT）和十六进制（HEX）
一、八进制和十六进制的特点
二、十进制到八进制和十六进制的转换方法
1、间接转换法：
借助二进制进行转换
2、直接转换法：
直接用基数连除
例1-4试将数（14762）D写成等值的二进码和八进码形式。
解：
间接转换
3
4
6
5
2
八进制
（14762）D=
011
100
110
101
010
二进制
212
29
26
23
20
权
84
83
82
81
80
（14762）D=（011100110101010）B=（34652）O
余数
8
14762
2
8
1845
5
8
230
6
8
28
4
3
3
直接转换：
连续除8
结果：
（14762）D＝（34652）O
例1-5将数（14762）D写成等值的十六进码形式。
解：
间接转换
3
9
A
A
十六进制
（14762）D=
0011
1001
1010
1010
二进制
212
28
24
20
权
163
162
161
160
（14762）D=（0011100110101010）B=（39AA）O
余数
十六进制
16
14762
10
A
16
922
10
A
16
57
9
9
3
3
3
直接转换：
连续除16
结果：
（14762）D＝（39AA）H
1.2.4二－十进制编码（BCD，BinaryCodedDecimalnotation）
1.3带有符号位的二进码
1.3.1带正、负号数的二进码表示法
1、原码
2、补码和反码
●基数补码：
对于任意一个r进制数X
其基数补码可定义为：
（X）r,c=rn－X，n为整数部分的位数
二进制基数补码：
（X）2,c=2n-X
例如：
（1001）2,c=24－9=0111
●降基数补码（反码）对于任意一个r进制数X
其降基数补码可定义为：
（X）r-1,c=（rn－rm）-X
n为整数部分的位数，m为小数部分的位数
二进制反码：
（X）1,c=（rn-rm）-X
例如：
（1001）1,c=（24－20）－9=0110
3、二进制数的补码和反码
★二进制反码实际上就是对位取反
★二进制基数补码实际上就是二进制反码＋1（2m）
4、数的运算
表1-5二进制作为不同数码时的值
二进码
自然二进制值
原码值
反码值
补码值
b4
b3
b2
b1
b0
（ZB）
（Z原）
（Z反）
（Z补）
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
2
2
2
2
0
0
0
1
1
3
3
3
3
0
0
1
0
0
4
4
4
4
0
0
1
0
1
5
5
5
5
0
0
1
1
0
6
6
6
6
0
0
1
1
1
7
7
7
7
0
1
0
0
0
8
8
8
8
0
1
0
0
1
9
9
9
9
0
1
0
1
0
10
10
10
10
0
1
0
1
1
11
11
11
11
0
1
1
0
0
12
12
12
12
0
1
1
0
1
13
13
13
13
0
1
1
1
0
14
14
14
14
0
1
1
1
1
15
15
15
15
1
0
0
0
0
16
-0
-15
16
1
0
0
0
1
17
-1
-14
-15
1
0
0
1
0
18
-2
-13
-14
1
0
0
1
1
19
-3
-12
-13
1
0
1
0
0
20
-4
-11
-12
1
0
1
0
1
21
-5
-10
-11
1
0
1
1
0
22
-6
-9
-10
1
0
1
1
1
23
-7
-8
-9
1
1
0
0
0
24
-8
-7
-8
1
1
0
0
1
25
-9
-6
-7
1
1
0
1
0
26
-10
-5
-6
1
1
0
1
1
27
-11
-4
-5
1
1
1
0
0
28
-12
-3
-4
1
1
1
0
1
29
13
-2
-3
1
1
1
1
0
30
-14
-1
-2
1
1
1
1
1
31
-15
-0
-1
1-3-2符号位的扩展
8位二进制：
1个符号位＋7位数据位
16位二进制：
1个符号位＋16位数据位
1.3.3其它编码的补码和反码
1.4可靠性编码的概念
1.4.1奇偶效验码
1.4.2m中取n码
1.4.3格雷码（G）
4位格雷码的形成
b1b0
b3b2
00
01
11
10
00
0000
0001
0011
0010
01
0100
0101
0111
0110
11
1100
1101
1111
1110
10
1000
1001
1011
1010
1.5字符码与条形码
一、ASCII码——AmericanStandardCodeforInformationInterchange
二、条形码——条形码编码原理
（一）、条形码基本概念
条形码：
是由一组宽度不同、反射率不同的条和空按规定的编码规则组合起来的用以表示一组数据的符号
1．条形码符号：
由静区和一组条形码字符组合而成，用以表示一个完整数据的符号。
通常将人眼可识别的数据标注在条形码符号的下面
2．条形码元素：
用以表示条形码的条和空统称为条形码元素
3．条形码字符：
用以表示一个数字、字母及特殊符号的一组条形码元素
4．条：
在条形码符号中，反射率较低的元素称为条（黑）
5．空：
在条形码符号中，反射率较高的元素称为空（白）
6．位空：
在条形码符号中，位于两个相邻的条形码字符之间，
且不代表任何信息的空，称为位空
7．单位元素宽度：
在条形码符号中，窄元素的标称宽度为单位元素宽度，
用X表示
8．两种元素条形码：
在条形码符号中，如果元素的宽度只有两种
多种元素条形码：
9．条形码逻辑值：
对于两种元素宽的条形码，宽元素的逻辑值为1，
窄元素的逻辑值为0
10．连续型和离散型条形码：
11．条形码字符集：
（二）、条形码符号的结构
静区
起始字符
数据字符
效验字符
终止符号
静区
静区：
没有任何字符或条形码信息，通常为白色，位于条形码两侧
起始字符：
条形码的第一位字符
数据字符：
位于起始字符之后的条形码数据
终止符号：
条形码字符的最后一位，表示数据字符结束
效验字符：
位于之后，起效验作用
（三）、UPC码
UPC码——UniversalProductCode
为一种长度固定的、连续型的数字式码制，采用四种元素宽度
UPC－A码：
12位数据
UPC－E码：
6位数据
（三）、EAN码
EAN码：
EuropeanArticleNumbering，欧洲物品编码
EAN码与UPC码兼容
EAN—13码：
13位数据
EAN—8码：
8位数据
3、段位码
（1）七段码显示器
（2）16段码显示器
米字形
（3）点阵显示器
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