脉冲与数字电路

1、脉冲与数字电路陈立万 主讲一、一、 数字电路与模拟电路数字电路与模拟电路1. 基本概念电信号：指随时间变化的电压和电流。模拟信号：在时间和幅值上都为连续的信号。数字信号：在时间和幅值上都为离散的信号。模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。数字电路：处理和传输数字信号的电路。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。真实的世界是模拟的。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。模拟电路：处理和传输模拟信号的电路。三极管工作在线性放大区。数字信号： 时间上离散：只在某些时刻有定义。 数值上离散

2、：变量只能是有限集合的一个值，常用0、1二进制数表示。 例如：开关通断、电压高低、电流有无。数字化时代：音乐：CD、MP3电影：MPEG、RM、DVD数字电视数字照相机数字摄影机手机数字电路：处理和传输数字信号的电路。三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。2. 数字电路特点（与模拟电路相比） （1）数字电路的基本工作信号是用1和0表示的二进制的数字信号，反映在电路上就是高电平和低电平。 （2）晶体管处于开关工作状态，抗干扰能力强、精度高。 （3）通用性强。结构简单、容易制造，便于集成及系列化生产。 （4）具有“逻辑思维”能力。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、逻辑判断，故

3、又称为数字逻辑电路。计算机计算机通信（通信（DSP应用）应用）电视（高清晰度）电视（高清晰度）将来通信的发展趋势：将来通信的发展趋势：软件无线电软件无线电单片机单片机+DSP+FPGA返返 回回二二 典型应用典型应用会议电视会议电视数字移动蜂窝电话数字移动蜂窝电话家庭信息中心家庭信息中心虚拟教育虚拟教育数字相机数字相机自动驾驶汽车自动驾驶汽车视觉感应器视觉感应器数据存储与处理数据存储与处理返回返回集集成成电电路路电子器件的发展电子器件的发展电电子子管管晶晶体体管管分分立立元元件件（SSI（100以下以下）MSI（103）LSI（104）超大规模超大规模VLSI（105以上）以上）1906年，福

4、雷斯特等发明了电子管；电子管体年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一台计算机用了台计算机用了1.8万只电子管，占地万只电子管，占地170平方米，平方米，重重30吨，耗电吨，耗电150W。目前在一些大功率发射目前在一些大功率发射装置中使用。装置中使用。1948年，肖克利等发明了晶体管，其年，肖克利等发明了晶体管，其性能在体积、重量方面明显优于电子性能在体积、重量方面明显优于电子管，但器件较多时由分立元件组成的管，但器件较多时由分立元件组成的分立电路体积大、焊点多、电路的可分立电路体积大、焊点多、电路的可靠性差。靠性差。

5、1960年集成电路出现，成年集成电路出现，成千上万个器件集成在一块千上万个器件集成在一块芯片，大大促进了电子学芯片，大大促进了电子学的发展，尤其促进数字电的发展，尤其促进数字电路和微型计算机的飞速发路和微型计算机的飞速发展。展。芯片中集成上万个芯片中集成上万个等效门，目前高的等效门，目前高的已达上百万门。已达上百万门。设计方法的变化设计方法的变化 传统的设计方法：传统的设计方法： 现代的设计方法：现代的设计方法：纯硬件电路逻辑设计，采用试凑法；纯硬件电路逻辑设计，采用试凑法；比较适合分立元件及小规模集成电路比较适合分立元件及小规模集成电路的设计，所设计电路需反复调试，而的设计，所设计电路需反复

6、调试，而且所用的元器件较多，出问题几率较且所用的元器件较多，出问题几率较高，电路的可靠性较差高，电路的可靠性较差从传统的硬件逻辑设计发展为硬件逻从传统的硬件逻辑设计发展为硬件逻辑设计、软件逻辑设计及兼有两者优辑设计、软件逻辑设计及兼有两者优点的集成电路点的集成电路ASIC设计。采用从上设计。采用从上到下或从下到上设计方法，出现了相到下或从下到上设计方法，出现了相应的电子设计自动化技术（应的电子设计自动化技术（EDA）和和复杂电路的测试技术。复杂电路的测试技术。返返 回回EDA技术以计算机为基本工具、借助于技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完成数字系统的逻软件设计平台，自动完成数字

7、系统的逻辑综合、布局布线、仿真等工作。最后辑综合、布局布线、仿真等工作。最后下载到芯片，实现方案。下载到芯片，实现方案。1、设计：、设计：在计算机上利用软件平台进行设计在计算机上利用软件平台进行设计设计方法设计方法原理图设计原理图设计VHDL语言设计语言设计状态机设计状态机设计 EDA技术：技术：返返 回回2、仿真、仿真3、下载、下载4、验证结果、验证结果实验板实验板下载线下载线返返 回回三三 学学 习习 方方 法法 保证基础保证基础熟练掌握有关逻辑设计的基础知识、设计方法熟练掌握有关逻辑设计的基础知识、设计方法 中小规模集成电路中小规模集成电路理解电路的逻辑功能理解电路的逻辑功能应用它设计逻

8、辑电路应用它设计逻辑电路 数字系统数字系统掌握从上到下的现代数字系统的设计方法，学掌握从上到下的现代数字系统的设计方法，学会使用会使用EDA软件设计平台软件设计平台贯穿课程的始终的是：贯穿课程的始终的是： 逻辑设计逻辑设计考核考核 方方 法法由于数字电路的教学内容及结构作了较大幅度的调由于数字电路的教学内容及结构作了较大幅度的调整，实验教学比例的加大必然带来考核方法的改革整，实验教学比例的加大必然带来考核方法的改革考核方法：考核方法：课程总成绩课程总成绩=理论部分理论部分+实践部分实践部分理论部分理论部分= (考勤考勤10%+作业作业10%+纪律纪律10%+期末期末70%)*50%实践部分实践

9、部分=(考勤考勤10%+实验报告实验报告10%+纪律纪律10% +操作过程操作过程30%+ 期末期末40%)*50%参 考 资 料基本部分基本部分1. 数字系统设计基础数字系统设计基础沈嗣昌沈嗣昌航空工业出版社航空工业出版社2. 数字电路与系统数字电路与系统刘宝琴刘宝琴清华大学出版社清华大学出版社3. 数字设计数字设计张张 著著北京理工大学出版社北京理工大学出版社可编程逻辑器件及可编程逻辑器件及VHDL语言语言ALTERA可编程逻辑器件及其应用可编程逻辑器件及其应用刘宝琴刘宝琴 清华大学出版社清华大学出版社可编程专用集成电路原理、设计和应用可编程专用集成电路原理、设计和应用 孟宪元孟宪元 电子

10、工业出版社电子工业出版社VHDL语言与数字逻辑电路设计语言与数字逻辑电路设计 侯伯亨侯伯亨 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社返返 回回著者：王尔乾著者：王尔乾 巴林风巴林风著者：刘宝琴著者：刘宝琴清清华华大大学学出出版版社社参 考 资 料返返 回回参 考 资 料国国防防科科技技大大学学出出版版社社北北京京理理工工大大学学出出版版社社著者：张著等著者：张著等著者：周南良著者：周南良返返 回回参 考 资 料航航空空工工业业出出版版社社著者：沈嗣昌著者：沈嗣昌 蒋璇等蒋璇等华华中中理理工工出出版版社社著者：查振亚著者：查振亚返返 回回参 考 资 料中中国国科科技技大大学学出出版版社社著者：陈继荣著者：陈继荣 华华 蓓蓓电电子子工工业业出出版版社社著者：孟宪元著者：孟宪元陈继荣 华 蓓编著中国科技大学出版社返返 回回参 考 资 料著者：黄正谨著者：黄正谨电电子子工工业业出出版版社社著者：朱明程著者：朱明程东东南南大大学学出出版版社社返返 回回参 考 资 料著者：刘宝琴著者：