数字电路与系统第一章
数字电路与系统设计

目录分析
1.2数制
1.1数字信号与数 字电路概述
1.3码制
1.5 HDL
1.4算术运算与逻 辑运算
习题
2.1逻辑代数中的运 算
2.2逻辑运算的电路 实现
2.3逻辑运算的公式
2.4逻辑运算的基本 规则
2.5逻辑函数的标准 形式
2.6逻辑函数的化简
2.7 VHDL描述逻辑 门电路
习题
3.2常用中规模集 成组合逻辑电路
程逻辑器件 (CPLD)
3 6.6现场可编
程门阵列 (FPGA)
4
6.7 HDPLD应 用举例
5
习题
1
7.1概述
2
7.2数字系统 的描述工具
3
7.3控制器设 计
4 7.4数字系统
设计及VHDL实 现
5
习题
8.2模数转换(A/D)
8.1数模转换(D/A)
习题
作者介绍
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(MSI)
3.1 SSI构成的组 合电路的分析和设
计
3.3竞争和冒险
3.4 VHDL描述 组合逻辑电路
习题
4.1概述 4.2基本SRFF
4.3钟控电位触发器 4.4边沿触发器
4.5集成触发器的参 数
4.6触发器应用举例
4.7 VHDL描述触发 器
习题
5.1概述 5.2寄存器
5.3计数器 5.4序列信号发生器
数字电路与系统设计
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
本书关键字分析思维导图
数字电路与系统答案(丁志杰)

第一章习题1-1 例1.2.12中转换前后两个数的绝对值哪个大?为什么?答:转换前大。
因为转换后舍去了后边的小数位。
1-2 将下列二进制数分别转换为八进制数、十六进制数和十进制数。
11001101.101,10010011.1111解:(11001101.101)2 =(11 001 101.101)2= ( 315.5)8=(1100 1101.1010)2 =( CD.A)16=(128+64+8+4+1+0.5+0.125)10=(205.625)10(10010011.1111)2 =(1001 0011.1111)2= (93.F)16=(10 010 011.111 100)2 =( 223.74)8=(128+16+2+1+0.5+0.25+0.125+0.0625)10=(147.9375)101-3 将下列十进制数转换为二进制、八进制和十六进制数。
121.56,73.85解:1. 0Å1Å3Å7Å15Å30Å60Å121 0.56Æ0.12Æ0.24Æ0.48Æ0.96Æ0.921 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1所以:(121.56)10=(1111001.10001)2=(171.42)8=(79.88)162. 0Å1Å2Å4Å9Å18Å36Å73 0.85Æ0.7Æ0.4Æ0.8Æ0.6Æ0.2Æ0.41 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0(73.85)10=(1001001.11011)2=(111.66)8=(49.D8)161-4 将下列十六进制数转换为二进制、八进制和十进制数。
89.0F,E5.CD解:(89.0F)16=(10001001.00001111)2=(211.036)8=(8*16+9+15/256)10=(137. 0.05859375)10 1-5 试求例1.2.17的转换误差,比较例1.2.12的转换误差,哪个大?为什么?答:例1.2.12的误差大。
数字电路与逻辑设计微课版(第一章数字电路与逻辑设计基础)教案

第一章数字电路与逻辑设计基础本章的主要知识点包括数制及其转换、二进制的算术运算、BCD码和可靠性编码等。
1.参考学时2学时(总学时32课时,课时为48课时可分配4学时)。
2.教学目标(能力要求)●系统梳理半导体与微电子技术发展的历史,激发学生专业热情,结合我国计算机发展面临的卡脖子现状,鼓励学生积极投身信息成业自主可控;●学生可解释数字系统的概念、类型及研究方法;●学生能阐述数制的基本特点,可在不同数制之间进行数字的转换;●学生能理解带符号二进制数的代码表示,能将真值和原码、反码、补码的进行转换;●学生能熟记几种常用的编码(8421码、2421码、5421码、余三码),说明有权码和无权码的区别,能阐述不同编码的特点和特性;●学生能阐述奇偶校验码和格雷码的工作原理与主要特征,并能利用相关原理进行二进制和格雷码的转换,能根据信息码生成校验码,并能根据信息码和校验码辨别数据是否可靠。
3.教学重点●BCD码●奇偶校验码●格雷码4.教学难点●理解不同BCD码的编码方案及相关特征●理解可靠性编码方案、验证的原理以及使用方法。
5.教学主要内容(1)课程概述(15分钟)➢科技革命促生互联网时代➢半导体与微电子技术发展历程➢课程性质、内容与学习方法(2)芯片与数字电路(20分钟)➢数字信号和模拟信号➢数字逻辑电路的特点➢数字逻辑电路的分类➢数字逻辑电路的研究方法(3)数制及其转换(5分钟)➢进位计数值的概念和基本要素➢二进制和十进制的相互转换➢二进制和八进制数的相互转换➢二进制和十六进制数的相互转换(4)二进制数的算术运算(5分钟)➢无符号二进制数的算术运算➢带符号二进制数的机器码表示➢带符号二进制数的算术运算(5)BCD码(20分钟)➢有权码和无权码的区别➢8421码的编码规律及和十进制数的转换➢2421码的编码规律及和十进制数的转换➢5421码的编码规律及和十进制数的转换➢余三码的编码规律及和十进制数的转换(6)奇偶校验码(15分钟)➢奇校验和偶校验的概念➢奇校验和偶校验校验位的生成方法和校验方法➢奇校验和偶校验的特点(7)格雷码(10分钟)➢格雷码的特点和用途➢格雷码和二进制数的相互转换6.教学过程与方法(1)课程概述(15分钟)➢科技革命促生互联网时代以习总书记的讲话作为整个课程的导入,说明科技发展是强国必有之路,穿插不同国家崛起的历史,结合第一次工业革命、第二次工业革命,推出目前进入的互联网时代,结合中美贸易战事件,引导学生积极投身国产IT生态的建设。
数字电路第1章数字电路概述

导线连接起来的电路;
集成电路是将元器件及导线均采用半导体工艺 集成制作在同一硅片上,并封装于一个壳体内的 电路。一块芯片上集成的元器件数量的多少,称 为集成电路的集成度。
小规模集成电路(SSI, 数十器件/片) 中规模集成电路(MSI, 数百器件/片)
JHR
第1章 数字电子技术概述
一、本章主要介绍内容
1.数字电子技术与模拟电子技术的区别,数字 信号和数字电路的基本概念。
2.半导体器件(二极管、三极管、MOS管)在 数字电路中主要工作于开关状态,重点介绍它们的 开关运用特性。 3.数字系统中信息可分为数值和文字符号两大 类。数值的计数体制常用的有二进制、十进制、十 六进制,重点介绍它们的
方法二:按位、权值进行转换。 在十进制数中,小数点左侧第一位称为个位,其 权值为100,第二位称为十位,其权值为101,依
此类推。
例如:十进制数3954代表:
3 9 5 4
(3103)+(9102)+(5101)+(4100) (31000)+(9100)+(510)+(41) 3000 + 900 + 50 + 4=3954
3.八进制数
数码:0、1、2、3、4、5、6、7、八个数码。 基数:8 计数规律: 逢八进一、借一当八
n 1
一般表达式: N 8
im
K i 8i
如 .7 ) 8 3 8 2 2 81 5 8 0 7 8 1 (325 ( 213 .875 )10
(N)10=(b2b1b0)2
则
(b2b1b0)2 =(b2×22+b1×21+b0×20)10
此式说明 (N)10÷2=b2×21+b1……余数b0
数字电子电路第二版电子课件第一章数字电路基础

§1—1 数字信号与数字电路
4
第一章 数字电路基础
当人们在超市购物结账付款时,收银员只要把条形码扫描器对准货物上 的条形码一扫,计算机屏幕上立刻就会显示该物品的价格。这是因为条形 码经扫描器扫描后,会产生相应的“数字信号”,经计算机处理后就可以 显示为货物的名称及价格等信息,进而可刷卡付款,打印付款收据。超市 自动收款设备如图所示。
非逻辑开关电路
44
第一章 数字电路基础
图所示为非门逻辑符号。非门真值表见表。 非门的逻辑功能可概括为“有0出1,有1出0”。非门的逻辑表达式为:
该表达式读作Y等于A非。
非门真值表
非门逻辑符号
45
28
第一章 数字电路基础
几种常见的BCD码
29
第一章 数字电路基础
(1)8421BCD码 最常用的BCD码是8421BCD码。 (2)5421BCD码 5421BCD码也是一种有权码,从高位到低位分别是5、4、2、1。 (3)2421BCD码 2421BCD码也是一种有权码,从高位到低位的权分别是2、4、2、1。 (4)余3码 这是一种无权码,它是在相应的8421BCD码上加0011(3)得到的。
15
第一章 数字电路基础
用数字电路测量电动机转速的原理框图
16
第一章 数字电路基础
2. 四人抢答器 四人抢答器原理框图如图所示。
四人抢答器原理框图
17
第一章 数字电路基础
从以上两个电路的工作过程可以看出,数字电路大致包含数字信号的产 生与整形、编码、寄存、译码、显示等典型单元数字电路。
此外,为了将传感器转换而来的模拟信号转换成控制系统所需要的数字 信号,必须采用模数转换器(A/D Converter)。数字信号被处理后,通常 还要经过数模转换器(D/A Converter)恢复成模拟信号,去驱动执行元件, 如图所示。
第一章 数字逻辑电路基础知识

(DFC.8)H =13×162+15×161+12×20+8×16-1 =(3580 .5)D
二. 二进制数←→十六进制数
因为24=16,所以四位二进制数正好能表示一位十六进制数的16个数码。反过
来一位十六进制数能表示四位二进制数。
例如:
(3AF.2)H 1111.0010=(001110101111.0010)B 2
第一章 数字逻辑电路基础知识
1.1 数字电路的特点 1.2 数制 1.3 数制之间的转换 1.4 二进制代码 1.5 基本逻辑运算
数字电路处理的信号是数字 信号,而数字信号的时间变 量是离散的,这种信号也常 称为离散时间信号。
1.1 数字电路的特点
(1)数字信号常用二进制数来表示。每位数有二个数码,即0和1。将实际中彼此 联系又相互对立的两种状态抽象出来用0和1来表示,称为逻辑0和逻辑1。而且在 电路上,可用电子器件的开关特性来实现,由此形成数字信号,所以数字电路又 可称为数字逻辑电路。
例如: (1995)D=(7CB)H =(11111001011)B
或 1995D =7CBH=11111001011B 对于十进制数可以不写下标或尾符。
1.3 不同进制数之间的转换
一.任意进制数→十进制数: 各位系数乘权值之和(展开式之值)=十进制数。 例如: (1011.1010)B=1×23+1×21+1×20+1×2-1+1×2-3
逻辑运算可以用文字描述,亦可用逻辑表达式描述,还可 以用表格(这种表格称为真值表)和图形( 卡诺图、波形 图)描述。
在逻辑代数中有三个基本逻辑运算,即与、或、非逻辑运 算。
一. 与逻辑运算
数字电路与系统设计实验

第二章 实验基本仪器
数字系统设计实验所需设备有: 直流稳压电源,示波器,基于CPLD的 数字电路实验系统,万用表,信号源, 计算机。
一、直流稳压电源
二、示波器
示波器是一种用来测量电信号波形的 电子仪器。用示波器能够观察电信号 波形,测量电信号的电压大小,周期 信号的频率和周期大小。双踪示波器 能够同时观察两路电信号波形。
能块相对集中地排列器件 3.布线顺序 VCC,GND,输入/输出,控制线 4. 仪器检测(电源,示波器,信号源) 5.实验 测试、调试与记录
6.撰写实验总结报告
(1)实验内容 (2)实验目的 (3)实验设备 (4)实验方法与手段 (5)实验原理图 (6)实验现象(结果)记录分析 (7)实验结论与体会
(((四三一)))、、、实实验实验目验的提内示容
•• 11..注测1意试.掌被T握T测LT器T器L件、件H7的CT4引和L脚HS7C器0和件4引的一脚传个输1特非4性门分。的别传接输地特和 十性5。V2。.掌握万用表的使用方法。
•• •
(2连为输23特二.接 被 入)..性将测测、123到 测 电。实试 试...被 非 压六六六验验HH反反反测 门 值所CC台相相相T器用非 的 。上器器器器件器门输4件777件7的入.444774输电LHH4KH入压SCCHΩC00T端。电C4400,旋位T片片44转R器0片T一电LR4的个T位一L输非的器个出门电改非端的压变门电传输非的压输出门传作特端的输性。
四、数字电路测试及故障查找、排除
1.数字电路测试
数字电路静态测试指的是给定数字电路若干组静态输 入值,测定数字电路的输出值是否正确。
数字电路第一章

脉冲信号及脉冲参数
0.9Um
Um
0.5Um
0.1Um
tr
tf
•脉冲幅度Um:脉冲波底到波顶变化最大值; •脉冲. 上升时间(脉冲前沿)tr:
脉冲波形上升沿从0.1Um上升到0.9Um所需要的时间。 •脉冲下降时间(脉冲后沿)tf:
脉冲波形下降沿从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。 •脉冲宽度tw:脉冲波形前后沿幅度在0.5Um两点间的时间间隔。 •脉冲周期T:在周期脉冲信号中,两个相邻脉冲同相点之间的时间间 隔,有时也用频率ƒ=1/T表示单位时间内脉冲重复的次数。 •占空比q:定义为脉冲宽度与脉冲周期的比值,即:q = t w
– 8421码,2421码, – 5421码,余3码
• 格雷码(无权码)(Gray Code)
• 字符代码-ASCII码
1.1.3 码制
• 二-十进制码─BCD码
– 用四位二进制数码表示一位十进制数的方 法称为二-十进制代码,简称BCD码 (Binary Coded Decimal)
– 常见的BCD码:
– 禁用码为:0000, 0001, 0010, 1101,1110, 1111
十进制 数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
8421 码
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
余3码
0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100
模拟信号:在时间和数值上都是连续的信号,并且把 工作在模拟信号下的电子电路称作模拟电路。
数字信号:在时间和数值上都是离散的信号,并且把 工作在数字信号下的电子电路称作数字电路。
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1.4 (1, 2, 3) 1.5 (1, 3) 1.61.10 (1, 3, 5) 1.12 (2, 4)1.141.161.17 (1,3) 1.19 (1, 3, 5)Homeworks (第三版):1Chapter 1. Number systems and codes第一章. 数制与编码2Content 本章内容:1. Number systems and their conversions 数制及其相互转换2. BCD and Grey codes BCD和格雷码3. Signed binaries 带符号的二进制数Extended learningInformation theory and coding 信息论与编码Content 本章内容:1. Number systems and their conversions 数制及其相互转换2. BCD and Grey codes BCD 和格雷码3. Signed binaries 带符号的二进制数Extended learning Information theory and coding 信息论与编码Therefore, in a general sense, information isKnowledge communicated or receivedconcerning a particular fact or circumstance or rather, information is an answer to a question. Information cannot be predicted and resolves uncertainty.§1.2 Number systems 数制1.A number system consists of an ordered set of digits, with relationshipdefined for addition, substraction, multiplication, and division. 定义了加、减、乘、除关系,并按照一定顺序进行排列的数字集合称为数制。
2.Instead of decimal used in ordinary life, binary, octal and hexadecimalare more commonly used in digital systems. 同生活中常用十进制数不同,数字系统中更常用的数制是二进制、八进制和十六进制。
3.The radix (r), or base, of the number system is the total number ofdigits allowed. 数字的总个数称为数制的基数:Number systems decimal (r =10)binary (r =2)octal (r =8)hexadecimal (r =16)561. Decimal 十进制●Ten symbols in decimal system :0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. The radix is 10. 十进制包含十个数码,基数为10(逢十进一)。
●Digits are located at different positions, the values of which are different. The value of a position is defined as the weight . 权:表示该位置的大小。
●The weight of each position in the decimal system is a power of radix 10。
十进制中每一个位置对应的权都是其基数10的幂。
●A number can be written in polynomial (多项式) form :()=1032.1942101×1109×+0104×+1103−×+2102−×+7--weight of the digit第i 个数字的权值--The digit第i 个数字In general, any number N of radix r can be written in the polynomial form (按权展开):1101,...,,,...,.n mN a a aaa −−−=n --number of integer digits 整数部分的位数i a th i ir m --number of fractional digits 小数部分的位数th i 1n iii ma r −=−= Integer digits Radix point Fractional digits82. Binary 二进制●Two symbols in a binary system :0, 1. The radix is 2. 二进制包含两个数字,基数为2(逢二进一)。
●The weights in the binary system are powers of radix 2。
二进制权值都是基数2的幂。
●A number can be written in polynomial (多项式) form :()211010.11=412×202+×112+×002+×212−+×26.75=312+×112−+×9Table.1 Decimal vs. Binary012345678910111213141516DecimalBinary0110111001011101111000100110101011110011011110111110000122232422n2(1000...00)=n zeros121−221−321−421−221(111...11)n−=n onesThe advantage of using binary in digital systems 数字系统中使用二进制的优点1.Easy to describe with hardware. 便于硬件描述。
1 0Switch开关OnOffLamp灯泡OnOffDiode/Transistor二极管/晶体管ConductCut offImpulse脉冲ExistVanishVoltage电压HighLow2.Nice properties of identifiability and anti-interference. 易于辨识、抗干扰能力强。
10However, the binary system uses too many bits to represent a large number, and thus may be sometimes inconvienence to use. 然而,二进制表示大数时占用位数过多,因此在某些场合下不便使用1265:4 bits in decimal, but 11 bits in binary (10011110001)The larger the number is,the more obvious the disadvantage is .So octal and hexadecimal systems are also used. 因此,八进制和十六进制也常常使用。
11123. Octal 八进制●Eight symbols in an octal system :0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. The radix is 8. 八进制包含八个数码,基数为8(逢八进一)。
●The weights in the octal system are powers of radix 8。
八进制权值为基数8的幂。
●A number can be written in polynomial (多项式) form :=8)47.326(+×283+×182+×086+×−184287−×10)62.214(=0.12 0.5 6 16 192++++=13Table.2 Octal vs. Decimal and Binary012345678910111213141516Decimal Binary 0110111001011101111000100110101011110011011110111110000Octal1234567101112131415161720144. Hexadecimal 十六进制●Sixteen symbols in a hexadecimal system :0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F . The radix is 16. 十六进制包含十六个数码,基数为16(逢十六进一)。
●The weights in the hexadecimal system are powers of radix 16. 十六进制权值为基数16的幂。
●A number can be written in polynomial (多项式) form :=16)4.3(B CE +×2163+×11612+×01614+×−116421611−×0.0430.25 14 192 768++++=10)293.974(=15Table.3 Hexadecimal vs. Decimal, Binary, and Octal012345678910111213141516Decimal Binary 0110111001011101111000100110101011110011011110111110000Octal 01234567101112131415161720Hexadecimal123456789ABCDEF10165. γsystem 任意进制●γsymbols :0, 1,…, γ-1. The radix is γ. 包含γ个数码,基数为γ。
●The weights in the γsystem are powers of radix γ. 任意进制权值为其基数的幂。
●A number can be written in polynomial (多项式) form :210127(345.61)3747576717−−=×+×+×+×+×17§1.3 Base conversions 数制间转换1.Convert γsystem to decimal 任意进制向十进制转换:Write the number in γ system in polynomial form 按权展开即可:101020345)25.57()2121212121(=×+×+×+×+×−=2)01.111001(2.Convert decimal to γ system 十进制向任意进制转换:1)For the integer part of a number, divide it by the radix until the quotient is 0, put the remainders in reversed order; 整数部分,除以γ取余,直到商为0为止,余数按逆序排列2)For the fraction part of a number, multiply radix and put the integer in order.小数部分,乘γ取整,整数部分按顺序排列192)小数部分,乘γ取整,顺序排列integer 01 ……………….0 ……………….1 ……………….MSB In order 顺序0.6x 21.2x 20.8x 21.60.2x 20.4102(0.2)( .0011)→210)0011.100111()2.39(=223. Conversions between Binary and Octal 二进制和八进制的互相转换328=Method: Group the digits in groups of 3digitsin both directions from the radix point.以小数点为界向两侧划分,三位一组,不够添0453651(1563.54)8(1 1 0 1 1 1 0 0 1 1. 1 0 1 1 )2=Note the last 1: 100---4the first 1: 001---1110)2001.011101(010(253.16)8=The zeros at both ends could be ignored.One bit of octal can be expressed by three bits of binary.234. Conversions between Binary and HexadecimalMethod: Group the digits in groups of 4 digitsin both directions from the radix point.以小数点为界向两侧划分,四位一组,不够添0ABDE51(15ED.BA)16(1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1.1 0 1 1 1 0 1)2=1)2101001111110.01011101(11One bit of hexadecimal can be expressed by four bits of binary4216=(3D5E.7A8)16=24§1.4 Codes 码integer1 ……………….0 ……………….1 ……………….MSBIn order 顺序0.6x 21.2x 20.8x 21.60.2x 20.4...(0.2)10=(0.001100110011…)2Many non-integral values may have infinite digits in binary.很多有限小数的二进制形式包含无限多个数字代码是指用于表示信息的一组符号,通常在计算机以及其他数字系统中,用于不同种类信息的处理、存储和交换。