课件数电dch1a主讲教师讲师

1、 39/39主讲教师： 刘琼 讲师E_mail： 数字电子技术基础 39/39序 课程介绍1. 课程的性质3. 课程研究内容5. 教材和参考书4. 课程特点与学习方法6. 考核2. 教学目标 39/39数字电子技术基础课程是电气信息类专业具入门性质的重要的专业基础课。 1.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:2.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； 2、为进一步学习设计专用集成电路(ASIC)的基础。 39/39数字信号传输、变换、产生等

2、。内容涉及相关器件、功能电路及系统。 硬件 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 数字电路的设计方法 各种典型器件在电子系统中的应用软件 系统分析、设计的软件工具ABEL、VHDL、 VerlogHDL、EDA工具软件QuartusII等3. 课程研究内容 39/39a、发展快b、应用广(2)学习方法打好基础、关注发展、主动更新、注重实践(1)课程特点摩尔定律:集成度按10倍/6年的速度发展。c、工程实践性强4.课程特点与学习方法该发展速度还将持续到2015或2020年，此后将达到饱和。 39/39基本电路：设计方法相同，电路形式多样。a、掌握基本概念、基本电路和基本分析、设

3、计方法基本概念：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题的能力。 39/39阎 石主编数字电子技术基础第四版高等教育出版社5.主要教材及参考书康华光主编电子技术基础数字部分(第五版) 高等教育出版社 阎石主编帮你学数字电子技术基础 释疑、解题、考试 高等教育出版社 秦臻主编电子技术基础数字部分重点难点解题指导 考研指南 高等教育出版社 罗杰主编电子技术基础数字部分(第五版)习题全解 高等教育出版社 39/396、考核 平时成绩 20% 考试 80%课前5分钟交作业作业两本HUST

4、作业本，写上姓名、班级、学号点名：从不测试：随机答疑：待定 39/391.数字逻辑基础1.1.1 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1.1.3 模拟信号与数字信号1.1.4 数字信号的描述方法 39/391.数字逻辑基础1、数字信号和数字电路的概念?2、数字信号代表数值大小时,应采用什么计数体制?3、数字信号代表事件逻辑状态时,对事件编码的规则? 4、数字电路处理逻辑问题,基本逻辑关系有哪些?5、在逻辑代数中基本逻辑关系如何描述?6、如何将实际问题抽象为数字逻辑?数制逻辑关系的描述逻辑抽象码制基本逻辑运算建立有关基本概念 39/395、掌握基本逻辑运算及逻辑函数的表示方

5、法教学基本要求1、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3、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，熟悉8421 BCD码1.数字逻辑基础 39/391.1.1数字技术的发展及其应用1906年 美国李.德福雷斯特发明了 真空三极管1958年 美国基尔比制成第一块集成电路 6个月后诺伊斯制成第一块硅集成电路1948年 晶体管之父威廉肖克利发明 了第一只晶体管诞生1.1数字电路与数字信号 39/3980年代后- ULSI ， 1 0 亿个晶体管/片 、 ASIC 制作技术成熟目前- 芯片内部的布线细微到亚微米(0.130.09m)量级微处理器的时钟频率高达

6、3GHz（109Hz）90年代后- 97年一片集成电路上有40亿个晶体管。6070代-IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。10万个晶体管/片。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1.1.1数字技术的发展及其应用数字技术的发展 39/39发展特点:以电子器件的发展为基础电子管时代 1906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。目前在一些大功率发射装置中使用。电压控制器件电真空技术1.1.1 数字技术的发展及其应用 39/391946年2月由宾州大学研制成功ENIAC电子数字积分计算机重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦1

7、.8万个电子管保存80个字节1.1.1数字技术的发展及其应用电子管时代 39/39晶体管时代电流控制器件 半导体技术半导体二极管、三极管器件1.1.1数字技术的发展及其应用 39/39半导体集成电路1.1.1数字技术的发展及其应用 39/39电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代a)传统的设计方法：b)现代的设计方法：采用自下而上的设计方法；由人工组装,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,设计周期长。现代EDA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、 分析、仿真 、修订 全通过计算机完成。1.1.1数字技术的发展及其应用 39/39EDA技术以计算机为基

8、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。最后下载到芯片，实现系统功能。使硬件设计软件化。1、设计：在计算机上利用软件平台进行设计原理图设计VerlogHDL语言设计状态机设计设计方法EDA（Electronics Design Automation)技术1.1.1数字技术的发展及其应用 39/393、下载2、仿真4、验证结果实验板下载线1.1.1数字技术的发展及其应用 39/391.1.1 数字技术的发展及其应用1.将PLD焊在PCB板上 2.接好编程电缆 3.现场烧写PLD芯片 39/39应用：发展快 、 应用最广泛的现代技术.雷达技术通信技术计算机、自

9、动控制航空航天“勇气”号 火星探测器1.1.1数字技术的发展及其应用 39/39 39/391.1.1数字技术的发展及其应用硬盘：IBM 305 RAMAC重量：约1吨年的营运费用：$35,000日期：1956年容量：5MBytes 39/39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。 从集成度不同 -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。 从电路的形式不同， -数字电路可分为集成电路和分立电路从器件不同 -数字电路可分为TTL 和 CMOS电路1、数字集成电路的分类1.1.2 数字集成电路的分类及特点 39/3

10、9可编程逻辑器件、多功能专用集成电路106以上甚大规模大型存储器、微处理器10,00099,999超大规模小型存储器、门阵列1009999大规模计数器、加法器1299中规模逻辑门、触发器最多12个小规模典型集成电路门的个数分类集成度:每一芯片所包含的门个数1.1.2 数字集成电路的分类及特点 39/392、数字集成电路的特点1)电路简单,便于大规模集成,批量生产2)可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强3)体积小,通用性好,成本低.4)具可编程性,可实现硬件设计软件化5)高速度 低功耗6)加密性好 1.1.2 数字集成电路的分类及特点 39/393、数字电路的分析、设计与测试(1)数字电路的分析

11、方法1.1.2 数字集成电路的分类及特点数字电路的分析:根据电路确定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: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。 设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。 分析工具：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。 39/39-时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等 uOt Otu1. 模拟信号与数字信号1.1.3 数字电路与数字信号模拟信号 39/39数字信号-在时间上和数值上均是离散的信号。数字信号波形数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同，分

12、析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同1.1.3 数字电路与数字信号 39/393、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为数字信号. 0 0 模拟信号 模数转换器 3 V 数字输出 0 0 0 0 1 1 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 39/39电压(V)二值逻辑电 平+51H(高电平)00L(低电平)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1、二值数字逻辑和逻辑电平 a 、在

13、电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态 0、1数码-表示数量时称二进制数表示方式二值数字逻辑 -表示事物状态时称二值逻辑 39/39(a) 用逻辑电平描述的数字波形(b) 16位数据的图形表示/V 5 0 t/ms 50 100 150 200 逻辑0 逻辑1 2、数字波形1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 数字波形-是信号逻辑电平对时间的图形表示.1.1.4 数字信号的描述方法 39/39tt为一拍数字波形(a)1110110001高电平低电平有脉冲(b)*非归零型*归零型 比特率 - 每秒钟转输数据的位数无脉冲10(1)数字波形的两种类型:2、数字波形1.1.

14、4 数字信号的描述方法 39/39(2)周期性和非周期性 TtW非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Q(%) 39/39 tr脉冲宽度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值=5.0V 0.0V 5.0V tf0.5V 2.5V 4.5V 非理想脉冲波形(3)实际脉冲波形及主要参数理想脉冲波形1.1.4 数字信号的描述方法 39/39占空比 Q - 表示脉冲宽度占整个周期的百分比几个主要参数:上升时间tr 和下降时间tf -从脉冲幅值的10%到90% 上升 下降所经历的时间( 典型值ns )脉冲宽度 (tw )- 脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间周期 (T) - 表示两个相邻脉冲之间的时间间隔 tr脉冲宽度 tw 0.