第2章计数系统、运算指令、以及代码.docVIP

第1章 数字概念简介 本章大纲 1.1 数字量与模拟量 1.2 二进制数、逻辑电平和数字波形 1.3 基本逻辑运算简介 1.4 逻辑函数简介 1.5 固定函数集成电路 1.6 可编程逻辑器件 1.7 测试仪器简介 1.8 数字系统应用 本章学习目标 解释数字量与模拟量的基本不同 介绍电压电平如何用于表示数字量 描述脉冲波形的参数，例如上升时间、下降时间、脉冲宽度、频率、周期和占空比 解释非、与、或的基本逻辑运算 描述比较器、加法器、编码转换器、编码器、解码器、多路转换器、多路复用器、计数器和寄存器的逻辑函数 根据复杂度和电路封装类型辨别固定函数数字集成电路 确定集成电路封装的引脚数 描述可编程逻辑器件，讨论各种不同的类型，说明如何对可编程逻辑器件进行编程 识别数字测试仪器并了解它们如何用于测试数字电路及系统 介绍在实际应用中如何由基本函数组成一个完整的数字系统 重要术语 模拟量 数字量 二进制 位 脉冲 时钟 时序图 数据 串行 并行 逻辑 输入 输出 门 非 反相器 与 或 集成电路 可编程逻辑器件 故障检测 简介 数字这个术语源自计算机通过计数完成一些操作的方式。多年以来，数字电子学的应用仅限于计算机系统。今天，数字技术已在计算机以外的许多领域得到应用。例如，电视、通信系统、雷达、航空及导航系统、军事系统、医疗仪器、工业过程控制及日用品电子学等都会用到数字技术。数字技术的发展从真空管电路到分立式晶体管，再到含有几百万个晶体管的复杂集成电路。 本章介绍了数字电子学，并对很多重要概念、元件和工具进行了介绍。 数字系统应用概述 本书中许多章的一个特点就是利用一个系统应用将这一章所涉及到的主要内容融合在一起。每一个系统均适用于一个特定的章节，解释如何运用这些理论与设备。纵观全书，共介绍了4个不同的系统，其中，有的系统涵盖了两个或更多的章节。 所有这些系统都被简化，以便能够很好地应用于章节中的材料。尽管它们基于实际系统的需求而来，但都适用于书中所涉及到的问题，所以它们并不一定是最有效或最接近于实际应用的。 本章介绍的第一个系统是一个工业控制系统，用于对传送带上进行包装的产品进行计数和控制。它的目的是为了涵盖本章所提到的所有逻辑函数，这样我们就可以了解如何运用它们，以及如何使它们一起工作，达到某个特定目的。 学习本章内容可访问/floyd。 1.1 数字量与模拟量 电路可分为两大类，数字电路与模拟电路。数字电路包括以离散值表示的量，模拟电路则包括连续值的量。尽管我们在本书中将学习关于数字量的基本原理，但也需要了解模拟量，因为许多应用会涉及到它们。 学完本节之后，你应当能够 定义模拟量 定义数字量 解释数字量与模拟量的区别 说明数字量与模拟量相比的优点 举例说明数字量和模拟量如何用于电子学 模拟量是以连续值表示的数据。数字量是以离散值表示的数据。自然界中绝大部分的事物可用模拟量来表示。比如，一段时间内的空气温度值。在给定的一天里，温度不会瞬间地从70℉上升到71℉；之间会有无数个温度值。如果制作一个典型的夏季温度图，你就会得到一个类似于图1.1的平滑曲线。其他的模拟量例子包括时间、压力、距离和声音。 图1.1 模拟量图(温度-时间) 相对于一个连续的温度图，我们假设每一个小时测量一次温度。现在你有一个24小时内每小时的温度变化值，如图1.2。你可以很快地将这个模拟量转换成数字编码表示的每个样本值。最重要的是我们要明白图1.2并不是模拟量的数字表示法。 图1.2 图1.1模拟量样本值的表示法。每个点所代表的值都可以由0和1组成的数字编码表示 数字量的优点 数字表示法较之模拟量表示法在电子学应用方面有一定的优势。首先，数字数据比模拟数据在处理和传输方面更有效、更可靠。其次，数字数据更便于存储。当音乐转换成数字形式后，比相同情况下转换成模拟形式更完整，复制效果会更精确、更清晰。噪音(不必要的电压波动)不会影响数字数据，但会影响模拟信号。 模拟电子系统 播音系统是将声音放大以便让更多的听众收听，这是模拟电子学应用的一个例子。图1.3是自然界中的一个模拟量——声波，麦克风获得了声波，并将它转换成低模拟电压，我们称之为声频信号。这个电压随着声音的音量和频率的变化而持续不断地变化，并用作线性放大器的输入。放大器的输出，也就是放大了的输入电压，与扬声器相连。扬声器将放大的音频信号转换为声波，使声音远远大于麦克风获得的原始声波。 图1.3 基本播音系统 一个使用数字方法与模拟方法的系统 光盘播放器是一个同时运用数字电路和模拟电路的系统。图1.4解释了它的基本原理。 图1.4 CD播放器的基本原理。只给出了一个通道 音乐是以数字信号的形式存储在光盘上的。激光二极管光学系统从旋转的光盘上将数字信号传送到数