计算机学数字电子基础知识,什么是数字电路?数字电路基础知识
1、數字電路
1.基本概念:工作在數字信號下的電路統稱為數字電路。
2.結構特點:數字電路是以二值數字邏輯為基礎的,其中的工作信號是離散的數字信號。電路中的電子器件,如二極管、三極管(BJT)、場效應管(FET)處于開關狀態,時而導通,時而截止。
3.組成材料:數字集成器件所用的材料以硅材料為主,在高速電路中,也使用化合物半導體材料,例如砷化鎵等。
2、數字電路的發展
1.發展歷史:與模擬電路一樣,數字電路經歷了由電子管、半導體分立器件到集成電路等幾個階段。但數字集成電路比模擬集成電路的發展更快,使數字集成電路的性能產生了質的飛躍。2.器件工藝的發展:邏輯門是一種重要的邏輯單元電路。TTL邏輯門電路問世較早,其工藝經過不斷改進,至今已成為主要的基本邏輯器件之一。隨著MOS工藝特別是CMOS工藝的發展,TTL的主導地位有被CMOS器件所取代的趨勢。近年來,可編程邏輯器件(PLD)特別是現場可編程門陣列(FPGA)的飛速進步,使數字電子技術開創了新局面,不僅規模大,而且將硬件與軟件相結合,使器件的功能更加完善,使用也更加靈活。
3、數字電路的應用數字電路在日常生活中的應用很多,尤其是數字電路和計算機技術的發展,使數字電路的應用越來越普遍,它已經被廣泛應用于工業、農業、通信、醫療、家用電子等各個領域,如工農業生產中用到的數控機床、溫度控制、氣體檢測、家用冰箱、空調的溫度控制、通信用的數字手機以及正在發展中的網絡通信、數字化電視等。隨著數字電路的發展,其應用將會越來越廣泛,它將會深入到生活的每一個角落。
4、 數字電路的分類
按集成度來分,數字集成電路可分為小規模、中規模、大規模、超大規模和甚大規模五類。所謂集成度是指每一芯片所包含的晶體管的個數,表1列出了五類數字集成電路的分類依據。由表可以看出,存儲器是基本數字部件之一,集成度很高。利用存儲器可以記憶或存儲二值數字1或0。存儲的數字信息可以取出來分析或直接利用,例如,打印機可從計算機的存儲器里取出信息并打印在紙上。
表 1 數字電路的分類
分類
三極管的個數
典型集成電路
小規模
最多10個
邏輯門電路
中規模
10~100
計數器、加法器
大規模
100~1000
小型存儲器、門陣列
超大規模
1000~106
大型存儲器、微處理器
甚大規模
106以上
可編程邏輯器件、多功能集成電路5、數字電路的特點 數字電路的信號是不連續變化的數字信號,所以在數字電路中工作的器件多數工作在開關狀態,即工作在飽和區和截止區,而放大區只是過渡狀態。數字電路的主要研究對象是電路的輸入和輸出之間的邏輯關系,因而在數字電路中就不能采用模擬電路的分析方法,例如,微變等效電路法等就不適用了。這里的主要分析工具是邏輯代數,表達電路的功能主要用真值表,邏輯表達式及波形圖等。6、數字系統數字系統的構成如圖1所示。
圖1 數字系統框圖數字系統通常由輸入接口、輸出接口、數據處理和控制器構成。輸入接口和輸出接口的主要任務是將模擬量轉換為數字量,或將數字量轉換為模擬量,處理器的主要作用是控制系統內部各部件的工作,使它們按照一定的程序操作。通常以是否有控制器作為區分功能部件和數字系統的標志,凡是包含控制器且能夠按順序進行操作的系統,無論規模大小,一律稱為數字系統。
總結
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