digital_circuit-chapter1

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1、讲授内容Digitalcircuitchapter1数字概念简介ByLiuYiQing数字量与模拟量模拟量——时间连续数值也连续的物理量。如速度、压力、温度等。数字量——在时间上和数值上均是离散的物理量。如电子表的秒信号，生产线上记录零件个数的计数信号等。（2）模拟量的表示法图1.1模拟量图（温度一时间）图1.2图1.1模拟量样本值的表示法。（模拟信号与数字信号U/V表示模拟量的电信号称为模拟信号。典型的模拟信号是正弦波信号。0t/sU/V5表示数字量的电信号称为数字信号。在电路中，数字信号往往表现为突变的电压或电流。0t/s数字信号的

2、特点•只有有限个取值(通常是2个，0和1）•抗噪性能好•稳定、简单、廉价•易于工程应用•按照工程需要有无限的精度模拟电子系统举例图1.3基本播音系统模数混合系统举例图1.4CD播放器的基本原理1.1.2数字信号的电路表示方法（1）逻辑电平数字信号只有两个电压高电平高电平值，人们习惯称为高电平和低低电平低电平低电平电平，并用“1”和“0”来表示。U5V在实际电路中高电平与低电高电平平都不是一个固定不变的数值，而是一个电压范围。数字电路在2V工作时只要求能可靠的区分“1”和“0”就可以了。右图是通常TTL电0.8V低电平平范围0V（2）正逻

3、辑与负逻辑两种逻辑体制正逻辑体制规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。负逻辑体制规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。下图为采用正逻辑体制所表示的逻辑信号：逻辑1逻辑1逻辑0逻辑0逻辑0（3）数字波形的两种类型数字信号是在高电平和低电平两个状态之间作阶跃式变化的信号，它有两种形式：电平型：在一个节拍内用高电平代表1、低电平代表0。脉冲型：在一个节拍内用有脉冲高代表1、无脉冲代表0。电平型01110010111100脉冲型T理想脉冲图1.6理想脉冲非理想状态下的脉冲波形上升时间下降时间幅度脉冲宽度占空比(tw/T*100%)波形特征•在数

4、字系统里，我们所遇到的大多数波形都是由一系列的脉冲所组成的，有时，我们称之为脉冲序列，可分为周期性的和非周期性的。示波器观测到的数字波形波形特征识别举例数字电路的时钟在数字系统中，所有的波形都与一个基本时序波形同步，我们称之为时钟。它可以是周期性波形，脉冲（周期）之间的间隔等于一个位的时间。也可以是非周期性的波形；从波形到数字-时序图的判读•时序图就是数字波形的曲线图，除了表示两个或两个以上波形的实际关系之外，还可以表示每个波形如何与其他波形相关联而发生变化。通过观察时序图，你可以及时确定在特定点上所有波形的状态（HIGH或LOW）以及

5、一个波形相对于其他波形改变状态的确切时间。数据及数据传输•数据是指一组可以用来传达某种信息的位。二进制数据，用数字波形表示，必定是从数字系统的一个电路传输到另一个，或者从一个系统传输到另一个系统，以实现某个特定的目的。例如，计算机内存储器中的数字是以二进制的形式存储的，它必须传输到中央处理器，才能进行加法运算。加法运算的结果会被传输到显示器或返回到存储器上。如图所示，在计算机系统中，二进制数据的传输有两种方式：串行和并行。从计算机到调制解调器串行传输二进从计算机到打印机并行传输二进制数据8个位制数据8个位基本逻辑运算-非(NOT)非(N

6、OT)运算可以将一个逻辑电平变为相反的电平，如图1.16所示。输入高电平(1)时，输出低电平(O)。输入低电平时，输出高电平。在任一种情况下，输入都与输出不同。非运算是用一个称为“反相器”的逻辑电路实现的。•图1.16非运算基本逻辑运算-与(AND)•与(AND)运算就是当输入都为高电平时产生一个高电平输出，如图1.17所示。当一个输入为高电平，另一个输入也为高电平时，输出为高电平。当任意一个或所有输入都为低电平时，输出为低电平。与运算是用一个称为“与门”的逻辑电路实现的。基本逻辑运算-或(OR)或(OR)运算就是当所有输入为高电平时产

7、生一个高电平输出，如图1.18所示。当一个或几个或所有输入都为高电平时，输出为高电平。当所有输入都为低电平时，输出为低电平。或运算是用一个称为“或门”的逻辑电路实现的。基本逻辑函数与、或和非这三种基本逻辑元素可以结合起来，形成一些更复杂的逻辑电路，用于进行一些有用的运算和组成完整的数字系统。基本的逻辑函数有比较、算术、编码变换、编码、解码、数据筛选、存储和计数等8种函数。通过这些重要函数，你可以了解它们是如何构造如计算机这样的数字系统模块的。后面的章节里我们会对每一个基本逻辑函数进行详细的讲解。数字集成电路•所有的逻辑元件和函数都可用集

8、成电路(IC)的形式完成。由于它体积小、可靠性高、低成本、低消耗，数字系统与集成电路相结合已有好多年了单块(monolithic)集成电路(IC)是由一个小型硅芯片构成的电子电路。晶体管、二极管、电阻、电容