1.1 数字信号与数字电路
1.1.1数字技术的发展及其应用
电子技术的发展:以电子器件的发展为基础
1906 李德.福莱斯特 1947 威廉.肖克利 1960-
三级真空管 晶体管 半导体集成电路
7
电子管时代
电压控制器件 电真空技术
1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管 体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在 一些大功率发射装置中使用。
考核形式
平时（10%）+期中（20%）+期末（70%） 形式：闭卷
参考书目
1、《数字电子技术基础》，阎石主编，清华大学 2、《计算机结构与逻辑设计》，黄正瑾主编，东南大学 3、《数字电子技术》[Digital Fundamentals],Thomas
L.Floyd著
3
课程安排
数字逻辑概论
1.1、1.2、1.3、1.4、1.5
逻辑代数与硬件描述语言基础
2.1、2.2、2.3、2.4
逻辑门电路
3.1、3.2、3.3、3.7
组合逻辑电路
4.1、4.2、4.3、4.4、4.5
锁存器和触发器
5.1、5.2、5.3、5.4、5.5
4
课程安排
时序逻辑电路
6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6
可以说它是有三个电极的灯泡。参与工作的电极 被封装在一个真空的容器内（管壁大多为玻璃） ENIAC中了用了1.8万只真空管，所以它的庞大笨重是可想而知了。
晶体管时代 器件
电流控制器件 半导体技术
半导体二极管、三极管
半导体集成电路
什么是集成电路呢？ 采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布 线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一 个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成 一个整体，它在电路中用字母“IC”表示。
根据器件不同 --数字电路可分为TTL 和 CMOS电路
根据集成度不同 --数字集成电路可分为SSI，MSI，LSI，VLSI，
ULSI五类。
集成度:每一芯片所包含的门个数
分类
小规模SSI 中规模MSI 大规模LSI 超大规模 VLSI 甚大规模 ULSI
门的个数
典型集成电路
最多12个 12~99 100~9999
半导体集成电路
60~70代- IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。 10万个晶体管/片。
80年代后- ULSI ， 1 0 亿个晶体管/片 、 ASIC 制作技术成熟
90年代后- 97年一片集成电路上有40亿个晶体管。现在有上百亿 了！ 目前- 芯片内部的布线细微到亚微米、纳米(90,45,22,14,8nm)量级
——可与数字相对应
17
4
0.8m
3
0.6m
2
0.4m
1
0.2m
0.8m h=0.512734...
0
0.0m
18
u
携带信息
波形
u
携带信息
数字
0
t
模拟信号
时间和数值均连续 变化的信号
0 1 0011 01
0
t
数字信号
在时间上和数值上均 是离散的信号
19
数字电路的优点
信息的载体——信号波形
20
u
逻辑门、触发器 计数器、加法器 小型存储器、门阵列ห้องสมุดไป่ตู้
10,000~99,999 大型存储器、微处理器
106以上
可编程逻辑器件、多功能专用集成电 路
数字集成电路的特点
可靠性、稳定性和精度高,抗干扰能力强 易于设计 体积小,通用性好,成本低，电路简单,便于大规模集成 具可编程性,可实现硬件设计软件化 高速度、低功耗 加密性好，便于存储、传输和处理
15
数字电路的分析、设计与测试
(1)数字电路的分析方法
数字电路的分析:根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。
分析工具：逻辑代数。
电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图等描
述。
(2)
数字电路的设计方法
数字电路的设计:从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的逻辑
器件，设计出符合要求的逻辑电路。
u
t 通道
t
衰减
畸变
干扰
21
采样 保持 量化 编码
信 息 载 体
| 数 字
22
1
1
1
1
0
00
0
00
只要0和1不混淆，信息就不会丢失。
23
1.1.4 数字信号的描述方法
二值数字逻辑和逻辑电平
二值数字逻辑 0、1---表示数量时称二进制数
表示方式
---表示事物状态时称二值逻辑
在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
半导体存储器
7.1、7.2
CPLD和FPGA
8.1、8.2、8.3
脉冲波形的变换与产生
9.1、9.2
数模与模数转换器
10.1、10.2
5
第一章 数字逻辑概论
1.1 数字信号与数字电路 1.2 数制 1.3 二进制数的算术运算 1.4 二进制代码 1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算
6
逻辑电平与电压范围的关系（正逻辑）
电压 （V）
二值逻辑
电平
3.5~5
1
H（高电平）
0~1.5
0
L（低电平）
24
数字波形 是信号逻辑电平对时间的图形表示
用逻辑电平描述的数字波形 16位数据的图形 表示
25
数字波形的两种类型
高电平
低电平
非归零型
有脉冲
归零型
无脉冲 比特率 -------- 每秒钟转输数据的位数
设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。
1.1.3 模拟信号和数字信号
电子系统处理物理量的方法 用某个电参量（电压、电流、频率、相位等）去描述
它 ——电信号 自然界物理量的表现形式 ——连续和离散 连续—— 在一定的范围内有无穷多个取值可能
——无法用数字准确表示 离散—— 在一定的范围内只有某些特定取值
微处理器的时钟频率高达3GHz（109Hz） 将来- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路
11
数字技术的应用
手机
计算机
智能仪器
U盘 数码相机
1.1.2 数字集成电路的分类及特点
根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同
--数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
根据电路的形式不同 --数字电路可分为集成电路和分立电路
《电子技术基础 数字部分》
第一章 数字逻辑概论
1
什么是数字电路？
就是用数字电子开关表示二进制的0和1，从而来实现算术 运算和逻辑运算，并最终实现信息的存储、处理和传输。
数字电路的学习方法
掌握布尔代数的基本原理 （理论基础） 重视逻辑关系及其描述方法（思维方式） 熟练逻辑电路的基本分析方法与设计方法（基本训练） 重要的在于器件的使用（实践能力）