数字电子技术第一章

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,阎 石主编,数字电子技术基础,第五版,高等教育出版社,课程主要教材及参考书,康华光主编,电子技术基础数字部分,(,第五版,),高等教育出版社,考核,平时成绩,30%,考试,70%,答疑,每周四下午东六栋,516,室,5,、,掌握基本逻辑运算及逻辑函数的表示方法,教学基本要求,1,、,了解数字信号与数字电路的基本概念,2,、,了解数字信号的特点及表示方法,3,、,掌握常用二十、二一十六进制数的转换,4,、,了解常用二进制码，,熟悉,8421 BCD,码,1.,数字逻辑基础,1.,数字逻辑基础,1.1,数字电路与数字信号,1.2,数制,1.3,二进制数的算术运算,1.4,二进制代码,1.5,二值逻辑变量与基本逻辑运算,1.6,逻辑函数及其表示方法,1.1.1,数字技术的发展及其应用,1906,年,美国,李,.,德福雷斯特,发明了,真空三极管,1958,年,美国,基尔比,制成第一块集成电路,6,个月后诺伊斯制成第一块硅集成电路,1948,年,晶体管之父,威廉,肖克利,发明,了,第一只晶体管诞生,1.1,数字电路与数字信号,80,年代后,- ULSI,，,1 0,亿个晶体管,/,片,目前,-,芯片内部的布线细微到亚微米,(0.130.09,m),量级,微处理器的时钟频率高达,3GHz,（,10,9,Hz,）,90,年代后,-,97,年一片集成电路上有,40,亿个晶体管。,6070代-,IC,技术迅速发展：,SSI,、,MSI,、,LSI,、,VLSI,。,10,万个晶体管,/,片。,将来,-,高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路,1.1.1,数字技术的发展及其应用,数字技术的发展,电路设计方法,伴随器件变化从传统走向现代,a),传统的设计方法：,b),现代的设计方法：,采用自下而上的设计方法；由人工组装,经反复调试,、,验证,、修改完成,。所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。,现代,EDA,技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方法，电路设计,、 分析、仿真 、修订 全通过计算机完成,。,1.1.1,数字技术的发展及其应用,根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同，,-,数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。,从集成度不同,-,数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、超大规模和甚大规模五类。,从电路的形式不同，,-,数字电路可分为集成电路和分立电路,从器件不同,-,数字电路可分为,CMOS,和,TTL,电路,1,、数字集成电路的分类,1.1.2,数字集成电路的分类及特点,可编程逻辑器件、多功能专用集成电路,10,6,以上,甚大规模,大型存储器、微处理器,10,00099,999,超大规模,小型存储器、门阵列,1009999,大规模,计数器、加法器,1299,中规模,逻辑门、触发器,最多,12,个,小规模,典型集成电路,门的个数,分类,集成度,:,每一芯片所包含的门个数,1.1.2,数字集成电路的分类及特点,2,、数字集成电路的,特点,1),电路简单,便于大规模集成,批量生产,2),可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强,3),体积小,通用性好,成本低,.,4),具可编程性,可实现硬件设计软件化,5),高速度 低功耗,6),加密性好,1.1.2,数字集成电路的分类及特点,3,、数字电路的分析、设计与测试,(1),数字电路的分析方法,1.1.2,数字集成电路的分类及特点,数字电路的分析,:,根据电路确定,电路输出与输入之间的逻辑关系。,(2),数字电路的设计方法,数字电路的设计,:,从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的逻辑器件，设计出符合要求的逻辑电路,。,设计方式,:,分为传统的设计方式和基于,EDA,软件的设计方式。,分析工具：,逻辑代数。,电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图。,1.,模拟信号与数字信号,1.1.3,模拟信号和数字信号,电子电路中的信号,模拟信号,数字信号,时间、数值上连续的信号,例：正弦波信号、锯齿波信号等。,例：产品数量的统计、数字表盘的读数等。,时间、数值上离散的信号,1.1.3,数字电路与数字信号,模拟信号,：,时间上连续：,任意时刻有一个相对的值,数值上连续：,可以是在一定范围内的任意值,例如：电压、电流、温度、声音等,缺点：,很难度量,容易受噪声的干扰,难以保存,优点：,用精确的值表示事物,u,模拟信号波形,t,对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为,模拟电路,。,真实的世界是模拟的,典型的模拟信号包括：工频信号、射频信号、视频信号等。工频信号（,50Hz),，调幅波的射频信号（,530Hz1600kHz),调频波的射频信号（88,MHz108MHz),。甚高频（,vhf),和超高频（,UHF),视频信号（,6GHz),。,数字信号：,时间上离散：,只在某些时刻有定义,数值上离散,:,变量只能是有限集合的一个值,常用,0,、,1,二元数值表示,例如：开关位置，数字逻辑,u,数字信号波形,t,对数字信号进行传输、处理的电子线路称为,数字电路,。,模拟电路主要研究：,输入、输出信号间的大小、相位关系、失真与否。模拟电路包括交直流放大器、滤波器、信号发生器等。,在模拟电路中，晶体管一般工作在放大状态；在数字电路中，三极管工作在开关状态，即工作在饱和和截止状态。,数字电路主要研究：,电路输出、输入间的逻辑关系。主要的工具是逻辑代数，电路的功能用真值表、逻辑表达式及波形图等表示。,模拟电路与数字电路比较,1.,电路的特点,2.,研究的内容,2,、模拟信号的数字表示,由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换为数字信号,.,0,0,模拟信号,模数转换器,3,V,数字输出,0,0,0,0,1,1,模数转换的实现,t,/,s,v,/mV,0,v,/mV,0,t,/,s,t,1,t,2,t,0,0,00001110,t,3,t,/,s,00001100,00001001,00001000,1.1.3,数字电路与数字信号,1.1.4,数字信号的描述方法,1,、,二值数字逻辑和逻辑电平,0,、,1,数码,-,表示数量时称二进制数,-,表示事物状态时称二值逻辑,数字逻辑,（二值数字逻辑）：在数字电路中，数字信号在时间和数值上均是离散的，常用数字“,0”,和“,1”,来表示。这里的“,0”,和“,1”,，不是十进制数中的数字，而是逻辑,0,和逻辑,1,，故称之为,二值数字逻辑,或简称为数字逻辑。逻辑“,0”,和逻辑“,1”,表示彼此相关又互相对立的两种状态。例如，“是”与“非”、“真”与“假”、“开”与“关”、“低”与“高”等等 。因而常称为数字逻辑。,电压,(V),二值逻辑,电 平,+5,1,H,(,高电平,),0,0,L,(,低电平,),逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）,在电路中用低、高电平表示,0,、,1,两种逻辑状态,表示方式,(a),用逻辑电平描述的数字波形,(b) 16,位数据的图形表示,/V,5,0,t,/ms,50,100,150,200,逻辑,0,逻辑,1,2,、数字波形,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,0,1,数字波形,-,是信号逻辑电平对时间的图形表示,.,1.1.4,数字信号的描述方法,t,t,为一拍,数字波形,(,a,),1,1,1,0,1,1,0,0,0,1,高电平,低电平,有脉冲,(b),*,非归零型,*,归零型,比特率,-,每秒钟转输数据的位数,无脉冲,1,0,(1),数字波形的两种类型,:,2,、数字波形,1.1.4,数字信号的描述方法,(2),周期性和非周期性,T,t,W,非周期性数字波形,周期性数字波形,周期性数字波形,1.1.4,数字信号的描述方法,Q,(%),占空比：,t,r,脉冲宽度,t,w,0.5V,4.5V,2.5V,幅值,=5.0V,0.0V,5.0V,t,f,0.5V,2.5V,4.5V,非理想脉冲波形,(3),实际脉冲波形及主要参数,理想脉冲波形,1.1.4,数字信号的描述方法,上升时间,脉冲宽度,下降时间,脉冲幅度,脉冲周期,占空比,q,=,t,W,/ T,占空比,Q,-,表示脉冲宽度占整个周期的百分比,几个主要参数,:,上升时间,t,r,和下降时间,t,f,-,从脉冲幅值的,10%,到,90%,上升,下降所经历的时间,(,典型值,ns,),脉冲宽度,(,t,w,)-,脉冲幅值的,50%,的两个时间所跨越的时间,周期,(T),-,表示两个相邻脉冲之间的时间间隔,1.1.4,数字信号的描述方法,例：设周期性数字波形的高电平持续,6ms,，低电平持续,10ms,，求占空比,q,。,解：,tw,=6ms,T=6+10=16ms,则,q=,tw,/T,q=6/16,100%=37.5%,(4),时序图,-,表明各个数字信号时序关系的多重波形图。,由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保持同步关系。为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一定的时差，但这些时差必须限定在规定范围内，各个信号的时序关系用时序图表达。,某存储器读数据的时序图,t,t,C,O,数据,RD,地址,bb,t,AA,1.1.4,数字信号的描述方法,t,复习思考题,1,、数字电路从整体上来看可分为几大类？,2,、当前两种主要的逻辑门电路是什么？,3,、数字电路有哪些优点？,4,、为什么数字逻辑称为二值数字逻辑？,5,、实际数字波形和理想数字波形有什么不同？,