1 数字电路绪论

1、1 绪论1.1 电路、信号与系统1.2 模拟电路与数字电路：区别、特点1.3 数字技术的发展史概要1.4 课程内容、要求与学习建议1.5 数制与数制转换1.1 电路、信号与系统1.1.1 信号：信息的载体1.1.2 电路：处理信号的物理实现形式1.1.3 系统：具有特定功能的电路整体1.1.1 信号及其表示信号是信息的载体，即信息的物理表现形式 1.1 电路、信号与系统温度波动曲线电子系统处理电信号，其物理形式是电压或电流波形 声音、图像、亮度、温度等等物理信息，都可以通过传感器转换而得到相应的电信号 信号波形代表了相应物理量的变化初步认识模拟信号与数字信号1.1 电路、信号与系统几种模拟信号

2、:正弦波三角波调幅波模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号 具有无限密集的时间定义区间 具有无穷密集的数值定义区间数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号 仅在确定的时间点上有定义(tn) 定义时间点上的信号幅度仅有量化区间上的数值(量化编码)u0t1.1 电路、信号与系统用符号0和1来表示幅度，称为逻辑0和逻辑1二值数字逻辑简称数字逻辑。 二值数字逻辑（信号）和数字波形 数字波形是逻辑电平对时间的图形表示。 (a) 非周期数字波形 (b) 周期数字波形1.1 电路、信号与系统 一个比特只能表示两个状态，多个状态要用更多比特才能表示。在数字电子技术和计算机应用中，采用多位二进制数字信号。二进制数

3、字波形（bit） 1.1 电路、信号与系统1）串行方式：需要一根时钟信号线和一根数据传送线以及一根公共地线。在时钟脉冲CP控制下，数据由最高位MSB到最低位LSB依次传送。2）并行方式：将一组二进制数据单元的所有位同时传送，称为并行传送，例如8位、16位、32位、64位等等。该方式的突出特点是数据传送速率快。现代PC计算机内部已普遍采用64位二进制数据的并行传送。并行传送的缺点是需要占用的数据线较多，而且发送和接收设备较复杂。传输方式：串行方式、并行方式二进制数据的传输（多bit信号的串行和并行）1.1 电路、信号与系统1.1.2. 电路：处理信号的物理实现形式物理表现：电子元件的集合体功能表

4、现：放大、滤波、整形、运算、计数系统观点：完成特定信号的特定处理要求1.1 电路、信号与系统温度传感（输入）信号放大信号滤波控制执行（输出）功率放大数模转换数字逻辑电路模数转换恒温装置模拟小信号电路数字电路非电子物理系统模拟大信号电路电子系统电子系统的组成框图1.1.3. 电子系统由若干相互联结，相互作用的基本电路组成的，具有特定功能的电路整体，称为电子系统。1.1 电路、信号与系统1.2 数字电路的概貌1.2.1 单晶体管共射电路1.2.2 数字电路的构成1.2.3 数字与逻辑1.2 数字电路的概貌 共射极放大电路1.2.1 单晶体管共射电路 1. 共射极放大电路 2. 开关电路Q1Q2Rc

5、VCCVCCvCEiC1.2 数字电路的概貌1.2.2 数字电路的构成 分立元件数字电路 数字集成电路 数字集成电路的规模 1.2 数字电路的概貌1.2.3 数字与逻辑状态的电路表示：元件的导通或截止（开/关）状态的理论表示：逻辑值（Ture or False）数字电路的理论基础：开关理论、逻辑代数数字电路的分析设计：逻辑设计模拟信号：波形决定一切线性、带宽数字信号：状态决定一切逻辑、转换差异1.2 数字电路的概貌1.3 数字技术的发展史概要器件水平集成度与功能技术水平与应用领域早期、初级、发展、成熟理论研究与设计分析方法传统与现代数字技术的发展数字处理的优势：传输、处理、控制数字系统比模拟系

6、统更容易达到和保持所需要的精度便于传输（通过检错和纠错编码无失真传输）便于储存（大容量存储器技术的发展）便于处理（采用软硬件或计算机）便于控制（实现控制算法的精度与复杂性）便于保密（数字加密技术）便于工业化生产（高密度系统的大批量一致、高可靠性）便于实现电子设备的小微型化和低耗能（片上系统） 中国的集成电路产业需要高级设计人才1.4 课程体系、课程内容与学习建议理论基础：逻辑代数、电路理论、信号与线性系统同步课程：模拟电子技术后续课程：可编程器件、微机原理、单片机、DSP技术、接口技术、传感技术、数字通信等等 数字电路是电子信息类各专业的重要的技术基础课程，对于继续学习有关专业课程（通信类、计

7、算机类、控制类、测量类、电力电子类）有着重要的影响。 同时又是一门直接面向应用的专业性课程 。课程体系 通信系统的设计与实现（技术基础）硬件类：电路理论模拟电路数字电路通信电子电路微机原理软件类：C语言数据结构操作系统 工程实验能力（技术基础与专业基础）硬件类：电子电路测试、实验微机原理实验软件类：各软件类课程自带的上机系统类：通信综合实验 通信专业的基础理论基础课：微积分线性代数概率论复变函数技术基础课：信号与系统随机过程数字信号处理信息论电磁场与电磁波专业基础课：通信原理计算机网络微波技术基础专业课程设置3 组合逻辑电路 无记忆电路1 逻辑代数 理论基础2 集成逻辑门 物理和电路基础4 集

8、成触发器 数字记忆元件5 时序逻辑电路 有记忆电路6 硬件描述语言 软件描述构造硬件8 可编程逻辑器件 作为逻辑元件大规模电路9 脉冲电路 数字波形产生变换 10 A/D与D/A转换技术 模拟电路与数字电路接口课程内容简述7 半导体存储器 作为存储元件大规模电路重点教学要求：学习方法和建议熟练掌握逻辑代数的原理和逻辑函数化简方法 熟知TTL 、CMOS两类门电路的特点、差异、性能指标和使用 熟练掌握组合逻辑电路与时序逻辑电路的分析与设计方法熟悉典型中规模组合逻辑和时序逻辑集成电路的基本应用与扩展使用 熟悉RAM、ROM的基本使用和扩展使用正确理解可编程器件PLD、CPLD、FPGA的结构和工作

9、原理掌握各类脉冲单元电路的分析方法 掌握各类A/D与D/A电路的工作原理和主要参数计算 按教学要求抓住重点：基本理论、基本分析与设计方法、典型逻辑单元与功能模块、典型器件、典型应用注意理论与实践相结合；注重物理概念的理解与建立正确使用多媒体课件：处理好课内与课外、听讲与笔记、上课与自学、主线与枝节等关系保证课外学时；对课后习题予以充分重视，独立完成至少有一本非课本参考书有条件可借助EDA软件进行仿真实验，加深课程理解学习要求:1. 十进制：以十为基数的记数体制表示数的十个数码：1、2、3、4、5、6、7、8、9、0遵循逢十进一的规律143.75=1.5.1 数的表示方法1.5 数制与数制转换任

10、意一个十进制数N可以表示成：ai：第i位的系数以二为基数的记数体制表示数的两个数码：0、1遵循逢二进一的规律（101.11）2 =（5.75）10注:有时也用B和D代替2和10这两个脚注2. 二进制：任意一个二进制数N可以表示成：以八为基数的记数体制表示数的八个数码：0、1 、2、3 、4、5、6 、7 、8遵循逢八进一的规律注:有时也用O和H代替8和16这两个脚注3. 八进制：任意一个八进制数N可以表示成：4. 十六进制：0 、 1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F任意一个十六进制数展开式为： 其中R称为计数的基数ai称为第i位的系数R i称为第i位的权。 4. 任意进

11、制数展开式的普遍形式：1. 二 十进制转换：加权系数之和 (1011.01)2=(11.25)102. 十 二进制转换：对十进制整数1.5.2 数制转换N10将N10除以2，则余数为 b0，商可写成依此类推，反复将每次得到的商再除以2，即可求得N10 之二进制整数的每一位将N102之商再除以2，则余数为 b1(173)10=(10101101)22 余1b702173 余1b0862 余0b1432 余052 余0b61b32 余1102 余121b2b42 余1b52例：将（173）10化为二进制数表示3. 十 二进制转换：对十进制小数N10将N10乘以2，则整数位为 b1则2N10将乘积的

12、小数部分再乘以2，得乘积的整数部分为b2 依此类推，不断将每次乘 2 后所得乘积的小数部分再乘以2，即可求得N10 之二进制小数的每一位。 0.8125 2 1.6250整数部分=1 b-1 0.6250 2 1.2500 0.5000 2 1.0000 0.2500 2 0.5000整数部分=1 b-2整数部分=0 b-3整数部分=1 b-4故（0.8125）10=（0.1101）2例：将（0.8125）10化为二进制数对整数和小数分别转换。整数：从小数点左第一位开始，每三位一组，每组用一位等价八进制数替换小数：从小数点右第一位开始，每三位一组，不足补零，每组用一位等价八进制数替换 4. 二

13、进制 八进制转换101 011 011 . 110 101 110 5 3 3 . 6 5 6 每四位2进制数对应一位16进制数()164BE5(0101 1110 . 1011 00100 )2 =.6. 十六进制二进制转换 (1000 1111 1010 1100 0110)2()16=6CAF8.5. 二进制 十六进制转换十六进制数转换为十进制数时，可将各位按权展开后相加求得。十进制数转换为十六进制数时，可以先转化成二进制数，然后再将得到的二进制数转换为等值的十六进制数。7. 十六进制数与十进制数的转换习题P.34-1.5、1.6 、1.7联系方式：课件下载：4/incoming/课件/黄瑞光/电子邮件：huangrg欢迎提出问题和建议附件1：集成电路分类分类 数字集成电路以集成度按小规模、中规模、大规模、超大规模和甚大规模等分为五类。所谓集成度，是指每一块芯片所包含的晶体管(BJT或FET)的个数。 数字集成电路的分类表 晶体管的数目 典型集成电路 小规模 最多10个 逻辑门电路 中规模 10100 计数器、加法器 大规模 1