数字电子技术基础课件

1、 数字电子技术基础课件数字电子技术基础课件 课程介绍课程介绍1. 课程的性质课程的性质3. 课程研究内容课程研究内容5. 教材和参考书教材和参考书4. 课程特点与学习方法课程特点与学习方法2. 教学目标教学目标序言序言数字电子技术基础数字电子技术基础课程是自动化类专业具入门性质的重要的课程是自动化类专业具入门性质的重要的专业基础课，专业基础课，是是 学习微机原理、接口技术等计算机专业课程的基学习微机原理、接口技术等计算机专业课程的基础。既有丰富的理论体系，又有很强的实践性。础。既有丰富的理论体系，又有很强的实践性。1.课程性质课程性质 获得适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、基本知识获得

2、适应信息时代的数字电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力，为以后深入学习和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力，为以后深入学习数字电子技术及其相关学科和专业打好以下两方面的基础数字电子技术及其相关学科和专业打好以下两方面的基础: :2.课程目标课程目标1、正确分析、设计数字电路，特别是集成电路的基础；正确分析、设计数字电路，特别是集成电路的基础； 2、为进一步学习设计专用集成电路的基础。为进一步学习设计专用集成电路的基础。3. 课程研究内容课程研究内容1.1.数字逻辑概论数字逻辑概论 2. 2.逻辑代数逻辑代数3.3.逻辑门电路逻辑门电路4.4.组合逻辑电路

3、组合逻辑电路5.5.锁存器与触发器锁存器与触发器6.6.时序逻辑电路时序逻辑电路8.8.模数与数模转换器模数与数模转换器7.7.脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生a a、发展快、发展快b b、应用广、应用广 (2) (2)学习方法学习方法(1)(1)摩尔定律摩尔定律: :集成度按集成度按10倍倍/ /6年的速度发展。年的速度发展。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课前预习课前预习+课堂听讲课堂听讲+课后作业课后作业+扩展习题演练扩展习题演练+扩展知识学习扩展知识学习+ 实验环节实验环节大班授课，很难做到个性化授课，但是提倡大班授课，很难做到个性

4、化授课，但是提倡“教师引导教师引导学生学生主导主导”的的个性化自主学习方式个性化自主学习方式 注重联系专业，联系生活，提出问题，解决问题注重联系专业，联系生活，提出问题，解决问题阎阎 石主编石主编数字电子技术基础数字电子技术基础第四版高等教育出版社第四版高等教育出版社蔡惟铮主编蔡惟铮主编基础电子技术基础电子技术 集成电子技术集成电子技术 高等教育出版社高等教育出版社 电子工程手册编委会等编电子工程手册编委会等编中外集成电路简明速查手册中外集成电路简明速查手册- -TTL、CMOS电子工业出版社电子工业出版社 李哲英主编李哲英主编电子技术及其应用基础电子技术及其应用基础 高等教育出版社高等教育出

5、版社郑家龙、王小海主编郑家龙、王小海主编集成电子技术基础教程集成电子技术基础教程 高等教育出版社高等教育出版社 71.1.数字逻辑基础数字逻辑基础1.1 数字电路与数字信号数字电路与数字信号1.2 数制数制1.3 二进制数的算术运算二进制数的算术运算1.4 二进制代码二进制代码1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算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逻辑函数及其表示方法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1.1.2 数字集成电路的分类及特点数字集成电路的分类及特点1.1.3 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号1.1.4 数字信号的描述方法数字信号的描述方法1

6、.1 数字电路与数字信号数字电路与数字信号发展特点发展特点: :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；年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在一些大功率发射装寿命短。目前在一些大功率发射装置中使用置中使用。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1.1数字电路与数字信号数字电路与数字信号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80年代后年代后

7、- 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90年代后年代后- 97年一片集成电路上有年一片集成电路上有40亿个晶体管。亿个晶体管。6070代代-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、三维结构的电路半导体集成电路半导体集成电路数字技术数字技术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

8、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、大规模、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。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TTL 和和 CMOS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

9、器件、多功能专用集成电可编程逻辑器件、多功能专用集成电路路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2、数字集成电路的特点、数字集成电路的特点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、稳定性高可靠性、稳定性高,

10、 ,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

11、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、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 数字信号与数字信号数字信号与数字信号2 2、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。且它们的数值是一个最小量值的整数倍且它们的数值是一个最

12、小量值的整数倍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

13、电平 a a 、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 - -(a) (a) 用逻辑电平描述的数字波形用逻辑电平描述的数字波形(b) 16(b) 16位数据的图形表示位数据的图形表示2 2、数字波形、数字波形数字波形数字波形-是信号逻辑电平对时间的图形表示是信号逻辑电平对时间的图形表示. .高电平高电平低电平低电平有脉冲有脉冲* *非归零型非归零型* *归零型归零型 比特率比特率 - - 每秒钟传输数据的位数每秒钟传输数据的位数无脉冲无脉冲(1)(1)数字波形的两种类型数字波形的

14、两种类型: :(2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 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 例例1.1.1 设周期性数字波形的高电平持续设周期性数字波形的高电平持续6ms，低电平持续，低电平持续10ms，求占空比求占空比q。%.%q537100ms16ms6 解：因数字波形的脉冲宽度解：因数字波形的脉冲宽度tw=6ms，周期，周期T=6ms+10ms=16ms。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几个主要参数几个主要参数: :占空比占空比 Q - - 表示脉冲宽度占整个周期的百分比表示脉冲宽度占整个周期的百分比上升时间上升时间t tr r 和下降时间和下降时间t tf f -从脉冲幅值的从脉冲幅值的10%到到90% 上升上升 下降所经历的时间下降所经历的时间( ( 典型