1、School of Communication and Electronic EngineeringSchool of Communication and Electronic Engineering1.1.數字邏輯概論數字邏輯概論2.2.邏輯代數邏輯代數3.3.邏輯門電路邏輯門電路4.4.組合邏輯電路組合邏輯電路5.5.鎖存器與觸發器鎖存器與觸發器6.6.時序邏輯電路時序邏輯電路7.7.存儲器存儲器9.9.模數與數模轉換器模數與數模轉換器8.8.脈沖波形的變換與產生脈沖波形的變換與產生序言序言課程介紹課程介紹1. 課程的性質課程的性質3. 課程研究內容課程研究內容5. 教材和參考書教材和參考

2、書4. 課程特點與學習方法課程特點與學習方法2. 教學目標教學目標序言序言數字電子技術基礎數字電子技術基礎課程是電氣信息類專業具入門性質的重要課程是電氣信息類專業具入門性質的重要的專業基礎課。的專業基礎課。 1.課程性質課程性質 獲得適應信息時代的數字電子技術方面的基本理論、基本知識獲得適應信息時代的數字電子技術方面的基本理論、基本知識和基本技能。培養分析和解決實際問題的能力，為以后深入學習和基本技能。培養分析和解決實際問題的能力，為以后深入學習數字電子技術及其相關學科和專業打好以下兩方面的基礎數字電子技術及其相關學科和專業打好以下兩方面的基礎: :2.課程目標課程目標1、正確分析、設計數字電

3、路，特別是集成電路的基礎；正確分析、設計數字電路，特別是集成電路的基礎； 2、為進一步學習設計專用集成電路為進一步學習設計專用集成電路(ASIC)的基礎。的基礎。數字信號傳輸、變換、產生等。內容涉及相關器件、功能電路數字信號傳輸、變換、產生等。內容涉及相關器件、功能電路及系統。及系統。 硬件硬件 處理數字信號的電子電路及其邏輯功能處理數字信號的電子電路及其邏輯功能 數字電路的分析方法數字電路的分析方法 數字電路的設計方法數字電路的設計方法 各種典型器件在電子系統中的應用各種典型器件在電子系統中的應用軟件軟件 系統分析、設計的軟件工具系統分析、設計的軟件工具ABEL、VHDL、 VerlogHD

4、L、EDA工具軟件工具軟件QuartusII等等3. 課程研究內容課程研究內容a a、發展快、發展快b b、應用廣、應用廣 (2) (2)學習方法學習方法打好基礎、打好基礎、關注發展、關注發展、主動更新、主動更新、注重實踐注重實踐(1)(1)摩爾定律摩爾定律: :集成度按集成度按10倍倍/ /6年的速度年的速度發展。發展。c c、工程實踐性強、工程實踐性強4.4.課程特點與學習方法課程特點與學習方法a a、掌握、掌握基本概念、基本電路和基本分析、設計方法基本概念、基本電路和基本分析、設計方法b、能獨立的應用所學的知識去分析和解決數字電路的實際能獨立的應用所學的知識去分析和解決數字電路的實際問題

5、問題的能力。能力。 閻石閻石數字電子技術基礎數字電子技術基礎第五版第五版 高等教育出版社高等教育出版社 羅杰羅杰電子技術基礎（數字部分）習題全解電子技術基礎（數字部分）習題全解 高教出版社高教出版社 康華光康華光電子技術基礎（數字部分）電子技術基礎（數字部分）第五版第五版 高教出版社高教出版社1.1.數字邏輯基礎數字邏輯基礎1.1 數字電路與數字信號數字電路與數字信號1.2 數制數制1.3 二進制數的算術運算二進制數的算術運算1.4 二進制代碼二進制代碼1.5 二值邏輯變量與基本邏輯運算二值邏輯變量與基本邏輯運算1.6 邏輯函數及其表示方法邏輯函數及其表示方法1.1.1 數字技術的發展及其應用

6、數字技術的發展及其應用1.1.2 數字集成電路的分類及特點數字集成電路的分類及特點1.1.3 模擬信號與數字信號模擬信號與數字信號1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法1.1 數字電路與數字信號數字電路與數字信號1.1.1數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用1.1數字電路與數字信號數字電路與數字信號80年代后年代后- ULSI ， 1 0 億個晶體管億個晶體管/片片 、 ASIC 制作技術成熟制作技術成熟目前目前- 芯片內部的布線細微到亞微米芯片內部的布線細微到亞微米(0.130.09 m)量級量級微處理器的時鐘頻率高達微處理器的時鐘頻率高達3GHz（109Hz）90年代后年

7、代后- 97年一片集成電路上有年一片集成電路上有40億個晶體管。億個晶體管。6070代代-IC技術迅速發展：技術迅速發展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。10萬個晶體管萬個晶體管/片。片。將來將來- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結構的電路高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結構的電路發展特點發展特點: :以電子器件的發展為基礎以電子器件的發展為基礎電子管時代電子管時代1906年，福雷斯特等發明了電子管；電子管年，福雷斯特等發明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在一些大功率發射裝置中使用一些大功率發射裝置中使用。電壓控制器件

8、電壓控制器件電真空技術電真空技術晶體管時代晶體管時代電流控制器件電流控制器件 半導體技術半導體技術半導體二極管、三極管半導體二極管、三極管器件器件半導體集成電路半導體集成電路電路設計方法電路設計方法伴隨器件變化從傳統走向現代伴隨器件變化從傳統走向現代a)a)傳統的設計方法：傳統的設計方法：b)b)現代的設計方法：現代的設計方法：采用自下而上的設計方法；由人工組裝采用自下而上的設計方法；由人工組裝, ,經反復調試、驗證、經反復調試、驗證、修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差, ,設計周期長。設計周期長?，F代現代EDA技術實現硬件設計軟件化。采用從上到下

9、設計方技術實現硬件設計軟件化。采用從上到下設計方法，電路設計、法，電路設計、 分析、仿真分析、仿真 、修訂、修訂 全通過計算機完成。全通過計算機完成。EDA技術以計算機為基本工具、借助于軟件設計平臺，自動完技術以計算機為基本工具、借助于軟件設計平臺，自動完成數字系統的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到成數字系統的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到芯片，實現系統功能。使硬件設計軟件化。芯片，實現系統功能。使硬件設計軟件化。1、設計：、設計：在計算機上利用軟件平臺進行設計在計算機上利用軟件平臺進行設計原理圖設計原理圖設計VerlogHDL語言設計語言設計狀態機設計狀態機設計設計方法

10、設計方法EDA（Electronics Design Automation)技術技術3 3、下載、下載2 2、仿真、仿真4 4、驗證結果、驗證結果實驗板實驗板下載線下載線數字技術數字技術根據電路的結構特點及其對輸入信號的響應規則的不同，根據電路的結構特點及其對輸入信號的響應規則的不同， -數字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。數字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。 從集成度不同從集成度不同 -數字集成電路可分為小規模、中規模、大規模、數字集成電路可分為小規模、中規模、大規模、超大規模和甚大規模五類。超大規模和甚大規模五類。 從電路的形式不同，從電路的形式不同， -數字電路可分為集成電路

11、和分立電路數字電路可分為集成電路和分立電路從器件不同從器件不同 -數字電路可分為數字電路可分為TTL 和和 CMOS電路電路1 1、數字集成電路的分類、數字集成電路的分類1.1.2、數字集成電路的分類及特點、數字集成電路的分類及特點可編程邏輯器件、多功能專用集成電可編程邏輯器件、多功能專用集成電路路106以上以上甚大規模甚大規模大型存儲器、微處理器大型存儲器、微處理器10,00099,999超大規模超大規模小型存儲器、門陣列小型存儲器、門陣列1009999大規模大規模計數器、加法器計數器、加法器1299中規模中規模邏輯門、觸發器邏輯門、觸發器最多最多12個個小規模小規模典型集成電路典型集成電路

12、門的個數門的個數分類分類集成度集成度: :每一芯片所包含的門個數每一芯片所包含的門個數2、數字集成電路的、數字集成電路的特點特點1)電路簡單電路簡單, ,便于大規模集成便于大規模集成, ,批量生產批量生產2)可靠性、穩定性和精度高可靠性、穩定性和精度高, ,抗干擾能力強抗干擾能力強3)體積小體積小, ,通用性好通用性好, ,成本低成本低. .4)具可編程性具可編程性, ,可實現硬件設計軟件化可實現硬件設計軟件化5)高速度高速度 低功耗低功耗6)加密性好加密性好 3、數字電路的分析、設計與測試數字電路的分析、設計與測試(1)數字電路的分析方法數字電路的分析方法數字電路的分析數字電路的分析: :根

13、據電路確定根據電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關系。電路輸出與輸入之間的邏輯關系。(2) 數字電路的設計方法數字電路的設計方法數字電路的設計數字電路的設計:從給定的邏輯功能要求出發，選擇適當的邏輯從給定的邏輯功能要求出發，選擇適當的邏輯器件，設計出符合要求的邏輯電路器件，設計出符合要求的邏輯電路。 設計方式設計方式: :分為傳統的設計方式和基于分為傳統的設計方式和基于EDA軟件的設計方式。軟件的設計方式。 分析工具：分析工具：邏輯代數。邏輯代數。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達式和波形圖。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達式和波形圖。-時間和數值均連續變化的電信號，如正弦波、

14、三角波等時間和數值均連續變化的電信號，如正弦波、三角波等 u uOt Otu u1.1.3 數字信號與數字信號數字信號與數字信號數字信號波形數字信號波形2 2、數字信號、數字信號 -在時間上和數值上均是離散的信號。在時間上和數值上均是離散的信號。3 3、模擬信號的數字表示、模擬信號的數字表示由于數字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉換由于數字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉換為數字信號為數字信號. . 0 0 模擬信號模擬信號 模數轉換器模數轉換器 3 3 V V 數字輸出數字輸出 0 0 0 0 1 1 模數轉換的實現模數轉換的實現電壓電壓(V)(V)二值邏輯二值邏輯電

15、電 平平+51H( (高電平高電平) )00L( (低電平低電平) )邏輯電平與電壓值的關系（正邏輯）邏輯電平與電壓值的關系（正邏輯）1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法1 1、二值數字邏輯和邏輯電平、二值數字邏輯和邏輯電平 a a 、在電路中用低、高電平表示、在電路中用低、高電平表示0 0、1 1兩種邏輯狀態兩種邏輯狀態 0 0、1 1數碼數碼-表示方式表示方式二值數字邏輯二值數字邏輯 - -(a) (a) 用邏輯電平描述的數字波形用邏輯電平描述的數字波形(b) 16(b) 16位數據的圖形表示位數據的圖形表示2 2、數字波形、數字波形數字波形數字波形-是信號邏輯電平對時間的圖形

16、表示是信號邏輯電平對時間的圖形表示. .高電平高電平低電平低電平有脈沖有脈沖* *非歸零型非歸零型* *歸零型歸零型 比特率比特率 - - 每秒鐘轉輸數據的位數每秒鐘轉輸數據的位數無脈沖無脈沖(1)(1)數字波形的兩種類型數字波形的兩種類型: :(2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 非周期性數字波形非周期性數字波形周期性數字波形周期性數字波形 例例1.1.1 某通信系統每秒鐘傳輸某通信系統每秒鐘傳輸15440001544000位位(1.544(1.544兆位兆位) )數數據，求每位數據的時間。據，求每位數據的時間。ns648s1067647s105441916 .解：解：按題意，每位數

17、據的時間為按題意，每位數據的時間為例例1.1.2 設周期性數字波形的高電平持續設周期性數字波形的高電平持續6ms，低電平持續，低電平持續10ms，求占空比求占空比q。%.%q537100ms16ms6 解：解：因數字波形的脈沖寬度因數字波形的脈沖寬度tw=6ms，周期，周期T=6ms+10ms=16ms。非理想脈沖波形非理想脈沖波形(3)(3)實際脈沖波形及主要參數實際脈沖波形及主要參數幾個主要參數幾個主要參數: :占空比占空比 Q - - 表示脈沖寬度占整個周期的百分比表示脈沖寬度占整個周期的百分比上升時間上升時間t tr r 和下降時間和下降時間t tf f -從脈沖幅值的從脈沖幅值的10%到到90% 上升上升 下降所經歷的時間下降所經歷的時間( ( 典型值典型值ns ) )脈沖寬度脈沖寬度 (tw )- 脈沖幅值的脈沖幅值的50%50%的兩個時間所跨越的時間的兩個時間所跨越的時間周期周期 (T) - - 表示兩個相鄰脈沖之間的時間間隔表示兩個相鄰脈沖之間的時間間隔 tr脈沖寬度脈沖寬度 t