數(shù)字電路

用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路。現(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成。

數(shù)字電路的發(fā)展與模擬電路一樣經(jīng)歷了由電子管、半導(dǎo)體分立器件到集成電路等幾個(gè)時(shí)代。但其發(fā)展比模擬電路發(fā)展的更快。從60年代開始，數(shù)字集成器件以雙極型工藝制成了小規(guī)模邏輯器件。隨后發(fā)展到中規(guī)模邏輯器件；70年代末，微處理器的出現(xiàn)，使數(shù)字集成電路的性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

數(shù)字系統(tǒng)

數(shù)字系統(tǒng)的構(gòu)成如圖所示。

數(shù)字系統(tǒng)通常由輸入接口、輸出接口、數(shù)據(jù)處理和控制器構(gòu)成。輸入接口和輸出接口的主要任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，或?qū)?shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，處理器的主要作用是控制系統(tǒng)內(nèi)部各部件的工作，使它們按照一定的程序操作。通常以是否有控制器作為區(qū)分功能部件和數(shù)字系統(tǒng)的標(biāo)志，凡是包含控制器且能夠按順序進(jìn)行操作的系統(tǒng)，無論規(guī)模大小，一律稱為數(shù)字系統(tǒng)。

數(shù)字電路特點(diǎn)

1.同時(shí)具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能。數(shù)字電路是以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，既能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算又能方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算，因此極其適合于運(yùn)算、比較、存儲(chǔ)、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。

2.實(shí)現(xiàn)簡單，系統(tǒng)可靠。以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，可靠性較強(qiáng)。電源電壓的小波動(dòng)對(duì)其沒有影響，溫度和工藝偏差對(duì)其工作的可靠性影響也比模擬電路小得多。

3.集成度高，功能實(shí)現(xiàn)容易。集成度高，體積小，功耗低是數(shù)字電路突出的優(yōu)點(diǎn)之一。電路的設(shè)計(jì)、維修、維護(hù)靈活方便，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字邏輯電路的集成度越來越高，集成電路塊的功能隨著小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、的發(fā)展也從元件級(jí)、器件級(jí)、部件級(jí)、板卡級(jí)上升到系統(tǒng)級(jí)。

數(shù)字電路優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好、可靠性高、可長期存儲(chǔ)、便于計(jì)算機(jī)處理、便于高度集成化。

數(shù)字電路分類

按功能分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。

前者在任何時(shí)刻的輸出，僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài)，而與電路過去的狀態(tài)無關(guān)，它們不具有記憶功能。常用的組合邏輯器件有加法器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等。

后者在任何時(shí)候的輸出，不僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài)，而且與電路過去的狀態(tài)有關(guān)，它們具有記憶功能。

按結(jié)構(gòu)分為分立元件電路和集成電路。前者是將獨(dú)立的晶體管、電阻等元器件用導(dǎo)線連接起來的電路。

后者將元器件及導(dǎo)線制作在半導(dǎo)體硅片上，封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，并焊出引線的電路。集成電路的集成度是不同的。

數(shù)字電路的應(yīng)用

目前，數(shù)字電路的應(yīng)用已極為廣泛。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，在圖像及電視信號(hào)處理中，都可以用若干個(gè)0和1編制成各種代碼，分別代表不同的信息含義。

在自動(dòng)控制中，可以利用數(shù)字電路的邏輯功能，設(shè)計(jì)出各種各樣的數(shù)字控制裝置。在測量儀表中，可以利用數(shù)字電路對(duì)測量信號(hào)進(jìn)行處理，并將測試結(jié)果用十進(jìn)制數(shù)碼顯示出來；尤其在數(shù)字電子計(jì)算機(jī)中，可以利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)各種功能的數(shù)字信息的處理。數(shù)字電子計(jì)算機(jī)已滲透到國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的一切領(lǐng)域，并已帶來了許多方面根本性能的變革。

數(shù)字電路主要研究對(duì)象是電路的輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系，因而在數(shù)字電路中不能采用模擬電路的分析方法，例如，小信號(hào)模型分析法。由于數(shù)字電路中的器件主要工作在開關(guān)狀態(tài)，因而采用的分析工具主要是邏輯代數(shù)，用功能表、真值表、邏輯表達(dá)式、波形圖等來表達(dá)電路的主要功能。

隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，為了分析、仿真與設(shè)計(jì)數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)，還可以采用硬件描述語言，使用如ABEL語言等軟件，借助計(jì)算機(jī)來分析、仿真與設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)。

數(shù)字電路識(shí)圖技巧

1.是是非非看邏輯。通過閱讀電路說明書來了解邏輯電路的結(jié)構(gòu)組成、功能、用途，也可以通過閱讀真值表，了解輸出與輸入間的“是”或“非”的邏輯關(guān)系，掌握各單元模塊的邏輯功能。

2.元器件功能看引腳。數(shù)字電路中往往使用具有各種邏輯功能的集成電路，這樣會(huì)使整個(gè)電路更簡單、可靠。但也為識(shí)圖帶來一定困難。因?yàn)榭床坏郊呻娐穬?nèi)部元器件及電路組成情況，只能看到外部的許多引腳，這些引腳各有各的作用，這些引腳與外部其他元器件或電路連接，以實(shí)現(xiàn)一定的功能。實(shí)際上很多時(shí)候并不需要知道集成電路內(nèi)部電路組成情況，只需了解外部各引腳的功能即可。集成電路各引腳的功能用文字加以注明，如電路中沒給出文字說明或參數(shù)，則應(yīng)查閱有關(guān)手冊(cè)，了解集成塊的邏輯功能和各引腳的作用。對(duì)一些常用的集成電路，如常用的運(yùn)算放大器LM三二四，四個(gè)兩輸入與非門七四LS零零、五五五時(shí)基電路等，讀者應(yīng)記住各引腳的功能，這對(duì)快速、準(zhǔn)確識(shí)圖有所幫助。

3.功能分解看模塊。對(duì)數(shù)字電路可按信號(hào)流向把系統(tǒng)分成若干個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊完成相對(duì)獨(dú)立的功能，對(duì)模塊進(jìn)行互作狀態(tài)分析，必要時(shí)可列出各模塊的輸入、輸出邏輯真值表。

4、綜合起來看整體。將各模塊連接起來，分析電路從輸入到輸出的完整工作過程，必要時(shí)可畫出有關(guān)工作波形圖，以幫助對(duì)電路邏輯功能的分析、理解。

數(shù)字電路中研究

數(shù)字電路中研究的主要問題是輸出信號(hào)的狀態(tài)（“0”或“1”）和輸入信號(hào)（“0”或“1”）之間的邏輯關(guān)系，即電路的邏輯功能。

數(shù)字電路的研究方法是邏輯分析和邏輯設(shè)計(jì)，所需要的工具是邏輯代數(shù)。（在正邏輯下，“0”是低電平，“1”是高電平，高低電平?jīng)]有明確的界限）