数字电路的基本知识

1.1 数字电路概述
1.1.1.2
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学习数字电子技术的意义：
一般的模拟信号到数字信号，要经过采样、量化、编码，最终一个连 续的模拟信号波形就变成了一串离散的、只有高低电平之分“0 1 0 1...” 变化的数字信号。 • 原因： 一、模拟信号有无穷多种可能的波形，同一个波形稍微变化就成了 另一种波形，而数字信号只有两种波形（高电平和低电平），这就为信 号的接收与处理提供了方便。 二、模拟信号由于它的多变性极容易受到干扰，其中包括来自信道 的和电子器件的干扰，模拟器件难以保证高的精度（如放大器有饱和失 真、截止失真、交越失真，集成电路难免有零点漂移）。而数字电路中 有限的波形种类保证了它具有极强的抗干扰性，受扰动的波形只要不超 过一定门限总能够通过一些整形电路（如斯密特门）恢复出来，从而保 证了极高的准确性和可信性，而且基于门电路、集成芯片所组成的数字 电路也简单可靠、维护调度方便，很适合于信息的处理。
1.1 数字电路概述
1.1.1 电子技术的发展
1.1 数字电路概述
1.1.1.1 电子技术
数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能 及其应用，逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、 集成 芯片各脚功能。555定时器等。随着计算机科学与技术突飞 猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。 为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，我 们可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字 电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模 拟信号输出。
模拟信号与数字信号
2．正逻辑与负逻辑 数字信号只有两个离散值，通常用数字0和1来表示。这里的0 和1代表两种状态，而不代表具体数值，称为逻辑0和逻辑1，也称 为二值数字逻辑。不同半导体器件的数字电路中逻辑0和逻辑1对应 的逻辑电平值将在后续章节介绍。 • 当规定高电平为逻辑1，低电平为逻辑0时，称为正逻辑； • 当规定低电平为逻辑1，高电平为逻辑0时，称为负逻辑。 如图所示为采用正逻辑体制的逻辑信号 。 3．脉冲信号 数字信号在电路中表现为脉冲信号，其特点是一种跃变信号， 持续时间短。常见的脉冲信号有矩形波和尖顶波，理想的周期性矩 形脉冲信号如图所示。
实例：
简单的电子计时器
• 数码管 • 三极管 • 二极管
•Leabharlann Baidu电容
• 电阻
1.1.2 数字信号
模拟信号和数字信号是电子技术中的两大信号。 1．模拟信号与数字信号 电子电路中的信号分为模拟信号和数字信号，如图所示。模 拟信号是指时间、数值均连续的信号，如正弦交流电的电压、电 流，温度等。数字信号是指时间、数值均离散的信号，如电子表 的秒信号、生产流水线上记录零件个数的计数信号等 。
正逻辑体制的逻辑信号
理想的周期性矩形脉冲信号
1.1.3
数字电路
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我们把工作于数字信号下的电子电路称为数字电路， 把使用数字量来传递、处理和加工信息的实际工程系统， 称为数字系统。 与模拟电路相比，数字电路主要有以下优点： 数字电路实现的是逻辑关系，只有0和1两个状态，易于 用电路实现，如用三极管的导通与截止来表示逻辑0和逻 辑1； 数字电路的系统工作可靠，精度较高，抗干扰能力强； 能进行逻辑判断和运算，在控制系统中不可或缺； 数字信息便于长期保存，如可存储于磁盘、光盘等介质； 数字集成电路产品系列多、通用性强、成本低。 这也正是数字电路得到广泛应用的原因 。
1.2
数制和码制
数制和码制是学习和认识数字电子技术的基础 。
1.2.1
数制
多位数码中每一位的构成方法以及从低位到高位的进位规 则称为数制。 1．常用数制 • 十进制（Decimal） 十进制数中，每一位有0～9十个数码，计数的基数是10， 低位和相邻高位之间的进位关系为“逢十进一”。 • 二进制（Binary) 二进制数中，每一位只有0和1两个可能的数码，计数基数 为2，低位和相邻高位之间的进位关系为“逢二进一”。 • 八进制（Octal） 在八进制数中，每一位用0～7八个数码表示，计数基数为8， 低位和相邻高位之间的进位关系为“逢八进一”。 • 十六进制（Hexadecimal） 在十六进制数中，每一位用0～9、A～F十六个数码表示， 计数基数为16，低位和相邻高位之间的进位关系为“逢十六进 一” 。
第1章 数字电路的基本知识
本章主要内容
• • • • • • 1.1 数字电路概述 1.2 数制与码制 1.3 逻辑代数的基本运算 1.4 逻辑函数 1.5 知识拓展 小结
1.1 数字电路概述
1.1.1 电子技术的发展
电子技术是在19世纪末、20世纪初开始发展起来的新兴技术， 是近代科学技术发展的一个重要标志。 第1代电子产品是以电子管为核心的。20世纪40年代末，世 界上诞生了第1只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电及寿命 长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。 20世纪50年代末，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体 管等电子元器件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发 展。集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超 大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能、低功耗、高精度、 高稳定和智能化的方向发展。
1.1.4
数字电路的分类和学习方法
（1）数字电路的分类 数字电路的基本构成单元主要有电阻、电容、二极管和三 极管等元器件。按电路组成结构，它分为分立组件电路 和集成电路两类。其中，按集成电路在一块硅片上包含 的逻辑门电路或组件的数量，即集成度，又分为小规模 集成（SSI）、中规模集成（MSI）、大规模集成（LSI） 和超大规模集成（VLSI）电路。按数字电路所用器件的 不同，又可分为双极型（DTL、TTL、ECL、I2L和HTL 型）电路和单极型（NMOS、PMOS和CMOS型）电路 两类。从逻辑功能上，数字电路可分为组合逻辑电路和 时序逻辑电路两大类 。具体的内容将在后续章节中进行 介绍。
1.1.4
数字电路的分类和学习方法
（2）数字电路的学习方法 学习数字电路时，应注意以下几点。 • 逻辑代数是分析和设计数字电路的工具，熟练掌握和运用好这一 工具才能使学习顺利进行。 • 应当重点掌握各种常用数字逻辑电路的逻辑功能、外部特性及典 型应用。对其内部电路结构和工作原理的学习，主要是为了加强 对数字逻辑电路外特性和逻辑功能的正确理解，不必过于深究。 • 数字电路的种类虽然繁多，但只要掌握基本的分析方法，便能得 心应手地分析各种逻辑电路。 • 数字电子技术是一门实践性很强的技术基础课。学习时必须重视 实验和实训等实践环节。 • 数字电子技术发展十分迅速，数字集成电路的种类和型号越来越 多，应逐步提高查阅有关技术资料和数字集成电路产品手册的能 力，以便从中获取更多更新的知识和信息。