数字电路复习资料

1、主讲教师：主讲教师： 李李 涛涛Tel:字电子技术基础数字电子技术基础序序 课程介绍课程介绍1. 1. 课程的性质课程的性质3. 3. 课程研究内容课程研究内容5. 5. 考核考核4. 4. 课程特点与学习方法课程特点与学习方法2. 2. 教学目标教学目标 数字电子技术基础数字电子技术基础课程是电气信息类专业具入门性课程是电气信息类专业具入门性质的重要的专业基础课。质的重要的专业基础课。 1.课程性质课程性质 掌握数字电子技术的基本概念、基本理论、基础知识掌握数字电子技术的基本概念、基本理论、基础知识和基本技能，熟悉数字电路中一些典型的、常用的集成电和基本技能，熟悉数

2、字电路中一些典型的、常用的集成电路原理，功能及数字器件的特性和参数。掌握数字电路的路原理，功能及数字器件的特性和参数。掌握数字电路的分析方法和设计方法。分析方法和设计方法。 2.课程目标课程目标逻辑代数基础、门电路、触发器。内容涉及相关器件、功逻辑代数基础、门电路、触发器。内容涉及相关器件、功能电路及系统。能电路及系统。 硬件硬件 处理数字信号的电子电路及其逻辑功能处理数字信号的电子电路及其逻辑功能 数字电路的分析方法数字电路的分析方法 数字电路的设计方法数字电路的设计方法 各种典型器件在电子系统中的应用各种典型器件在电子系统中的应用软件软件 系统分析、设计的软件工具系统分析、设计的软件工具A

3、BEL、VHDL、 VerilogHDL、EDA工具软件工具软件QuartusII等等3. 课程研究内容课程研究内容a a、发展快、发展快b b、应用广、应用广(1)(1)c c、工程实践性强、工程实践性强4.4.课程特点与学习方法课程特点与学习方法基本电路：设计方法相同，电路形式多样。基本电路：设计方法相同，电路形式多样。a a、掌握基本概念、基本电路和基本分析、设计方法、掌握基本概念、基本电路和基本分析、设计方法基本概念：以不变应万变的基础基本概念：以不变应万变的基础基本分析方法：不同类型的电路有不同的结构特征和不同基本分析方法：不同类型的电路有不同的结构特征和不同的描述方法，分析方法和设

4、计方法。的描述方法，分析方法和设计方法。b、能独立的应用所学的知识去分析和解决数字电路的实际问、能独立的应用所学的知识去分析和解决数字电路的实际问题题的能力。能力。(2)(2)学习方法学习方法电子技术基础电子技术基础 数字部分数字部分(第五版第五版) 康华光高等教育出版社，2009.12 教材教材及必读书目教材及必读书目学生必读书目学生必读书目 必读书目必读书目 数字电子技术基础数字电子技术基础 彭容修 华中理工大学出版社数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计 蔡良伟 西安电子科技大学出版社N+2考核方式考核方式过程考核 40%读书笔记 20%期末考试 40%课堂考勤 10%书面作业 10%随堂

5、考试 10%小论文 10%5、考核、考核温馨提示若期末考试卷面成绩小于等于小于等于40分分，该门课程只以只以期末考试卷面实际得分作为最终成绩。过程考核和读书笔记不计入总评成绩过程考核和读书笔记不计入总评成绩读书笔记封皮在学院教务处网页下载打印（A4纸）5、掌握基本逻辑运算及逻辑函数的表示方法掌握基本逻辑运算及逻辑函数的表示方法教学基本要求教学基本要求1、了解数字信号与数字电路的基本概念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，了解常用二进制码，熟悉熟悉

6、8421 BCD码码1.1.数字逻辑基础数字逻辑基础1.1.1数字技术的发展及其应用数字技术的发展及其应用1906年年 美国美国李李. .德福雷斯特德福雷斯特发明了发明了 真空三极管真空三极管1958年年 美国美国基尔比基尔比制成第一块集成电路制成第一块集成电路 6 6个月后诺伊斯制成第一块硅集成电路个月后诺伊斯制成第一块硅集成电路1948年年 晶体管之父晶体管之父威廉威廉肖克利肖克利发明发明 了第一只晶体管诞生了第一只晶体管诞生1.1数字电路与数字信号数字电路与数字信号80年代后年代后- ULSI ， 1 0 亿个晶体管亿个晶体管/片片 、 ASIC 制作技术成熟制作技术成熟目前目前- 芯片

7、内部的布线细微到亚微米芯片内部的布线细微到亚微米(0.130.09 m)量级量级微处理器的时钟频率高达微处理器的时钟频率高达3GHz（109Hz）90年代后年代后- 一片集成电路上有一片集成电路上有40亿个晶体管。亿个晶体管。6070年代年代- IC技术迅速发展：技术迅速发展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。10万个晶体管万个晶体管/片。片。将来将来- 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及其应用数字技术的发展数字技术的发展发展特点发展特点: :以电子器件的发展为基础以电子器件的发展为

8、基础电子管时代电子管时代 1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管年，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。目前在体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在一些大功率发射装置中使用一些大功率发射装置中使用。电压控制器件电压控制器件电真空技术电真空技术1.1.1 数字技术的发展及其应用数字技术的发展及其应用晶体管时代晶体管时代电流控制器件电流控制器件 半导体技术半导体技术半导体二极管、三极管半导体二极管、三极管器件器件1.1.1数字技术的发展及其应用数字技术的发展及其应用半导体集成电路半导体集成电路1.1.11.1.1数字技术的发展及其应用数字技术的发展及其应用电路设计方法

9、电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代伴随器件变化从传统走向现代a)a)传统的设计方法：传统的设计方法：b)b)现代的设计方法：现代的设计方法：采用自下而上的设计方法；由人工组装采用自下而上的设计方法；由人工组装, ,经反复调试、验证、经反复调试、验证、修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差, ,设计周期长。设计周期长。现代现代EDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方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、法，电路设计、 分析、仿真分析、仿真 、修订全部通过计算机完成。、修订全部通过计算机完成。1.1.11.1.1数字技术的发展

10、及其应用数字技术的发展及其应用EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完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仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下载到成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下载到芯片，实现系统功能。使硬件设计软件化。芯片，实现系统功能。使硬件设计软件化。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原理图设计原理图设计VerlogHDL语言设计语言设计状态机设计状态机设计设计方法设计方法EDA（Electronics Design Automation)技术技术1.1.11.1.1数字技术的发展及

11、其应用数字技术的发展及其应用3 3、下载、下载2 2、仿真、仿真4 4、验证结果、验证结果实验板实验板下载线下载线1.1.11.1.1数字技术的发展及其应用数字技术的发展及其应用1.1.1 数字技术的发展及其应用数字技术的发展及其应用1.1.将将PLD焊在焊在PCB板上板上 2. 2.接好编程电缆接好编程电缆 3.3.现场烧写现场烧写PLD芯片芯片应用：应用：发展快发展快 、 应用最广泛的现代技术应用最广泛的现代技术. .雷达技术雷达技术通信技术通信技术计算机、自动控制计算机、自动控制航空航天航空航天“勇气勇气”号号 火星探测器火星探测器1.1.11.1.1数字技术的发展及其应用数字技术的发展

12、及其应用1.1.11.1.1数字技术的发展及其应用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，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。数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。 从集成度不同从集成度不同 -数字集成电路可分为小规模、中规模、大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。规模、超大规模和甚大规模五类。 从电路的形式不同，从电路的形式不同， -数字电路可分为集成电路和分立电路数字电路可分为集成电路和分立电路从器件不同从器件不同 -数字电路可分为数字电路可分为CMOS 和和 TT

13、L电路电路1 1、数字集成电路的分类、数字集成电路的分类1.1.2 数字集成电路的分类及特点数字集成电路的分类及特点可编程逻辑器件、多功能专用集成可编程逻辑器件、多功能专用集成电路电路106以上以上甚大规模甚大规模大型存储器、微处理器大型存储器、微处理器10,00099,999超大规模超大规模小型存储器、门阵列小型存储器、门阵列1009999大规模大规模计数器、加法器计数器、加法器1299中规模中规模逻辑门、触发器逻辑门、触发器最多最多12个个小规模小规模典型集成电路典型集成电路门的个数门的个数分类分类集成度集成度: :每一芯片所包含的门个数每一芯片所包含的门个数1.1.2 数字集成电路的分类

14、及特点数字集成电路的分类及特点2、数字集成电路的、数字集成电路的特点特点1)电路简单电路简单, ,便于大规模集成便于大规模集成, ,批量生产批量生产2)可靠性、稳定性和精度高可靠性、稳定性和精度高, ,抗干扰能力强抗干扰能力强3)体积小体积小, ,通用性好通用性好, ,成本低成本低. .4)具可编程性具可编程性, ,可实现硬件设计软件化可实现硬件设计软件化5)高速度高速度 低功耗低功耗6)加密性好加密性好 1.1.2 数字集成电路的分类及特点数字集成电路的分类及特点3 3、数字电路的分析、设计与测试、数字电路的分析、设计与测试(1)数字电路的分析方法数字电路的分析方法1.1.2 数字集成电路的

15、分类及特点数字集成电路的分类及特点数字电路的分析数字电路的分析: :根据电路确定根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。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方法数字电路的设计数字电路的设计: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器件，设计出符合要求的逻辑电路。 设计方式设计方式: :分为传统的设计方式和基于分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。软件的设计方式。 分析工具：分析工具：逻辑代数。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。电路逻辑功能主要用真值表、

16、功能表、逻辑表达式和波形图。-时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等 u uOt Otu u1.1.3 数字电路与数字信号数字电路与数字信号数字信号数字信号-在时间上和数值上均是离散的信号。在时间上和数值上均是离散的信号。数字信号波形数字信号波形1.1.3 数字电路与数字信号数字电路与数字信号3 3、模拟信号的数字表示、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为数字信号. . 0 0 模拟信号模拟信号 模数转换器模数转换器 3 3 V V 数

17、字输出数字输出 0 0 0 0 1 1 模数转换的实现模数转换的实现 t/s v /mV 0 v/mV0 t/s t1 t2 t0 0 00001110t3 t/s 0000110000001001000010001.1.3 数字电路与数字信号数字电路与数字信号电压电压(V)(V)二值逻辑二值逻辑电电 平平+51H( (高电平高电平) )00L( (低电平低电平) )逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）逻辑电平与电压值的关系（正逻辑）1.1.4 数字信号的描述方法数字信号的描述方法1 1、二值数字逻辑和逻辑电平、二值数字逻辑和逻辑电平在电路中用低、高电平表示在电路中用低、高电平表示0 0、1 1两

18、种逻辑状态两种逻辑状态 0 0、1 1数码数码-表示方式表示方式二值数字逻辑二值数字逻辑 -t tt t为一拍为一拍数字波形数字波形(a a)1 11 11 10 01 11 10 00 00 01 1高电平高电平低电平低电平有脉冲有脉冲(b)(b)* *非归零型非归零型* *归零型归零型 比特率比特率 - - 每秒钟转输数据的位数每秒钟转输数据的位数无脉冲无脉冲1 10 0(1)(1)数字波形的两种类型数字波形的两种类型: :2 2、数字波形、数字波形1.1.4 数字信号的描述方法数字信号的描述方法(2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 T TtW非周期性数字波形非周期性数字波形周期性数字波形周期性数字波形 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数字信号的描述方法 tr脉冲宽度脉冲宽度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值幅值=5.0V 0.0V 5.0V tf0.5V 2.5V 4.5V 非理想脉冲波形非理想脉冲波形(3)(3)实际脉冲波形及主要参数实际脉冲波形及主要参数理想脉冲波形理想脉冲波形1.1.4 数字信号的描述方法数字信号的描述方法(4