北邮数电课件 第00章 绪论

1、数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计北京邮电大学 信通院 版权：孙文生版权：孙文生教学资源教学资源nQQ群群课程群课程群 3643 7175 (1000人人)n人人网公共主页人人网公共主页n网址：网址：http:/ 436 (公开群，公开群，10万人万人)n网址：网址： http:/ 模电数电模电数电微信公众平台二维码微信号：bupt2013版权：孙文生版权：孙文生引引 论论n模拟和数字的概念模拟和数字的概念n集成电路的发展集成电路的发展n本课程主要内容本课程主要内容n学习方法学习方法n考试和参考书考试和参考书版权：孙文生版权：孙文生模拟和数字的概念模拟和数字的概念n模拟信号模拟信号：时间和幅

2、值上时间和幅值上连续连续的信号的信号n模拟电路：模拟电路：实现模拟信号的处理实现模拟信号的处理n基本单元：放大电路基本单元：放大电路n输入、输出为模拟信号输入、输出为模拟信号n数字信号数字信号：时间和幅值上时间和幅值上离散离散的信号的信号n数字电路：数字电路：实现数字信号的处理实现数字信号的处理n基本单元：逻辑门电路基本单元：逻辑门电路n输入、输出为数字信号输入、输出为数字信号版权：孙文生版权：孙文生引引 论论n模拟和数字的概念模拟和数字的概念n集成电路的发展集成电路的发展n本课程主要内容本课程主要内容n学习方法学习方法n考试和参考书考试和参考书版权：孙文生版权：孙文生集成电路的发展集成电路的

3、发展n电子学近百年发展史上三个重要的电子学近百年发展史上三个重要的里程碑里程碑：( (以以电子器件电子器件的更新换代为标志！的更新换代为标志！) )n19061906年年 电子管电子管发明发明( (真正进入电子时代真正进入电子时代) )n19481948年年 晶体管问世晶体管问世n2020世纪世纪6060年代年代 集成电路出现集成电路出现 (SSI(SSI、MSIMSI、LSILSI、VLSI)VLSI)版权：孙文生版权：孙文生第一代电子器件第一代电子器件电子管电子管 1904年年, 英国人英国人弗莱明弗莱明发明发明真空电子二极管真空电子二极管。第一只电子。第一只电子管的诞生，标志着人类从此进

4、入电子时代。管的诞生，标志着人类从此进入电子时代。 真空二极管的发明得益于真空二极管的发明得益于爱迪生爱迪生发现的发现的“爱迪生效应爱迪生效应”。爱迪生在研究白炽灯的寿。爱迪生在研究白炽灯的寿命时，在灯丝附近焊上一小块金属片，他发命时，在灯丝附近焊上一小块金属片，他发现：金属片虽未与灯丝接触，但如果在它们现：金属片虽未与灯丝接触，但如果在它们之间加电压，灯丝就会产生一股电流趋向附之间加电压，灯丝就会产生一股电流趋向附近的金属片。近的金属片。 弗莱明弗莱明用金属圆筒代替金属片，套在灯丝外面，用金属圆筒代替金属片，套在灯丝外面，和灯丝一起封在玻璃泡里，使接收电子的面积大大和灯丝一起封在玻璃泡里，使

5、接收电子的面积大大增加，构成真空电子二极管。增加，构成真空电子二极管。版权：孙文生版权：孙文生 第一代电子器件第一代电子器件电子管电子管 1906年，美国人年，美国人福雷斯特福雷斯特（Lee De Fordst）发明）发明真空电子真空电子三极管电子管三极管电子管，实现了第一个能放大电信号的电子器件。这是，实现了第一个能放大电信号的电子器件。这是电子学发展史上电子学发展史上第一个里程碑第一个里程碑。用电子管可实现整流、稳压、。用电子管可实现整流、稳压、检波、放大、振荡、变频、调制等多种功能电路。检波、放大、振荡、变频、调制等多种功能电路。 电子管体积大、重量重、寿命短、耗电大。世界上第一台电子管

6、体积大、重量重、寿命短、耗电大。世界上第一台计算机用计算机用1.8万只电子管，占地万只电子管，占地170m2，重，重30t，耗电，耗电150kW。版权：孙文生版权：孙文生电子管收音机电子管收音机版权：孙文生版权：孙文生第二代电子器件第二代电子器件晶体管晶体管 1948年，年，肖克利肖克利（W.Shckly）等发明了）等发明了半导体三极管半导体三极管，其性能明显优于电子管。晶体管的发明是电子学历史上的其性能明显优于电子管。晶体管的发明是电子学历史上的第二个里程碑第二个里程碑。 1956年，年，肖克利肖克利、巴丁巴丁和和布拉坦布拉坦 因此获得诺贝尔物理因此获得诺贝尔物理学奖。学奖。版权：孙文生版权

7、：孙文生怀旧怀旧DIY矿石收音机矿石收音机n 矿石收音机原理矿石收音机原理古典的双晶体检古典的双晶体检波器：采用红锌波器：采用红锌矿和斑铜矿石矿和斑铜矿石辉钼矿和金属接辉钼矿和金属接触，类似于锗二触，类似于锗二极管。极管。版权：孙文生版权：孙文生怀旧怀旧DIY矿石收音机矿石收音机版权：孙文生版权：孙文生第三代电子器件第三代电子器件集成电路集成电路 1958年，年，基尔比基尔比等提出将晶体管等元件和线路集成在一等提出将晶体管等元件和线路集成在一起的设想，三年后，起的设想，三年后，集成电路集成电路实现了商品化。实现了商品化。集成电路按集成度可分为：集成电路按集成度可分为： (1) 小规模集成电路小

8、规模集成电路 （SSI） (2) 中规模集成电路中规模集成电路 （MSI） (3) 大规模集成电路大规模集成电路 （LSI） (4) 超大规模集成电路超大规模集成电路 (VLSI)版权：孙文生版权：孙文生采用集成电路制作的电子钟采用集成电路制作的电子钟版权：孙文生版权：孙文生采用集成电路制作的电子钟采用集成电路制作的电子钟旋转后的样子旋转后的样子遥控对时版权：孙文生版权：孙文生采用集成电路制作的电子钟采用集成电路制作的电子钟旋转后的样子旋转后的样子版权：孙文生版权：孙文生学生作品学生作品-数字电波钟数字电波钟可接收河南商丘低频时码授时信号，30万年误差1秒。版权：孙文生版权：孙文生学生作品学生

9、作品-数字电波钟数字电波钟可接收河南商丘低频时码授时信号，30万年误差1秒。版权：孙文生版权：孙文生电波钟主要器件电波钟主要器件时钟芯片DS1302，0.8元温度传感器，3.0元2.5元1.2元0.5元1.5元0.3元电波钟接收模块，15元0.5元0.2元单片机STC89C52，4元0.3元74HC595达林顿驱动器，0.5元ULN2003稳压芯片，0.5元7805版权：孙文生版权：孙文生 市面上电波钟产品市面上电波钟产品JY8009-55E光动能可接收多局电波参考价：15000元AS5000-71A光动能电波参考价:4000元电波钟，挂钟，参考价：150元DIY作品，成本：几十元版权：孙文生

10、版权：孙文生指针式电波钟机芯指针式电波钟机芯版权：孙文生版权：孙文生学生作品学生作品-无线遥控自动避障循迹小车无线遥控自动避障循迹小车版权：孙文生版权：孙文生无线遥控小车的电源无线遥控小车的电源笔记本电池和强光手电内部用的都是这种型号电池。里面有4节这样的电池版权：孙文生版权：孙文生典型的数字系统典型的数字系统: 计算机计算机1946年美国宾夕法尼亚大学年美国宾夕法尼亚大学机械计算器：算盘机械计算器：算盘3000年前年前便携式计算机便携式计算机台式计算机台式计算机 集成电路的发展，使数字设备变得越来越小巧，更加集成电路的发展，使数字设备变得越来越小巧，更加便于携带。便于携带。由由1万万8千个电

11、子管、千个电子管、6千个开关、千个开关、1万个电万个电容器、容器、 7万个电阻、万个电阻、 1千千5百个继电器组成百个继电器组成的，占地的，占地170m2，重达，重达30吨。吨。版权：孙文生版权：孙文生数字技术的应用数字技术的应用版权：孙文生版权：孙文生数字技术的应用数字技术的应用 视网膜屏：“当你拿的东西距离你10-12英寸(约25-30厘米)时，只要分辨率达到300ppi(每英寸300个像素点)，你的视网膜就无法分辨出像素点了。”版权：孙文生版权：孙文生数字技术的应用数字技术的应用版权：孙文生版权：孙文生数字技术的应用数字技术的应用版权：孙文生版权：孙文生数字技术的应用数字技术的应用版权：

12、孙文生版权：孙文生数字技术的应用数字技术的应用版权：孙文生版权：孙文生应用举例应用举例: 闭环数字控制系统闭环数字控制系统放大电路(模拟)传感器模拟A/D转换电路模拟数字数字运算逻辑控制(数字电路)数字D/A转换电路功率放大(模拟)模拟执行机构模拟数字信号波形变换与整形数字信号时钟电路版权：孙文生版权：孙文生引引 论论n模拟和数字的概念模拟和数字的概念n集成电路的发展集成电路的发展n本课程主要内容本课程主要内容n学习方法学习方法n考试和参考书考试和参考书版权：孙文生版权：孙文生本课程主要内容本课程主要内容n逻辑代数逻辑代数n组合逻辑电路组合逻辑电路n时序逻辑电路时序逻辑电路n可编程逻辑器件可编

13、程逻辑器件nVHDL语言语言n数模与模数转换数模与模数转换版权：孙文生版权：孙文生引引 论论n模拟和数字的概念模拟和数字的概念n集成电路的发展集成电路的发展n本课程主要内容本课程主要内容n学习方法学习方法n考试和参考书考试和参考书版权：孙文生版权：孙文生学习方法学习方法n课程基础课程基础：二进制：二进制n数字：数字： (51.625)10(110011.101)2n符号：符号：ASCII、GB2312n数学工具数学工具: 布尔代数布尔代数n常量：常量：0，1n逻辑变量：逻辑变量：A，Bn逻辑运算：与逻辑运算：与 或或 非；与非、或非、异或等非；与非、或非、异或等n公理、定律、定理公理、定律、定

14、理n数字电路的分析和设计数字电路的分析和设计: n基本逻辑门电路、复合逻辑门电路基本逻辑门电路、复合逻辑门电路n中、小规模集成电路中、小规模集成电路n大规模大规模/超大规模集成电路超大规模集成电路版权：孙文生版权：孙文生常用术语常用术语n位位（bit) ：数字系统中最小的数据单位。：数字系统中最小的数据单位。n字节字节（byte)：8个二进制位，即个二进制位，即 1byte = 8 bitsn字字(word)：若干个字节构成一个字：若干个字节构成一个字n字长字长：指参与运算的数的基本位数，：指参与运算的数的基本位数，n决定了计算设备内部寄存器、加法器以及数据总线等的位数，决定了计算设备内部寄存

15、器、加法器以及数据总线等的位数，反映了计算设备的精度。反映了计算设备的精度。 版权：孙文生版权：孙文生引引 论论n模拟和数字的概念模拟和数字的概念n集成电路的发展集成电路的发展n本课程主要内容本课程主要内容n学习方法学习方法n考试和参考书考试和参考书版权：孙文生版权：孙文生考试和参考书考试和参考书n平时平时 20%n期中期中 20%n期末期末 60%注：注：1 每周交一次作业每周交一次作业 2 作业纸上写小班编号作业纸上写小班编号 3 采用简体中文、宋体书写，严禁使用草书采用简体中文、宋体书写，严禁使用草书版权：孙文生版权：孙文生考试和参考书考试和参考书n数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计n数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计学习指导学习指导版权：孙文生版权：孙文生对上课的建议宁可神游，也要亲临现场宁可神游，也要亲临现场不要相信距离产生美不要相信距离产生美版权：孙文生版权：孙文生青年是人生的黄金阶段青年是人生的黄金阶段 1925年，年，海森堡海森堡做出突破性贡献时，刚做出突破性贡献时，刚24岁；岁；爱因斯坦爱因斯坦1905年提出光量子假说时，也才年提出光量子假说时，也才26岁；岁；玻尔玻尔1913年提出原子结年提出原子结构理论时，构理论时，28岁；岁；德布罗意德布罗意1923年提出相波的时候，年提出相波的时候，31岁。岁。 量子论的创始人之一量子论的创始人