江南大学《数字电路》课件-第1章数字电路概述

1第1章数字电路概述江南大学《数字电路》1.1数字信号与模拟信号在电子电路中，产生、传递、加工和处理的信号可以分为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号在时间和数值上都是连续的，即对应于任意时间均有确定的电流或电压值，并且其幅值是连续的，如正弦波信号就是典型的模拟信号。1.1数字信号与模拟信号某天最低气温是15

C，最高气温是25

C，则一天的气温变化是连续的。1.1数字信号与模拟信号与模拟信号不同，数字信号在时间和数值上是离散的，或者说是不连续的，且其数值的变化都是某个最小量值的整数倍。1.1数字信号与模拟信号处理模拟信号的电路称为模拟电路。处理数字信号的电路称为数字电路。自然界存在大量的模拟信号和数字信号以及模拟系统和数字系统，并且这些系统往往并非独立，而是相互渗透的，因此在进行信号处理时需要将两者通过接口电路进行转换。基本的声音扩音系统光盘播放器基本结构框图（只画出一个通道）1.1数字信号与模拟信号数字电路与模拟电路相比较，具有以下特点：一般采用二进制，易实现，易复制抗干扰能力强，精度高可编程性强便于长期存储，使用方便保密性好1.2数字信号的表示方法数字信号的表示采用二值逻辑。1.二值逻辑在数字电路中，既可以用0和1组成二进制数，表示数量的大小，也可以用其表示一个事物的两种不同的逻辑状态。当表示逻辑状态时，如：是与否、真与伪、有与无、开与关、高与低、通与断、亮与灭等，这里的0和1不是数值，而是逻辑0和逻辑1。1.2数字信号的表示方法这种只有两种对立逻辑状态的逻辑关系称为二值逻辑。用0和1表示逻辑关系时，二进制数可以进行逻辑运算。1.2数字信号的表示方法逻辑电平在数字电路中，用电平的高低来表示逻辑1和逻辑0。因此，逻辑电平是指电路中表示逻辑1和逻辑0的电平。不同工艺的数字集成电路具有不同的逻辑电平标准。当电源电压为5V时，数字集成电路的两大类TTL和CMOS电路对应的逻辑电平标准如表1.1所示。1.2数字信号的表示方法电路类型输入电平/V输出电平/V低电平VIL高电平VIH低电平VOL高电平VOHTTL0～0.82.0～50～0.42.4～5CMOS0～1.53.6～50～0.54.4～5表1.1数字电路的逻辑电平标准1.2数字信号的表示方法3.波形图如果将数字电路的输入信号和输出信号的关系按时间顺序依次排列起来，就得到了其波形图，又称为时序图。1.2数字信号的表示方法在画电路的波形图时，应特别注意输出与输入之间的对应关系。第3章学习的反相器的波形图如下图所示：1.2数字信号的表示方法实际脉冲波形一般如下图所示：1.3数字电路的基本功能及其应用典型的电子信息系统组成框图94987661.信号采集与处理信号采集与处理电路完成对传感器的信号采集，并根据实际需要对其进行隔离、放大、滤波、运算、转换等处理。一般而言，该电路为模拟电路，在模拟电子技术中有其描述。2.接口电路--A/D转换器和D/A转换器对于多数系统而言，传感器输出的信号为模拟信号，而处理系统为数字系统。运算电路运算电路可完成信息的算术运算和逻辑运算，这部分内容在第4章组合逻辑电路中介绍。存储电路-存储器数字系统都需要对大量的数据进行存储，存储器在第8章中介绍。对存储器中的数据进行访问时，需要对其地址进行译码，即通过地址译码器寻址到相应的单元。译码器内容将在第4章中介绍，如果需要对信息进行显示，也可在该章了解到七段译码器及数码显示等内容。波形的产生与整形电路-多谐振荡器CPU及很多数字电路正常工作时，需要时钟信号，该信号可通过多谐振荡器获得，该部分将在第7章波形的产生与整形电路中介绍。分频电路-计数器系统通过多谐振荡器产生了基准时钟以后，不同器件需要的时钟频率可能有所不同，此时可通过分频电路-计数器获得所需要的其他脉冲信号，分频器的设计与分析在第6章时序逻辑电路中介绍。顺序脉冲发生器系统各组成部分需要按照事先规定的顺序协调工作，顺序脉冲发生器便可产生此种信号以完成对各部分的控制。此部分内容在第6章中介绍。信号的驱动与执行系统输出的控制信号经过功率放大后，驱动执行机构完成控制功能。功放电路在模拟电子技术中有说明。1.3数字电路的基本功能及其应用某空调显示控制电路框图空调显示控制电路原理框图1.4电路测试和故障排除电路测试组成框图1.4.1电路测试及故障排除的仪器设备在数字电路的故障排除和测试中经常用到的仪器设备有：万用表、示波器、逻辑分析仪、逻辑笔和信号发生器等。1.4.2故障排除故障排除的方法直接观察法

直接观察法包括断电观察和加电观察两种方法。

断电观察是指检查元器件有无损坏、引脚有无接错、电路布局布线是否正确等。

加电观察则是查看电路有无发烫、冒烟、发出焦味、打火、开路及短路等现象。1.4.2故障排除部件替换法元器件替换法将电路中可能存在故障的元器件采用正常元器件进行更换，观察故障是否排除。参数测试法该方法借助于仪器，测试电路或元器件的参数，通过理论分析找出故障原因。信号跟踪法该方法是在电路输入端接入合适信号，通过示波器，按信号的流向，从前级向后级逐级观察信号波形变化情况，以判定故障。1.4.2故障排除断路法使用断路法时，首先断开可能存在故障的电路，然后观察剩余电路是否正常，以此缩小故障范围，加快排除速度。短路法该方法采用临时短接部分电路，将信号跳过部分可能存在故障的电路，观察结果是否正确，以缩小故障范围。1.5数字电路EDA仿真分析与设计随着现代电子系统的复杂化，计算机和相应的工程仿真软件已经成为现代电子技术的基本分析设计工具。仿真分析可以大大地缩短研制周期，节约成本，它已经具有举足轻重的作用。所谓仿真分析，是指使用计算机对所设计电路的结构和行为进行预测，仿真器以文本形式或波形图等形式给出电路的输出，以便设计者分析系统，修改系统设计。1.5数字电路EDA仿真分析与设计EDA仿真软件已有很多种，常用的有PSpice和ElectronicsWorkbenchEDA（EWB）等。EWB支持模拟和数字混合电路的分析和设计。Multisim2001为Multisim的一个版本，作为EDA仿真工具，目前已广泛应用于电子电路的仿真实验和电子系统的仿真设计。

Multisim为用户提供了类型丰富的虚拟仪器，这些虚拟仪表主要包括示波器、万用表、函数发生器、失真度分析仪、频谱分析仪、逻辑分析仪和网络分析仪等，从而使电路仿真分析操作更符合电子工程技术人员的实验工作习惯。1.5数字电路EDA仿真分析与设计对第3章介绍的反相器进行仿真时，可得其输入输出仿真波形如图所示。1.5数字电路EDA仿真分析与设计需要说明的是本书一般