数字电路简介组合逻辑和系统设计.PDF

数字电路简介： 组合逻辑和系统设计 到目前为止,我们已经讨论了信号的产生、传输和处理，信号的振幅( 电压, 电流)随着时 间连续变化，原则上可以取任何值。 在某一个瞬时，我们可以幅值的模拟量或数字量来表示一个信号，下面的图形所示为大 家熟悉的两种表示形式，两种显示都为 4.7 。 在这种情况下左边的数字显示有分辨率的要求。 如果我们要用两位有效数字表示实际 的4.76 只有去掉一位，根据系统的需要用 4.7 或 4.8 来代替它。 我们对模拟显示的读数要对中间的插值进行估计，实际上受限于我们对指针准确位置读 取的能力。 一般情况下数字显示将如何显示数字信号摆在首位. 如果我们现在考虑的一个随时间连续变化的模拟信号见图 2a ， 那么，如果我们在离散 的时刻(τ,2τ,3τ, κλπ)采样，我们将得到实心点所示的值，见图 2b 。 此外， 如果我们考虑将 这些离散的信号量化，我们得到图 2c 所示的数字信号。 传统的模拟信号也在图 2c 上画出 来用来强调它和它的数字量表示之间的关系. 图2 模拟和数字信号的代表图 前面的回顾应该激发我们提出几个针对图 2c ，有关这些信号并特别是数字信号问题。 例如： 1. 数字信号表示是怎样表示信息的？ 2. 信号是怎样产生的？ a. 采样频率如何选择，它与信号表现的质量有什么关系? b. 振幅量化是怎么实现的? 3. 生成数字信号有何优势和劣势？ 例如，怎样实现 a. 准确性 b. 传输 c. 防止噪声 d. 信息存储 e. 计算 在下面的几节课，我们将回答这些问题, 结合数字电路设计研究这些基本问题。 数字系统 二进制代码 在数字电子技术中信号的电压取值只有两种，高与低或 1 和 0，它被称为二进制数字信 号1 。因此，信息的数字信号是由数字 1 和 0 代表。在大多数数字系统中， 1 对应的电压范 围从2V至 5v，0 对应的电压范围从零点几伏至 1 伏。 数字运算是由二进制数的创建和操作来实现的。二进制数字是由数字 0 和 1 组成并基于 2 的幂来构成。 每位二进制数，0 或 1，称为一位（bit ），bit 为二进制数字 Binary number 的缩写。四 位在一起，是半字节, 8 位称为一个字节。 ( 8 , 16 , 32 , 64 位也称为字) ，最右边的位叫做 最低位( LSB )，而在最左边称为最高位(MSB) 。下面的简图说明了二进制数的构成和相关的 符号含义。 1除了二进制数字信息系统及其相关的二进制逻辑, 还有其它逻辑，但我们此处不加讨论。. 二进制到十进制的转换. 将二进制数转换成十进制数可以通过连续的 2 的幂相加而得出。. 例如让我们考虑下面所示的 4 位二进制数 0101 转换为十进制数(基数 10 ). 这个 4 位二进制数的一系列 2 的幂是从 0 开始，最高位是第三位，相应的幂为 3 。数字 5 就是它的十进制数表示（10 的幂）。 图2c 中的信号在t =6τ 时为 5V，二进制表示为 0101 ，在图3 上用 0101 代替了 Level4 。 后面在我们讨论模拟信号和数字信号相互转换时我们会涉及更多这方面的内容。 图3 在接下来的几个例子中,我们使用下标 2 来表示二进制数，而之后下标将会被省略。 例： 二进制转换成十进制 十进制转到二进制的转换. 将十进制转换为二进制数一般需要将十进制数的整数部分与小数部分分开处理。 整数 部分计算方法：除 2 取余法。例如，将十进制数 125 转换为二进制数的过程。 练习数字从十进制到二进制的转换 十进制 二进制 69 0100 0101 299 0001 0010 1011 756 0010 1111 0100 数字信号的小数部分表示方法 乘 2 取整法，即每一步将十进制小数部分乘以 2 ，所得积的小数点左边的数字（0 或 1） 作为二进制表示