什么是数字电路?数字电路基础知识

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1、数字电路
1.基本概念
:工作在数字信号下的电路统称为数字电路。
2.结构特点:数字电路是以二值数字逻辑为基础的,其中的工作信号是离散的数字信号。电路中的电子器件,如二极管、三极管(BJT)、场效应管(FET)处于开关状态,时而导通,时而截止。
3.组成材料:数字集成器件所用的材料以硅材料为主,在高速电路中,也使用化合物半导体材料,例如砷化镓等。

2、数字电路的发展
1.发展历史
:与模拟电路一样,数字电路经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个阶段。但数字集成电路比模拟集成电路的发展更快,使数字集成电路的性能产生了质的飞跃。
2.器件工艺的发展
:逻辑门是一种重要的逻辑单元电路。TTL逻辑门电路问世较早,其工艺经过不断改进,至今已成为主要的基本逻辑器件之一。随着MOS工艺特别是CMOS工艺的发展,TTL的主导地位有被CMOS器件所取代的趋势。近年来,可编程逻辑器件(PLD)特别是现场可编程门阵列(FPGA)的飞速进步,使数字电子技术开创了新局面,不仅规模大,而且将硬件与软件相结合,使器件的功能更加完善,使用也更加灵活。

3、数字电路的应用
数字电路在日常生活中的应用很多,尤其是数字电路和计算机技术的发展,使数字电路的应用越来越普遍,它已经被广泛应用于工业、农业、通信、医疗、家用电子等各个领域,如工农业生产中用到的数控机床、温度控制、气体检测、家用冰箱、空调的温度控制、通信用的数字手机以及正在发展中的网络通信、数字化电视等。随着数字电路的发展,其应用将会越来越广泛,它将会深入到生活的每一个角落。

4、 数字电路的分类
按集成度来分,数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、超大规模和甚大规模五类。所谓集成度是指每一芯片所包含的晶体管的个数,表1列出了五类数字集成电路的分类依据。由表可以看出,存储器是基本数字部件之一,集成度很高。利用存储器可以记忆或存储二值数字1或0。存储的数字信息可以取出来分析或直接利用,例如,打印机可从计算机的存储器里取出信息并打印在纸上。

表 1 数字电路的分类

分类 三极管的个数 典型集成电路
小规模 最多10个 逻辑门电路
中规模 10~100 计数器、加法器
大规模 100~1000 小型存储器、门阵列
超大规模 1000~106 大型存储器、微处理器
甚大规模 106以上 可编程逻辑器件、多功能集成电路

5、数字电路的特点

数字电路的信号是不连续变化的数字信号,所以在数字电路中工作的器件多数工作在开关状态,即工作在饱和区和截止区,而放大区只是过渡状态。数字电路的主要研究对象是电路的输入和输出之间的逻辑关系,因而在数字电路中就不能采用模拟电路的分析方法,例如,微变等效电路法等就不适用了。这里的主要分析工具是逻辑代数,表达电路的功能主要用真值表,逻辑表达式及波形图等。

6、数字系统
数字系统的构成如图1所示。

什么是数字电路?数字电路基础知识
图1 数字系统框图
数字系统通常由输入接口、输出接口、数据处理和控制器构成。输入接口和输出接口的主要任务是将模拟量转换为数字量,或将数字量转换为模拟量,处理器的主要作用是控制系统内部各部件的工作,使它们按照一定的程序操作。通常以是否有控制器作为区分功能部件和数字系统的标志,凡是包含控制器且能够按顺序进行操作的系统,无论规模大小,一律称为数字系统。
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