数字电路技术基础知识
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用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路或数字系 统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理的功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路是由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成的。逻辑门电路是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二进制数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。 数字电路与模拟电路不同，它不是利用信号大小强弱来表示信息的，而是利用电压的高低或电流的有无或电路的通断来表示信息的1或0,用一连串的1或0编码表示某种信息 (由于只有1与。两个数码，所以叫二进制编码，下图所示为数字信号与模拟信号波形对照)。用以处理二进制信号的电路就是数字电路，它利用电路的通断来表示信息的1或0。其工作信号是离散的数字信号。利用电路中的晶体管的工作状态即可代表数字信号，即时而导通时而截止就可表示数字信号。 最初的数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件，随后发展到中规模逻辑器件；20世纪70年代末，微处理器的出现，使数字集成 电路的性能产生了质的飞跃，出现了大规模的数字集成电路。数字电路最重要的单元电路就是逻辑门。 数字集成电路是由许多的逻辑门组成的复杂电路。与模拟电路相比，它主要进行数字信号的处理（即信号以0与1两个状态表示），因此抗干扰能力较强。数字集成电路有各种门电路、触发器以及由它们构成的各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。一个数字系统一般由控制部件和运算部件组成，在时序脉冲的驱动下，控制部件控制运算部件完成所要执行的动作。通过模拟数字转换器、数字模拟转换器，数字电路可以和模拟电路 实现互联互通。 学习数字电路主要应掌握以下概念： （1） 组合逻辑电路 组合逻辑电路简称组合电路，它由最基本的逻辑门电路组合而成。 特点：输出值只与当时的输入值有关，即输出惟一地由当时的输入值决定。电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，类似电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。 （2） 时序逻辑电路 时序逻辑电路简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路（输出到输入）或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。 特点：输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。它类似含储能元器件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。 （3） 分类 按电路有无集成元器件来分，可分为分立元器件数字电路和集成数字电路。 按集成电路的集成度进行分类，可分为小规模集成数字电路（SSI）、中规模集成数字电路（MSI）、大规模集成数字电路（LSI）和超大规模集成数字电路（VLSI）。按构成电路的半导体器件来分类，可分为双极型数字电路和单极型数字电路。 （4） 数字电路的特点 1） 同时具有算术运算和逻辑运算功能。 数字电路是以二进制逻辑数学为基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算（与、或、非、判断、 比较、处理等），因此极其适合运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。 2） 实现简单，系统可靠。 以二进制作为基础的数字逻辑电路，可靠性较强，电源 电压的小的波动对其没有影响，温度和工艺偏差对其工作的可靠性影响也比模拟电路小 得多。 3） 集成度高，功能实现容易，体积小，功耗低是数字电路突出的优点。 电路的设计、维修、维护灵活方便，随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路 （MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）的发展也从元器件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。只需釆用一些标准的集成电路块单元连接就能组成电路。对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现各种逻辑功能。 数字电路与数字电子技术广泛地应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控 制、航天等科学技术领域。 数字电路又可分为数字脉冲电路和数字逻辑电路。前者研究脉冲的产生、变换和测量；后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。 数字电路的划分： (1) 按功能分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类 前者在任何时刻的输出，仅取决于电路此刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，它们不具有记忆功能，常用的组合逻辑器件有加法器、译码器、数据选择器等。后者在任何时候的输出，不仅取决于电路此刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关， 它们具有记忆功能。 (2) 按结构分为分立元器件电路和集成电路 前者是将独立的晶体管、电阻等元器件用导线连接起来的电路。后者将元器件及导线制作在半导体硅片上，封装在一个壳体内，并焊出引线的电路。集成电路的集成度是不同的。 数字电路主要研究对象是电路的输出与输入之间的逻辑关系，因而在数字电路中不能釆用模拟电路的分析方法，如小信号模型分析法。由于数字电路中的器件主要工作在开关状态，因而釆用的分析工具主要是逻辑代数，用功能表、真值表、逻辑表达式、波形图等来表达电路的主要功能。 |
