(mlx)第一章 认识数字电路

数字电子技术文化理论教案（首页）教学过程§新课引入电子电路所处理的信号可以分为两大类，一类是在时间和数值上连续变化的信号，称为模拟信号；另一类是在时间和数值上离散的信号，称为脉冲信号。

课题一认识数字电路任务一认识数制与数制转换任务引入实际生活中的数据往往是由多位数组成的，人们把多位数从低位到高位的进位规则称为数制。

不同的数制适用于不同的对象，其中，十进制是人们最熟悉的一种计数法，但除了十进制计数法以外，还有许多非十进制的计数法。

相关知识一、几种数制的特点1.十进制十进制的基数为10，它的计数原则是：逢十进一，借一当十。

十进制数的按权展开式，ND=7164.8ND=7164.8= 7 103+1 102+6 101+4 100+8 10-1任一个十进制数ND=an-1an-2…a2a1a0a-1…a-m，均可以按权展开写作：∑----------⨯=⨯++⨯+⨯++⨯+⨯=1112211101010101010 )(n miimmnnnnDaaaaaaNai为十进制数码中第i位的值，可以是0～9中的任何一个；10i为第i位的权，也叫位权；10为进位的基数，也就是基本计数符号的个数；n、m均为正整数，分别是整数部分和小数部分的位数；下标D表示十进制数，也可以用数字10表示。

任一进制J的数均可以表示为：∑--⨯=1J nmiiJ aNai为J进制数码中第i位的值；Ji为第i位的权；J为基数；n、m均为正整数，分别是整数部分和小数部分的位数2、二进制二进制数采用0和1两个数码，其基数是2，其计数原则为：逢二进一，借一当二。

任何一个二进制数均可以表示为：∑--⨯=1B2 nmiiaN3、八进制八进制数的计数规则为：逢八进一、借一当八。

任何一个八进制数均可以表示为：∑--⨯=1O8 nmiiaN4、十六进制十六进制数计数规则为：逢十六进一、借一当十六。

任何一个十六进制数均可以表示为：∑--⨯=1H16 nmiiaN二、二进制整数与十进制整数的相互转换1、二进制整数转换成十进制数将二进制数转换成十进制数的方法是“按权展开求和”，利用二进制数按权展开的多项式之和的表达式，逐项相加，其和就是等值的十进制数。

2、十进制整数转换成二进制数十进制数转换成二进制数要用除二取余法【例】将168D分别转换为二进制数。

16928422222224221105210……………………………………………………………………………………余数10000111高位低位三、二进制整数与八进制整数的相互转换 1、二进制整数转换成八进制数将欲转换二进制数的整数部分从右向左、每三位一组，最后不足三位时左面用零补齐，最后将一组三位二进制数对应的八进制数写出即可。

2、八进制整数转换成二进制数将八进制数转换为二进制数时，只需将每位八进制数用对应的三位二进制数写出即可。

四、二进制整数与十六进制整数的相互转换 1、二进制整数转换成十六进制数将欲转换的二进制数的整数部分从右向左、每四位一组，最后不足四位时左面用零补齐，最后将一组四位的二进制数所对应的十六进制数写出即可。

2、十六进制整数转换成二进制数将十六进制数转换为二进制数时，只需将每位十六进制数用对应的四位二进制数写出即可。

五、十进制整数与十六进制整数的相互转换 1、十进制整数转换成十六进制数将十进制整数转换成十六进制数时，通常采用的方法是首先将十进制数转换成二进制数，然后再将二进制数转换成十六进制数。

2、十六进制整数转换成十进制数十六进制整数转换成十进制数时，用“按权展开求和法”就将得到等值的十进制数。

任务二 学习二进制数算术运算任务引入同十进制数运算一样，二进制数也可以进行加、减、乘、除运算。

在生产实际控制中，当设备具有多个负载时，每个负载对应一个位元件，如果对每个位元件单独进行控制的话，不仅程序烦琐，而且控制能力低。

为了便于编写控制程序和提高控制能力，常将多个位组合为一个整体，这些位元件的组合称为字节元件或字元件。

相关知识一、二进制数绝对值的运算1.加法运算因为二进制数的每一位只有0和1两个数，低位向高位的进位关系是“逢二进一”，所以加法运算法则为：0 + 0 = 0，0 + 1 = 1，1 + 0 = 1，1 + 1 = 10。

2.减法运算做减法运算时，本位不够减时，向高位借位计算，“借一当二”。

减法运算法则为：0－0 = 0，1－0 = 1，1－1 = 0，10－1 = 1。

3乘法运算乘法运算法则为：0×0 = 0，0×1 = 0，1×0 = 0，1×1 = 1,。

4.除法运算除法是乘法的逆运算。

在二进制除法运算中，商的每一位只有0和1这两个数值，所以除法运算的法则是：从被除数的高位开始减去除数，不够减时商为1，不够减时商为0。

从高位向低位继续做下去，就可以得到所求的商。

二、二进制正负数的表示法在多位二进制数中，规定最高位是符号位，一般约定符号位的数值为0表示正数，为1表示负数，这种表示方法称为二进制原码表示法。

如果用8位二进制数来表示带符号位的二进制正负数，则十进制数＋36和－36的原码分别写做：﹢36 =0010 0100B，﹣36 =1010 0100B。

三、字节、字1. 字节8位二进制数的组合称为字节（B），字节是构成数字信息的基本单位。

字节的高4位和低4位称为半字节。

通常规定用1000 0000作为﹣128的原码，而不用来表示﹣0，所以一个字节有符号数的数值范围为﹣128 ~ ﹢127。

若用来表示无符号数，一个字节的二进制数为0000 0000~1111 1111，数值范围为0 ~ 255（即最大值为28 ﹣1 = 255），用十六进制表示为0H ~ 0FFH。

2.字通常由若干个字节组成，2个字节组成的字有16位。

任务三学习二进制代码任务引入用来表示图形、文字、符号和数码等各种特定信息的二进制数的组合称为二进制代码。

代码只代表某种信息，并不表示其数值的大小。

在计算机中，所有的数据在存储和运算时都是二进制形式，像a，b，c这样的字母以及一些常用的符号（例如＋，－，=，@）均需用二进制代码来表示。

在数字控制系统中的操作数据同样使用二进制形式，但出于习惯，人们常常希望能以十进制形式输入或输出数据，因此要解决如何用二进制代码表示十进制0 ~ 9 的问题。

在工业生产中，为了保证产品质量和控制精度，要求控制系统必须应用可靠性高的代码，如格雷码。

相关知识一、8421BCD码用一组二进制代码来表示一个十进制数称为BCD（二—十进制）码，BCD码是用4位二进制数来表示1位十进制数。

4位二进制数共有16种组合，从中任选出10种组成表示十进制的代码，根据不同的选择，BCD码有几种类型，其中8421BCD码是从0000 ~ 1111 十六种组合中选择前10种组合，分别表示十进制数码0 ~ 9。

在8421BCD码中，从高位至低位的权分别是8，4，2，1，各位之间仍符号二进制进位规则，若按权展开求和，就可得到8421BCD码所代表的十进制数。

由于计算方便，所以8421BCD码是一种用得最多的有权码。

二、格雷码在实际生产中数控设备多应用格雷码。

格雷码的特点是任意两个相邻码之间仅有一位数码不同（包括首尾数码，所以也称为循环码），即从一个编码转移到下一个相邻编码时，只有一位的状态发生变化，利用这一特点可以避免在控制过程中出现错码，所以是一种可靠性较高的代码。

由于格雷码是无权码，故与十进制数的对应关系不够直观。

知识拓展一、ASCII代码ASCII代码是由美国国家标准化协会制定的一种代码，目前已被国际标准化组织（ISO）选定作为一种国际通用的代码，广泛地用于计算机系统中。

ASCII代码由7位二进制b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0组成，一共有128个，分别用于0 ~ 9，大、小写英文字母，若干常用的符号和控制命令代码。

查表时，先把每个字符对应的列数读出来，然后读出行数，合在一起即成为该字符的ASCII代码。

例如：1的ASCII代码的列数是001，行数是0001，合在一起为011 0001。

可以看出数字符的低4位便是1的8421BCD码。

二、其他BCD码除84121BCD码外，还有2421BCD码，5421BCD码，余三BCD码。

这些代码都有各自的特点，可根据需要选用。

例如，当采用2421BCD码和5421BCD编码时，任何两个十进制相加产生10或大于10的结果时，会向高一位产生进位，有利于实现“逢十进一”的进位规则。

余三BCD码的每个字符编码比相应的8421BCD码多3，故称为余三码。

在将两个余三CD码表示的十进制数相加时，能正确产生进位，但对两者之和必须修正。

任务四认识基本逻辑关系并测试逻辑门任务引入在工业控制中，经常会遇到开关的接通或断开、负载的通电或断电等一些相互对立的状态现象，这些现象可以分别用“1”或“0”来表示，这里“1”或“0”并不表示数值的大小，而是表示两种相反的逻辑状态。

数字电路中的基本逻辑关系有“与逻辑”“或逻辑”“非逻辑”三种，其他任何复杂的逻辑关系都可以用这三种基本逻辑的组合来表示。

能实现某种逻辑功能的数字电路称为逻辑门电路，逻辑门电路可以有一个或多个输入端，但只有一个输出端。

当输入条件满足时，门电路开启，按一定的逻辑关系输出信号，否则门电路关闭。

Multisim 2001 软件是一个综合的电子虚拟仿真平台，它可以对电子电路进行仿真。

利用这个仿真平台，不仅可以验证逻辑门电路的功能，还可以完成数字电路的设计与产品开发，是学习电子技术的有力工具。

相关知识一、 与逻辑只有当决定一件事情的所有条件全部具备时，这件事情才会发生，这种因果关系称为与逻辑。

逻辑变量（简称为变量）只有两种取值，即逻辑0和逻辑1.将输入变量所有可能的取值与对应的输出变量值列成表格形式称为逻辑真值表。

按照逻辑真值表对应的逻辑关系可绘出与逻辑波形。

在实际电路中，虽然输入信号是随机变化的，但是输出信号与输入信号的对应关系必须遵从逻辑规律。

与逻辑的逻辑功能是：“有0出0，有1出1”，逻辑函数式为：Y = A × B = A ·B = AB 。

式中表示输出变量Y 是输入逻辑变量A,B 的逻辑函数，它们之间的关系由等式右边的逻辑函数给出。

与逻辑函数式读做“Y 等于A 与B ”。

根据与逻辑真值表，可以得出与逻辑运算法则为：0×0 = 0，0×1 = 0，1×0 = 0，1×1 = 1。

这4个法则也是逻辑代数的公理，根据这些公理，可以推导出变量与常量相乘以及变量与变量相乘的法则为：A ×0 = 0，A ×1 = A ，A ×A = A ，A×A = 0。