1、數字電路的分析與設計1.分析電路分析:根據電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關系。2.設計設計: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。 設計方式:分為傳統的設計方式和基于EDA軟件的設計方式。 分析工具：邏輯代數（又稱布爾代數）。分析方法：真值表、電路圖、卡諾圖、邏輯表達式和波形圖。1電路設計方法伴隨器件變化從傳統走向現代傳統的設計方法：現代的設計方法： 采用自下而上的設計方法；由人工組裝,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,設計周期長。 現代EDA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、分析、仿真、修訂全通過計算機完成

2、。返回2 EDA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。最后下載到芯片，實現系統功能。使硬件設計軟件化。1.設計：在計算機上利用軟件平臺進行設計原理圖設計VerlogHDL語言設計狀態機設計設計方法EDA（Electronics Design Automation)技術33.下載2.仿真4.驗證結果實驗板下載線返回4發展特點:以電子器件的發展為基礎電子管時代1906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。目前在一些大功率發射裝置中使用。電壓控制器件電真空技術數字技術的發展5晶體管時代電流控制器件：半導體二極管、三極

3、管6半導體集成電路7數字技術的發展80年代后：ULSI，10億個晶體管/片 、ASIC 制作技術成熟。目前：芯片內部的布線細微到亞微米(0.130.09m)量級微處理器的時鐘頻率高達3GHz（109Hz）。90年代后：97年一片集成電路上有40億個晶體管。6070年代：IC技術迅速發展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。10萬個晶體管/片。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。返回8數碼相機智能儀器計算機數字技術的應用返回910課程介紹1. 課程性質3. 課程研究內容5. 教材和參考書4. 課程特點與學習方法2. 教學目標序言11 數字電子技術課程是電類各專業具有入門性質的

4、重要的專業基礎課。 1.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:2.教學目標正確分析、設計數字電路，特別是集成電路的基礎；為進一步學習、設計專用集成電路(ASIC)打下堅實基礎。12 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。 硬件 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 數字電路的設計方法 各種典型器件在電子系統中的應用軟件 系統分析、設計、仿真的軟件工具：EWB、 Multisim、Protel、VHDL、Max Plus

5、II和 Quartus II等。3. 課程研究內容13發展快應用廣摩爾定律:是指集成電路芯片上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，而價格下降一倍。摩爾定律是Intel公司的創始人之一戈登摩爾（Gordon Moore）提出來的。工程實踐性強4.課程特點與學習方法課程特點144.課程特點與學習方法掌握基本概念、基本電路和基本分析、設計方法。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的能力。學習方法打好基礎、關注發展、主動更新、注重實踐。155.主要教材及參考書閻 石主編數字電子技術基礎第五版 高等教育出版社蔡惟錚主編集成電子技術 高等教育出版社 電子工程手

6、冊編委會等編中外集成電路簡明速查手冊-TTL、CMOS 電子工業出版社 李哲英主編電子技術及其應用基礎基礎 高等教育出版社王金明,楊吉斌編數字系統設計與Verliog HDL 電子工業出版社鄭家龍、王小海主編集成電子技術基礎教程高等教育出版社 161.數字邏輯基礎1.1 數字電路與數字信號1.2 數制1.3 二進制數的算術運算1.4 二進制代碼1.5 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171.1 數字電路與數字信號模擬電路： 電子電路數字電路： 傳遞、處理模擬信號的電子電路 傳遞、處理數字信號的電子電路數字信號時間上和幅度上都離散變化的物理量 模擬信號時間上和幅度上都連續變

7、化的物理量18uOt Otu1. 模擬信號：時間和數值均連續變化的物理量，如正弦波、 三角波等。 一、模擬信號與數字信號19數字信號波形2.數字信號：在時間上和數值上均離散變化的物理量。如矩形波。數字電路和模擬電路：工作信號，研究的對象不同，分析、設計方法以及所用的數學工具也相應不同。20模擬電路數字電路工作信號時間和數值均連續變化的物理量時間和數值均離散變化的物理量研究對象輸出與輸入信號在大小和相位之間的關系輸出與輸入信號之間的邏輯關系分析工具普通代數邏輯代數分析方法圖解法、估算法和微變等效電路法真值表、電路圖、卡諾圖、表達式和波形圖半導體器件工作狀態放大狀態飽和或截止狀態基本單元基本放大器

8、和運放邏輯門電路和鎖存器3.模擬電路與數字電路的比較214.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為數字信號。 0 0 模擬信號 模數轉換器 3 V 數字輸出 0 0 0 0 1 1 模數轉換的實現22二、數字電路的分類按所用器件制作工藝的不同：數字電路可分為雙極型（TTL型）和單極型（MOS型）兩類。按照電路的結構和工作原理的不同：數字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩類。組合邏輯電路沒有記憶功能，其輸出信號只與當時的輸入信號有關，而與電路以前的狀態無關。時序邏輯電路具有記憶功能，其輸出信號不僅和當時的輸入信號有關，而且與電路以前的狀態有關。按集成度分

9、類：數字電路可分為小規模（SSI，每片數十器件）、中規模（MSI，每片數百器件）、大規模（LSI，每片數千器件）和超大規模（VLSI，每片器件數目大于1萬）數字集成電路。集成電路從應用的角度又可分為通用型和專用型兩大類型。23可編程邏輯器件、多功能專用集成電路106以上甚大規模大型存儲器、微處理器10,00099,999超大規模小型存儲器、門陣列1009999大規模計數器、加法器1299中規模邏輯門、觸發器最多12個小規模典型集成電路門的個數分類集成度:每一芯片所包含的門電路個數24三、數字電路的特點電路簡單,便于大規模集成,批量生產可靠性、穩定性和精度高,抗干擾能力強體積小,通用性好,成本低

10、.具可編程性,可實現硬件設計軟件化高速度 低功耗加密性好 25電壓(V)二值邏輯電 平+51H(高電平)00L(低電平)邏輯電平與電壓值的關系（正邏輯）四、 數字信號的描述方法1.二值數字邏輯和邏輯電平 在電路中用低、高電平表示0、1兩種邏輯狀態 0、1數碼-表示數量時稱二進制數表示方式二值數字邏輯 -表示事物狀態時稱二值邏輯26(a) 用邏輯電平描述的數字波形(b) 16位數據的圖形表示2.數字波形數字波形-是信號邏輯電平對時間的圖形表示.27高電平低電平有脈沖*非歸零型*歸零型 比特率 - 每秒鐘轉輸數據的位數無脈沖(1)數字波形的兩種類型:28(2)周期性和非周期性 非周期性數字波形周期

11、性數字波形 29例1.1 某通信系統每秒鐘傳輸1544000位(1.544兆位)數據，求每位數據的時間。解：按題意，每位數據的時間為30例1. 2 設周期性數字波形的高電平持續6ms，低電平持續10ms，求占空比q。解：因數字波形的脈沖寬度tw=6ms，周期T=6ms+10ms=16ms。31非理想脈沖波形(3)實際脈沖波形及主要參數32幾個主要參數:占空比 Q - 表示脈沖寬度占整個周期的百分比上升時間tr 和下降時間tf -從脈沖幅值的10%到90% 上升 下降所經歷的時間( 典型值ns )脈沖寬度 (tw )- 脈沖幅值的50%的兩個時間所跨越的時間周期 (T) - 表示兩個相鄰脈沖之間

12、的時間間隔 tr脈沖寬度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值=5.0V 0.0V 5.0V tf0.5V 2.5V 4.5V 33(4)時序圖-表明各個數字信號時序關系的多重波形圖。 由于各信號的路徑不同，這些信號之間不可能嚴格保持同步關系。為了保證可靠工作，各信號之間通常允許一定的時差，但這些時差必須限定在規定范圍內，各個信號的時序關系用時序圖表達。34一般表達式:一、十進制十進制采用0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9十個數碼，其進位的規則是“逢十進一”。如:4587.29=4103+5102+8101+7100+2101+9102系數位權1.2數制數制:多位數碼

13、中的每一位數的構成及低位向高位進位的規則35二、二進制二進制數的一般表達式為:位權系數二進制數只有0、1兩個數碼，進位規律是：“逢二進一” .1.二進制數的表示方法362.二進制數波形表示37二進制數據的串行傳輸3. 二進制數據的傳輸38二進制數據的并行傳輸 將一組二進制數據所有位同時傳送。 傳送速率快,但數據線較多，而且發送和接收設備較復雜。391.十進制數轉換成二進制數 整數部分:除2取余，余數倒級聯；小數部分:乘2取整，整數正級聯。三、數制轉換例1.3 將十進制數(37)D轉換為二進制數。40解：根據上述原理，可將(37)D按如下的步驟轉換為二進制數由上得 (37)D=(100101)B

14、例1.3 將十進制數(37)D轉換為二進制數。問：當十進制數較大時，有什么方法使轉換過程簡化?41例 (111100010101110)B 2.二進制轉換 成十六進制以小數點為基準，分別向左，右，每四位為一組，首尾不足四位補0，每組對應一位16進制數。將每位16進制數展開成四位二進制數，排列順序不變即可。例 (BEEF)H =(1011 1110 1110 1111)B十六進制轉換成二進制：例 (111100010101110)B =(78AE)H 例 (0111100010101110)B =423.二進制轉換成八進制將每位八進制數展開成三位二進制數，排列順序不變即可。 轉換時，由小數點開始

15、，整數部分自右向左，小數部分自左向右，三位一組，不夠三位的添零補齊，則每三位二進制數表示一位八進制數。例 (10110.011)B =例 (752.1)O=(26.3)O (111 101 010.001)B八進制轉換成二進制：431.4二進制代碼一、二十進制碼(BCD碼- Binary Code Decimal）用4位二進制數來表示一位十進制數中的09十個數碼。 從4 位二進制數16種代碼中,選擇10種來表示09個數碼的方案有很多種。每種方案產生一種BCD碼。 二進制數不僅可以表示不同的數量大小，還可表示不同的事物。用二進制代碼來表示特定的信息稱為二進制代碼。 44BCD碼十進制數碼8421

16、碼2421 碼5421 碼余3碼余3循環碼0000000000000001100101000100010001010001102001000100010010101113001100110011011001014010001000100011101005010110111000100011006011011001001100111017011111011010101011118100011101011101111109100111111100110010101.幾種常用的BCD代碼45對于有權BCD碼，可以根據位權展開求得所代表的十進制數。例如：BCD8421 0111()D 7=11214180+=()D BCD2421 7112041211101=+=2.求BCD代碼表示的十進制數46對于一個多位的十進制數，需要有與十進制位數相同的幾組BCD代碼來表示。例如：不能省略！不能省略！3.用BCD代碼表示十進制數47二、格 雷 碼 格雷碼是一種無權碼。二進制碼b3b2b1b0格雷碼G3G2G1G000000001001000110100010101100111100010011010101111001101