第二节 数字电路基础 1、模拟信号和数字信号

耳罩部分特写
耳机采用黑色硬纸包装，产品包装 较大，十分有气势。在包装上和耳罩上 都有DIGITAL的标志，强调使用的是数 字降噪技术。耳机采用黑色作为主题色， 高贵大方，表面采用了抛光处理，有着 不错的反光效果。
第二课
晶体管的开关作用
数字电路中最基本的元器件 是晶体二极管和晶体三极管，它 们一般都工作在开关状态，即工 作于导通和截止两个对立的状态， 来表示逻辑1和逻辑0，处理具有 开关特性的数字信号。
数字集成电路 按内部结构的不同，数字集成电路 可分为两大类：
• 一类由晶体管组成，叫做晶体管—晶体管逻辑电 路， 简称：ＴＴＬ电路。 • 一类由场效应管组成，叫做互补型—金属—氧化 物—半导体电路，简称：ＣＭＯＳ电路。 两者的逻辑功能相同，但外形、引脚稍有不同。 TTL集成电路产品，国内为T1000系列，国外为74 系列。CMOS集成电路产品，国内为CC4000系列， 国外为CD4000系列。
数字电路基础
模拟信号和数字信号 晶体管的开关作用 基本逻辑门电路 数字集成电路
第一课 模拟信号和数字信号
数码照相机
数码手机
MP3
手掌游戏机
PSP
触发器
触发器
计数器
定时器、数控机床等
数码显示器
如：计算器
模拟信号与数字信号
模拟信号 ——随时间 连续变化的 信号。 如：速度、 压力、温度 等。 正弦波信号 u
晶体二极管的开关作用
二极管具有单向导电性 在电路中只有两种 工作状态：正向导通 （相当开关接通）， 反向截止 （相当开关断开） 二极管在数字电路中表现为是一个受外加电压vi 控制的开关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极 管将随着脉冲电压的变化在导通与截止状态之间转 换。
晶体三极管的开关作用
小结
在数字电路中，输出信号和输入信号之间 存在一定的逻辑关系，最基本的逻辑关系 有与、或、非三种。 门电路是用以实现逻辑关系的电子电路， 是数字电路的基本单元，最基本的门电路 有ຫໍສະໝຸດ Baidu门、或门、非门三种。 门电路的逻辑关系可用逻辑表达式、逻辑 符号、真值表表示。
第四课
什么是集成电路?
数字集成电路
真值表
思考：画出或门电路的工作波形？
非门电路的逻辑关系
“非”逻辑（NOT）—A条件具备时 ， 事件F 不发生；A不具备时，事件F发 生。 逻辑符号
R
E A F
逻辑式
FA
逻辑非 逻辑反
真值表
A 0 1 F 1 0
思考：画出非门电路的工作波形？
几种常用的简单组合逻辑
“与”、“或”、“非”是三种基本的 逻辑关系，任何其它的逻辑关系都可以 以它们为基础表示。
通过控制基极电流，能使三极管分别处于放大、 截止和饱和三种工作状态。
在数字电路中，三极管实 质上是一个受基极信号控制 的无触头开关。只要在三
极管的基极输入相应的 控制信号，就能使三极管
处于截止（相当开关断开） 和饱和（相当开关接通）状 态，起到开关的作用。 三极管的电路符号
正向导通（相当开关接通）， 反向截止（相当开关断开）
集成电路的分类 按集成度分
小规模集成电路：一般是集成十几个到几十个元器件，
把一个单元电路集成在一块1~3mm2的硅片上。如逻辑 电路中的门电路及触发器等。
中规模集成电路：一般具有一百到几百个元器件，所
占硅片面积约10mm2。
大规模集成电路：一般具有一千个元器件以上，它是
把一个系统或者分系统集成在一块硅片上。
相对于模拟信号而言，数字信号中所包含的信 息量少，在定义、处理、传输、存储等过程中可以 非常明确和方便。能够以很大的概率避免传输媒介、 存储介质等物理环境和材料所产生的各种不确定性 （如噪声、误差、突发错误）所带来的不利影响。
随着电子技术的不断进步和成熟，出于可靠性、 复杂度、功耗、尺寸、成本等问题的考虑，人们越 来越倾向于 应用数字电路来完成原本必须用模拟电 路来完成的事情。 目前常用的电子电路越来越多的以集成芯片 （IC）为核心，而集成芯片中大多数是基于数字技 术的。
超大规模集成电路：是把十万个以上的元器件集成在
一块硅片上，它具有很复杂的信息处理功能。
按功能分：
可分为模拟集成电路和数字集成电路。 模拟集成电路 常用的模拟集成电路有集成运算放大器、 集成功率放大器、集成稳压器、集成数-模转 换器和模-数转换器等。 家用电器如：收录机、电视机等所用的 集成电路大多属于此类。
真值表
真值表是指用1和0表示输入 逻辑变量的各种可能取值和相应 的输出变量之间对应关系的表格。
与门电路的工作波形图
或门电路的逻辑关系
“或”逻辑（OR）—A、B、C只有一个 条件具备时，事件F就发生。
A B C 逻辑符号 A B C
1
E
F
F
逻辑式 F=A+B+C A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 F 0 1 1 1 1 1 1 1 逻辑加法 逻辑或
与门电路的逻辑关系
“与”逻辑（AND）—A、B、C条件都具 备时，事件F才发生。
逻辑符号
A E B C F
A B C
&
F
逻辑式 F=A•B•C A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 F 0 0 0 0 0 0 0 1
逻辑乘法 逻辑与

主动降噪技术原理
数字降噪技术首先也是采集外界的噪 音，收集外界噪音的模拟信号，通过 AD转换，将模拟信号转化成“01”组成 的数字型号。之后针对数字信号进行 分析处理，计算出将外界噪音抵消的 反向数字型号。最后再将处理好的数 字信号通过DA装置，转化成模拟信号， 由传统耳机组件，完成最后的声音输 出。
t
数字信号 ——随时间跳 跃式变化的信 号。 如：电子表 的秒信号，生 产线上记录零 件个数的记数 信号等。
脉冲信号
数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流
数字信号的两种状态
数字信号是一种二值信号，只有两种状态：高电
平和低电平，可以用数字“1”和“0”表示。
正逻辑体制 规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。 负逻辑体制 规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。
数字降噪原理解释图
耳机内部使用的芯片和耳机单元部分设计
耳机内部使用的芯片和耳机单元部分设计
正是因为采用了数字降噪的先进技术， 索尼的这款MDR-NC500D达到了理论值降噪 99%，实际使用保证95%的超强降噪实力。 加入了数字降噪技术，在耳机中集成了AD及 DA装置，同时要保证声音回放的速度及还原 力，在技术层面有着相当高的要求，而索尼 依托自己的技术研发实力，完成了这个创举， 引领了主动降噪技术的技术革命。 MDR-NC500D耳机外观展示 从技术层面上来说，索尼的MDR-NC500D 是非常先进且合理的一个突破，而这款耳机 的实物到底能做到一个怎样的程度呢？首先 大家从耳机的外观照片看起，逐渐了解MDRNC500D。
通过控制基极电流，能使三极管分别 处于放大、截止和饱和三种工作状态。
放大
截止
饱和
第三课 基本逻辑 门电路
基本逻辑门电路
在数字电路中，输出信号和输入信号之间存在一定 的逻辑关系。门电路是用以实现逻辑关系的电子电路， 是数字电路的基本单元。 最基本的门电路是一种有一个或多个输入端，只有 一个输出端的开关电路。门电路就像一扇门，当具备 开门条件时，输出端就有一个信号输出；反之，门关 闭，就有另一个信号输出。 在数字电路中，最基本的逻辑关系有与、或、非三 种，因此，最基本的门电路有与门、或门、非门。由 这三种基本门电路可以组合成各种复杂的逻辑电路。
逻辑1 逻辑1
逻辑0
逻辑0
逻辑0
由于温度变化、电源电压波动 及元件特性变化、干扰等原因的影 响，实际的高电平和低电平都不是 一个固定数值，而是一个变化范围， 不同场合有不同的规定。一般高电 平变化范围在：2.7~5V，低电平变 化范围在：0~0.4V。
数字电路
处理数字信号的电路叫数字电路，电子计算机 就是建立在数字技术基础上的。 声音、图象等模拟信号可用A/D转换器（模数 转换器）转换成二进制的数字信号，而二进制的 数字信号也可用D/A转换器（数模转换器）转换 成声音、图象等模拟信号。 由于数字电路的可靠性强，受外界干扰影响小， 因此具有高速度、高保密、高保真等优点。 广泛应用于电视机、音响、照相机、手机等。
组合逻辑电路——是指在任何时刻，输出信号仅 取决于该时刻的输入信号，而与电路的初始状态无 关（没有记忆功能），此类电路由若干门电路组成。 例：编码器、译码器、基本运算器、数字显示器等。
时序逻辑电路——输出信号不仅取决于当时的输 入信号，而且还与电路的初始状态有关（有记忆功 能），该电路一般由组合逻辑电路和触发器组成。 例：计数器、存储器等。
TTL与CMOS的不同特点：
• TTL电路速度快、可靠性强，品种齐全，在电子 计算机、工业控制用仪器仪表、及民用电子产 品中大量应用。 • CMOS电路具有功耗低、电源电压范围宽、抗 干扰能力强等优点。在速度要求不高，但功耗 要求较低的产品中（一般测量设备和民用电子 装置、电子表等）应选用CMOS电路系列。
集成电路（英文缩写IC）简介
将整个电路的各个元件做在同一个半导体 硅芯片上，外壳封装构成一个不可分割、完整 的电子器件，能完成特定的电子技术功能。 集成电路的优点：工作稳定、使用方便、 体积小、重量轻、功耗小。
集成电路的外形
集成电路内部结构的特点
集成电路中的元件都制作在一块硅片上，因此元件 参数偏差的方向一致，温度均一性好，适于作差动 放大电路、运算放大器等。 在一块硅片上制造一个三极管极其容易，但制造大 电阻和大电容则相当不方便也不经济，利用集成电 路工艺目前还不能制造电感器。如果需要这些元件 则通过引脚外接。 集成电路中的电阻器用P型区的电阻构成，阻值范围 一般在几十欧至几十千欧，电容器是用PN结的结电 容，电容量一般小于100pF，集成电路中的二极管 也很少，一般则利用三极管的一个PN结作为二极管。
举例: TTL与非门——7400
7400内部含有4个2输入端 与非门，共有14个引脚。 引脚的排列顺序——一般 有一个标记来指示第一根 引脚的位置，然后依次从 左到右逆时针为各引脚。 引脚的功能——电源引脚、 接地引脚、输入引脚、输 出引脚。
按逻辑功能的不同，数字电路分为 组合逻辑电路和时序逻辑电路。
与非（NAND）： 条件A、B都具 备，则F 不发生。
或非（NOR）： 条件A、B任一
具备，则F不 发生。 异或（XOR）： 条件A、B有一个 具备，另一个不 具备则F 发生。 同或（EQU） （异或非门）： 条件A、B有一个 具备，另一个不 具备则F 不发生。
F A B AB A B
数字时代的到来
拓展 数字降噪原理解释图
索尼数字降噪NC500D评测(转) 主动降噪耳机对于大家来说并不是什 么新鲜的产品，所谓主动降噪技术， 就相对于被动降噪技术来说的，主动 耳机需要收集外界的噪音信号，分析 声波，并发出相反的波信号，利用波 波抵消的原理消除噪音影响。传统的 主动降噪耳机都仅仅是维持在模拟信 号的处理上，而索尼的NC500D加入 了数字解码结束，开创了数字信号降 噪时代。