数字电子技术第一章.ppt

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,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,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：,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,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,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（88MHz108MHz)。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,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.,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。,在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态,(a) 用逻辑电平描述的数字波形,(b) 16位数据的图形表示,2、数字波形,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,高电平,低电平,有脉冲,*非归零型,*归零型,比特率 - 每秒钟转输数据的位数,无脉冲,(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,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：,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 = tW / 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tr 和下降时间tf -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 (tw )- 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=6/16100%=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