数字电路绪论.doc

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1、1 数字电路绪论.txt两个男人追一个女人用情浅的会先放弃。两个女人追一个男人用情深的会先放弃。你的话，我连标点符号都不信男女授受不亲，中国哪来13亿人口。 本文由丁豆网贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 绪论 电路, 电路,信号与系统 模拟电路与数字电路:区别, 模拟电路与数字电路:区别,特点 数字技术的发展史概要 课程内容, 课程内容,要求与学习建议 数制与数制转换 1.1 电路,信号与系统 电路, 1.1.1 信号:信息的载体 信号: 1.1.2 电路:处理信号的物理实现形式 电路: 1.

2、1.3 系统:具有特定功能的电路整体 系统: 1.1 电路,信号与系统 .1 电路, 1.1.1 信号及其表示 信号是信息的载体, 信号是信息的载体,即信息的物理表现形式 电子系统处理电信号,其物理形式是电压或电流波形 电子系统处理电信号, 声音,图像,亮度,温度等等物理信息, 声音,图像,亮度,温度等等物理信息,都可以通过传 感器转换而得到相应的电信号 信号波形代表了相应物理量的变化 T / 2 200.5 2 200.0 2 199.5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 t/s 温度波动曲线 1.1 电路,信号与系统 .1 电路, 初步认识模拟信号与数字信号 模拟信号:

3、模拟信号:在时间和幅值上都是连续的信号 具有无限密集的时间定义区间 具有无穷密集的数值定义区间 几种模拟信号: 几种模拟信号 O O t 正弦波 O t 三角波 调幅波 t 1.1 电路,信号与系统 .1 电路, 数字信号: 数字信号:在时间和幅值上都是离散的信号 仅在确定的时间点上有定义(tn) 仅在确定的时间点上有定义(t 定义时间点上的信号幅度仅有量化区间上的数值(量化编码) 定义时间点上的信号幅度仅有量化区间上的数值(量化编码) 0 t 1.1 电路,信号与系统 .1 电路, 二值数字逻辑(信号) 二值数字逻辑(信号)和数字波形 用符号0 用符号0和1来表示幅度,称为逻辑0和逻辑1 来

4、表示幅度,称为逻辑0和逻辑1 二值数字逻辑简称数字逻辑. 二值数字逻辑简称数字逻辑. 数字波形是逻辑电平对时间的图形表示. 数字波形是逻辑电平对时间的图形表示. 1 0 (a) 非周期数字波形 1 0 (b) 周期数字波形 1.1 电路,信号与系统 .1 电路, 二进制数字波形( ) 二进制数字波形(bit) 一个比特只能表示两个状态, 一个比特只能表示两个状态,多个状态要用更 多比特才能表示.在数字电子技术和计算机应用中, 多比特才能表示.在数字电子技术和计算机应用中, 采用多位二进制数字信号. 采用多位二进制数字信号. 20 LSB 21 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

5、 1 0 1 0 1 位值 二值波形 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 22 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 23 MSB 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 十进制数 1.1 电路,信号与系统 .1 电路, 二进制数据的传输( bit信号的串行和并行) 二进制数据的传输(多bit信号的串行和并行) 信号的串行和并行 传输方式:串行方式, 传输方式:串行方式,并行方式 1)串行方式: 需要一根时钟信号线和一根数据传送线以及一根公共地线 .

6、 )串行方式:需要一根时钟信号线和一根数据传送线以及一根公共地线. 在时钟脉冲CP控制下 数据由最高位MSB到最低位 控制下, 到最低位LSB依次传送. 依次传送. 在时钟脉冲 控制下,数据由最高位 到最低位 依次传送 2)并行方式: 将一组二进制数据单元的所有位同时传送 ,称为并行传送 , ) 并行方式:将一组二进制数据单元的所有位同时传送,称为并行传送, 例如8位 位等等. 例如 位,16位,32位, 64位等等. 该方式的突出特点是数据传送速率快. 位 位 位等等 该方式的突出特点是数据传送速率快. 现代PC计算机内部已普遍采用 位二进制数据的并行传送. 计算机内部已普遍采用64位二进制

7、数据的并行传送 现代 计算机内部已普遍采用 位二进制数据的并行传送.并行传送的缺 点是需要占用的数据线较多,而且发送和接收设备较复杂. 点是需要占用的数据线较多,而且发送和接收设备较复杂. LSB 时钟线 数据线 计算机 CP 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 MSB 0 1 2 3 4 5 6 7 打印机 串 1 行 M SB 数 0 据 0 0 LSB 1 1 0 1 1 0 t (a) 1.1 电路,信号与系统 .1 电路, 1.1.2. 电路:处理信号的物理实现形式 电路: 物理表现:电子元件的集合体 物理表现: 功能表现:放大,滤波,整形,运算,计数 功能表现:放大,滤波,整形

8、,运算,计数 系统观点:完成特定信号的特定处理要求 系统观点: 1 信号 1.1.3. 电子系统 电 恒温 装置 温度传感 (输入) 信号放大 信号滤波 信号 子 系 统 放大 (输 ) 号 大信 电子系统的组成框图 1.2 数字电路的概貌 1.2.1 单晶体管共射电路 1.2.2 数字电路的构成 1.2.3 数字与逻辑 1.2 数字电路的概貌 .2 1.2.1 单晶体管共射电路 1. 共射极放大电路 共射极放大电路 iC VCC Rc 斜率 ICQ Q IBQ 1 Rc VCC vCE 1.2 数字电路的概貌 .2 2. 开关电路 V CC iC VCC Rc L A Rb T Rc Q1

9、Q2 VCC vCE 1.2 数字电路的概貌 .2 1.2.2 数字电路的构成 分立元件数字电路 数字集成电路 数字集成电路的规模 1.2 数字电路的概貌 .2 1.2.3 数字与逻辑 模拟信号:波形决定一切线性,带宽 模拟信号:波形决定一切线性,带宽 决定一切线性 差异 数字信号:状态决定一切逻辑 转换 决定一切逻辑, 数字信号:状态决定一切逻辑,转换 状态的电路表示:元件的导通或截止(开/关) 状态的电路表示:元件的导通或截止( 关 状态的理论表示:逻辑值( 状态的理论表示:逻辑值(Ture or False) ) 数字电路的理论基础:开关理论, 数字电路的理论基础:开关理论,逻辑代数 数

10、字电路的分析设计: 数字电路的分析设计:逻辑设计 1.3 数字技术的发展史概要 数字技术的发展 1. 器件水平集成度与功能 器件水平集成度与功能 集成度与功能 2. 技术水平与应用领域早期,初级,发展,成熟 技术水平与应用领域早期,初级,发展,成熟 早期 3. 理论研究与设计分析方法传统与现代 理论研究与设计分析方法 传统与现代 数字处理的优势:传输,处理, 数字处理的优势:传输,处理,控制 数字系统比模拟系统更容易达到和保持所需要的精度 便于传输(通过检错和纠错编码无失真传输) 便于传输(通过检错和纠错编码无失真传输) 便于储存(大容量存储器技术的发展) 便于储存(大容量存储器技术的发展)

11、便于处理(采用软硬件或计算机) 便于处理(采用软硬件或计算机) 便于控制(实现控制算法的精度与复杂性) 便于控制(实现控制算法的精度与复杂性) 便于保密(数字加密技术) 便于保密(数字加密技术) 便于工业化生产 ( 高密度系统的大批量一致 , 高可靠性 便于工业化生产( 高密度系统的大批量一致, ) 便于实现电子设备的小/微型化和低耗能(片上系统) 便于实现电子设备的小/微型化和低耗能(片上系统) 中国的集成电路产业需要高级设计人才 中国的集成电路产业需要高级设计人才 1.4 课程体系,课程内容与学习建议 课程体系, 1. 课程体系 数字电路是电子信息类各专业的重要的技术基础课程, 数字电路是

12、电子信息类各专业的重要的技术基础课程,对 于继续学习有关专业课程(通信类,计算机类,控制类, 于继续学习有关专业课程(通信类,计算机类,控制类,测量 电力电子类)有着重要的影响. 类,电力电子类)有着重要的影响. 同时又是一门直接面向应用的专业性课程 . 理论基础: 逻辑代数 逻辑代数,电路理论, 信号与线性系统 同步课程:模拟电子技术 模拟电子技术 后续课程: 可编程器件,微机原理,单片机,DSP技 可编程器件, 术,接口技术,传感技术,数字通信等等 专业课程设置 通信专业的基础理论 微积分/线性代数/概率论/ 微积分/线性代数/概率论/复变函数 基础课: 基础课: 技术基础课:信号与系统/

13、随机过程/数字信号处理/ 技术基础课: 信号与系统/随机过程/数字信号处理/信 息论/ 息论/电磁场与电磁波 专业基础课:通信原理/计算机网络/微波技术基础 专业基础课:通信原理/计算机网络/ 通信系统的设计与实现(技术基础) 通信系统的设计与实现(技术基础) 电路理论/模拟电路/数字电路/ 电路理论/模拟电路/数字电路/通信电子 硬件类: 硬件类: 电路/微机原理/ 电路/微机原理/ C语言/数据结构/操作系统 语言/ 语言 数据结构/ 软件类: 软件类: 工程实验能力(技术基础与专业基础) 工程实验能力(技术基础与专业基础) 电子电路测试,实验/ 电子电路测试,实验/微机原理实验 硬件类:

14、 硬件类: 各软件类课程自带的上机 软件类: 软件类: 通信综合实验 系统类: 系统类: 1 逻辑代数 2 集成逻辑门 物理和电路基础 3 组合逻辑电路 无记忆电路 4 集成触发器 数字记忆元件 5 时序逻辑电路 有记忆电路 6 硬件描述语言 软件描述构造硬件 7 半导体存储器 作为存储元件大规模电路 8 可编程逻辑器件 作为逻辑元件大规模电路 9 脉冲电路 数字波形产生变换 10 A/D与D/A转换技术 模拟电路与数字电路接口 与 转换技术 2. 课程内容简述 理论基础 3. 学习方法和建议 重点教学要求: 重点教学要求: 熟练掌握逻辑代数的原理和逻辑函数化简方法 熟知TTL ,CMOS两类

15、门电路的特点,差异,性能指标和使用 熟知TTL CMOS两类门电路的特点 差异, 两类门电路的特点, 熟练掌握组合逻辑电路与时序逻辑电路的分析与设计方法 熟悉典型中规模组合逻辑和时序逻辑集成电路的基本应用与 扩展使用 熟悉RAM,ROM的基本使用和扩展使用 熟悉RAM,ROM的基本使用和扩展使用 RAM 正确理解可编程器件PLD,CPLD,FPGA的结构和工作原理 正确理解可编程器件PLD,CPLD,FPGA的结构和工作原理 PLD 掌握各类脉冲单元电路的分析方法 掌握各类A/D与D/A电路的工作原理和主要参数计算 掌握各类A/D与D/A电路的工作原理和主要参数计算 A/D 学习要求: 学习要

16、求: 按教学要求抓住重点:基本理论,基本分析与设计方 按教学要求抓住重点:基本理论, 典型逻辑单元与功能模块,典型器件, 法,典型逻辑单元与功能模块,典型器件,典型应用 注意理论与实践相结合;注重物理概念的理解与建立 注意理论与实践相结合; 正确使用多媒体课件:处理好课内与课外,听讲与笔 正确使用多媒体课件:处理好课内与课外, 上课与自学, 记,上课与自学,主线与枝节等关系 保证课外学时;对课后习题予以充分重视,独立完成 保证课外学时;对课后习题予以充分重视, 至少有一本非课本参考书 有条件可借助EDA软件进行仿真实验,加深课程理解 有条件可借助EDA软件进行仿真实验 EDA 1.5 数制与数

17、制转换 1.5.1 数的表示方法 十进制: 1. 十进制: 以十为基数的记数体制表示数的十个数码: 以十为基数的记数体制表示数的十个数码: 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 , , , , , , , , , 遵循逢十进一 逢十进一的规律 遵循逢十进一的规律 143.75 = 1 10 2 + 4 10 1 + 3 10 + 7 10 + 1 0 + 5 10 2 任意一个十进制数N可以表示成: 任意一个十进制数N可以表示成: M 10 = i = ai 10i ai:第i位的系数 位的系数 二进制: 2. 二进制: 以二为基数的记数体制表示数的两个数码: 以二为基数的记数体制表示数的两

18、个数码: 0,1 , 遵循逢二进一 逢二进一的规律 遵循逢二进一的规律 (101.11)2 = 1 2 2 + 0 2 1 + 1 2 0 + 1 2 1 + 1 2 2 ) =(5.75)10 ( ) 任意一个二进制数N可以表示成: 任意一个二进制数N可以表示成: M2= i = bi 2i + 有时也用B和 代替 代替2和 这两个脚注 注:有时也用 和D代替 和10这两个脚注 有时也用 八进制: 3. 八进制: 以八为基数的记数体制表示数的八个数码: 以八为基数的记数体制表示数的八个数码: 0,1 ,2,3 ,4,5,6 ,7 ,8 , , , , 遵循逢八进一 逢八进一的规律 遵循逢八进

19、一的规律 任意一个八进制数N可以表示成: 任意一个八进制数N可以表示成: M 8 = 十六进制: 4. 十六进制: 0 , 1,2,3,4,5,6,7,8,9,A, , , , , , , , , , , B,C,D,E,F , , , , 任意一个十六进制数展开式为: 任意一个十六进制数展开式为: M 16 = 有时也用O和 代替 代替8和 这两个脚注 注:有时也用 和H代替 和16这两个脚注 有时也用 i = i = oi 8i + hi 16i + 4. 任意进制数展开式的普遍形式: 任意进制数展开式的普遍形式: + MR = i = aR i i 其中 R称为计数的基数 称为计数的基数

20、 ai称为第 位的系数 称为第i位的系数 R i称为第 位的权. 称为第i位的权 位的权. 1.5.2 数制转换 十进制转换: 1. 二 -十进制转换:加权系数之和 (1011.01)2= 1 2 3 + 0 2 2 + 1 2 1 + 1 2 0 + 0 2 1 + 1 2 2 =(11.25)10 二进制转换: 2. 十 - 二进制转换:对十进制整数 = bn 2n + bn1 2n1 + + b1 21 + b0 20 N10 = 2(bn 2n1 + bn1 2n2 + + b1 ) + b0 bn 2 n 1 将N10除以2,则余数为 b0,商可写成 除以 , + bn 1 2 n2

21、 + + b1 = 2(bn 2n 2 + bn 1 2n 3 + + b2 ) + b1 之商再除以2, 将N10/2之商再除以 ,则余数为 b1 之商再除以 依此类推,反复将每次得到的商再除以2 依此类推,反复将每次得到的商再除以2, 即可求得N 即可求得N10 之二进制整数的每一位 例:将(173)10化为二进制数表示 ) 2 2 2 2 2 2 2 2 173 86 43 21 10 5 2 1 0 余 余 余 余 余 余 余 余 1 0 1 1 0 1 0 1 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 (173)10=()2 二进制转换: 3. 十 - 二进制转换:对十进制小数

22、 = b1 21 + b2 22 + + b m+1 2 m+1 + b m 2 m N10 则2N10 = b1 + b2 21 + + b m+1 2m+2 + bm 2 m+1 乘以2, 将N10乘以 ,则整数位为 b-1 将乘积的小数部分再乘以2, 将乘积的小数部分再乘以 ,得乘积的整数 部分为b 部分为 -2 依此类推, 依此类推,不断将每次乘 2 后所得乘积的小 数部分再乘以2 即可求得N 数部分再乘以2,即可求得N10 之二进制小数 的每一位. 的每一位. 例:将(0.8125)10化为二进制数 ) 0.8125 2 整数部分=1 b-1 1.6250 0.6250 2 1.25

23、00 0.2500 2 整数部分=1 b-2 0.5000 0.5000 2 整数部分=0 b-3 1.0000 整数部分=1 b-4 故(0.8125)10=(0.1101)2 ) ( ) 4. 二进制 八进制转换 八进制转换 对整数和小数分别转换. 对整数和小数分别转换. 整数:从小数点左第一位开始,每三位一组, 整数:从小数点左第一位开始,每三位一组,每组用一 位等价八进制数替换 小数:从小数点右第一位开始,每三位一组,不足补零, 小数:从小数点右第一位开始,每三位一组,不足补零, 每组用一位等价八进制数替换 101 011 011 . 110 101 110 5 3 3 . 6 5 6

24、 5. 二进制 -十六进制转换 (0101 1110 . 1011 00100 )2 = ( 5 E . B 4 )16 每四位2进 每四位 进 制数对应 一位16进 一位 进 制数 十六进制- 6. 十六进制-二进制转换 (8 A . C F 6 )16= (1000 1111 1010 . 1100 0110)2 7. 十六进制数与十进制数的转换 十六进制数转换为十进制数时, 十六进制数转换为十进制数时,可将各位按权 展开后相加求得. 展开后相加求得. 十进制数转换为十六进制数时,可以先转化成 十进制数转换为十六进制数时, 二进制数, 二进制数,然后再将得到的二进制数转换为等 值的十六进制

25、数. 值的十六进制数. 习题 P.34-1.5,1.6 ,1.7 联系方式: 联系方式: 课件下载: 课件下载: ftp:/211.69.207.34/incoming/课件 黄瑞光 课件/黄瑞光 课件 黄瑞光/ 电子邮件: 电子邮件:huangrg 欢迎提出问题和建议 附件1: 附件 :集成电路分类 数字集成电路以集成度按小规模,中规模,大规模, 数字集成电路以集成度按小规模,中规模,大规模,超大规 模和甚大规模等分为五类.所谓集成度, 模和甚大规模等分为五类.所谓集成度,是指每一块芯片所包含 的晶体管(BJT或FET)的个数. 的个数. 的晶体管 或 的个数 数字集成电路的分类表 晶体管的

26、数目 最多10个 最多 个 10100 1001000 1000106 106以上 分类 小规模 中规模 大规模 超大规模 甚大规模 典型集成电路 逻辑门电路 计数器, 计数器,加法器 小型存储器,门阵 小型存储器, 大型存储器, 大型存储器,微处 可编程逻辑器件, 可编程逻辑器件, 多功能集成电路 附件2: 附件 :几组数字 1958年 1958年,研制出了第一块数字集成电路 集成度以每6年十倍的Moore Moore规则迅速增长 集成度以每6年十倍的Moore规则迅速增长 当前的制造水平已可在单个芯片上集成10 10亿只晶体管 当前的制造水平已可在单个芯片上集成10亿只晶体管 芯片内部的布线细微到亚微米 80年代中期开始 年代中期开始, 从80年代中期开始,可编程逻辑器件出现 超大规模的专用集成电路ASIC技术已趋成熟, ASIC技术已趋成熟 超大规模的专用集成电路ASIC技术已趋成熟,可制造 片上系统SOC 片上系统SOC 专用集成电路的进一步发展1