数字电路的发展及应用

一，数字电路的发展

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。

目前数字电视已形成几种较大的标准体系，如欧洲的DVB、美国的ATSC、日本的ISDB等，不考虑传输方式，在终端得到的包含加密信息的SI数据的方式大同小异，其中欧洲的DVB标准目前在国内有线电视市场应用最为广泛，已成了实事上的标准，在可预见的将来长期保持不变。基于DVB标准传输的卫星加密节目市场上，一直存在着将解密信息CW（Control Word）控制字通过互联网进行传播，非法盗看节目的现象，这种方式通常被称为CW网络共享。随着网络的快速普及，这种共享越来越普遍，成本越来越低。通常共享有几种方式：

1.通过广域网在在加密电视信号所覆盖的区域里共享。

2.通过在局域网里小范围共享，例如一个家庭，宾馆饭店。

3.利用ZigBee等低成本无线连接方式在小范围内共享，例如家庭内部。

4.利用232串口进行一拖二的子母机共享。

以上共享方式最先在欧美加密数字卫星节目方面流行，现在已经蔓延到全世界，中国上空的几个卫星电视加密节目均已经被共享。之所以卫星加密节目的CW共享比较普遍，是因为卫星电视节目收费较高，但随着有线数字加密电视节目价值的提高，对盗版者也开始有了吸引力，因为卫星CW共享技术已经很成熟，CW共享的技术门槛很低，凡是开发过机顶盒的人都可以胜任，从卫星共享到有线共享只需更换高频头就可实现，所以有线电视领域里的CW共享也开始出现，并有迅速蔓延的趋势。

数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。从xx年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件；xx年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。

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。

逻辑门是数字电路中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，至今仍为主要的基本逻辑器件之一。随着CMOS工艺的发展,TTL的主导地位受到了动摇，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，使用更灵活。

[编辑本段]

数字逻辑电路分类

按功能来分：

1、组合逻辑电路

简称组合电路，它由最基本的的逻辑门电路组合而成。特点是：输出值只与当时的输入值有关，即输出惟一地由当时的输入值决定。电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。

2、时序逻辑电路

简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路（输出到输入）或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。时序电路的特点是：输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。它类似于含储能元件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。

按电路有无集成元器件来分，可分为分立元件数字电路和集成数字电路。

按集成电路的集成度进行分类，可分为小规模集成数字电路(SSI)、中规模集成数字电路(MSI)、大规模集成数字电路(LSI)和超大规模集成数字电路(VLSI)。

按构成电路的半导体器件来分类，可分为双极型数字电路和单极型数字电路。

[编辑本段]

数字电路的特点

1、 同时具有算术运算和逻辑运算功能

数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算（与、或、非、判断、比较、处理等），因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。

2、 实现简单，系统可靠

以二进制作为基础的数字逻辑电路，简单可靠，准确性高。

3、 集成度高，功能实现容易

集成度高，体积小，功耗低是数字电路突出的优点之一。电路的设计、维修、维护灵活方便，随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。对于非标准的特殊电路还可以使用可

编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。

[编辑本段]

数字电路的应用

数字电路与数字电子技术广泛的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术各个领域。

数字电路的分类：

包括数字脉冲电路和数字逻辑电路。

前者研究脉冲的产生、变换和测量；后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。 数字电路的划分：

1.按功能分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

前者在任何时刻的输出，仅取决于电路此刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，它们不具有记忆功能。常用的组合逻辑器件有加法器、译码器、数据选择器等。

后者在任何时候的输出，不仅取决于电路此刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关，它们具有记忆功能。

2.按结构分为分立元件电路和集成电路。

前者是将独立的晶体管、电阻等元器件用导线连接起来的电路。

后者将元器件及导线制作在半导体硅片上，封装在一个壳体内，并焊出引线的电路。集成电路的集成度是不同的。

二，数字电路的应用

（一）、基本逻辑电路

1.数字电路的特点 在电子设备中，通常把电路分为模拟电路和数字电路两类，前者涉及模拟信号，即连续变化的物理量，例如在24小时内某室内温度的变化量；后者涉及数字信号，即断续变化的物理量，如图1所示。当把图1的开关K快速通、断时，在电阻R上就产生一连串的脉冲(电压)，这就是数字信号。人们把用来传输、控制或变换数字信号的电子电路称为数字电路。

数字电路工作时通常只有两种状态：高电位(又称高电平)或低电位(又称低电平)。通常把高电位用代码“1”表示，称为逻辑“1”；低电位用代码“0”表示，称为逻辑“0”(按正逻辑定义的)。注意：有关产品手册中常用“H”代表“1”、“L”代表“0”。实际的数字电路中，到底要求多高或多低的电位才能表示“1”或“0”，这要由具体的数字电路来定。例如一些TTL数字电路的输出电压等于或小于0.2V，均可认为是逻辑“0”，等于或者大于3V，均可认为是逻辑“1”(即电路技术指标)。CMOS数字电路的逻辑“0”或“1”的电位值是与工作电压有关的。 讨论数字电路问题时，也常用代码“0”和“1”表示某些器件工作时的两种状态，例如开关断开代表“0”状态、接通代表“1”状态。

2.三种基本逻辑电路 数字电路中的基本电路是与门、或门和非门(反相器)。与门和或门电路的基本形式有两个或两个以上的输入端、一个输出端。因输入和输出可以各自为“0”或“1”状态，具有判定的功能，所以把它们称为基本逻辑电路。三种基本逻辑电路的符号(图形)和主要表达式如附表所示。该表对初学者可能难于理解，一旦了解之后就会觉得比通常的模拟电路还简单些。

(1)与门电路。以下讨论的与门是2输入端的，它对多端输入的与门同样适用。2输入端与门的功能设计成这样：当输入端A、B同时都为逻辑“1”状态时，输出Z才是逻辑“1”状态。2输入端与门的这种逻辑关系可以用图2模式的电路描述。对图2，这里作如下规定：开关

K1、K2断开时，代表输入A、B的“0”状态、接通时代表输入A、B的“1”状态；灯L灭代表输出的Z的“0”状态，灯L亮代表输出Z的“1”状态。之后将开关K1、K2“接通”和“断开”的各种组合状态，以及由此引起灯“亮”和“灭”的输出状态列成表格，该表格叫做真值表，，如附表中所示。从真值表中看出，要使灯L点亮，即输出Z必须是“1”状态，输入的A、B也必须是“1”状态。

具有图2模式电路功能(指输入、输出关系)的电路称为2输入端与门，并用附表中的逻辑符号来代表。

(2)或门和非门。或门的逻辑关系如下：各输入端只要有一个状态为“1”时，输出便是“1”。非门只有一个输入端和一个输出端，并且其输出状态总是和输入状态相反的，即求“反”。这里同样可以用图3和图4模式的电路分别描述或门和非门的功能，也可以作相应的真值表，绘出逻辑符号，如附表中所示。

3.逻辑函数的表示方法 在逻辑电路的设计时，常用四种方法表示逻辑电路的函数关系(指输入、输出关系)，即逻辑图、真值表、函数表达式和卡诺图。附表中仅列出了三种表达式，实际应用中逻辑图和真值表是最常用的，应必须掌握的；函数表达式和卡诺图主要供设计人员按要求设计数字逻辑电路时使用。

现在数字集成电路产品已完全取代了早期分立元件组成的数字电路。数字电路产品的种类愈来愈多，其分类方法也有多种。若按用途来分，可分成通用型的IC（中、小规模IC）产品，微处理（MPU）产品和面向特定用途的IC产品三大类。可编程逻辑器件是特定用途产品的一个重要分支。若按逻辑功能来分，可以分成组合逻辑电路，简称组合电路，如各种门电路，各种编译码器；时序逻辑电路，简称为时序电路，如各种触发器、各种计数器、各种寄存器等。若按电路结构来分，可分成TTL型和CMOS型两大类。

常见的TTL54/74系列，有如下的共同的特性：电源电压为5.0V，逻辑“0”输出电压为≤0.2V，逻辑“1”输出电压为≥3.0V和抗扰度为1.0V。

CMOS数字集成电路比TTL型占有更多的优点，前者的工作电源电压范围宽，静态功耗低、抗干扰能力强、输入阻抗高、成本低等。所以电子钟表、电子计算器等均用了该种电路。鉴于此，以后介绍数字集成电路时，主要以CMOS型为实例。

CMOS数字集成电路品种繁多，包括了各种门电路、编译码器、触发器、计数器和存贮器等上百种器件。

（二）、CMOS集成电路的应用

1.常用特性 （1）工作电源电压。常用的CMOS集成电路工作电压范围为3～18V（也有7～15V的，如国产的C000系列），因此使用该种器件时，电源电压灵活方便，甚至未加稳压的电源也可使用。（2）供电引脚。CMOS集成电路外加供电时其引脚如图5所示。（3）输入阻抗高。CMOS电路的输入端均有保护二极管和串联电阻构成的保护电路，在正常工作范围内，保护二极管均处于反向偏置状态，直流输入阻抗取决于这些二极管的泄漏电流。通常情况下，等效输入电阻大于108Ω，因此驱动CMOS集成电路时，所消耗的驱动功率几乎可以不计。（4）输出电流。CMOS集成电路的输出电流（指内部各独立功能的输出端）一般是10mA，所以使用时应加推动级输出，但输出端若连接CMOS电路时（即扇出能力），因CMOS电路的输入阻抗高，对于低频工作时，一个输出端可以带动50个以上输入端，实际上几乎不需考虑扇出功能的限制。（5）抗干扰能力强。CMOS电路抗干扰能力是指电路在干扰噪声的作用下，能维持电路原来的逻辑状态并正确进行状态的转换。电路的抗干扰能力通常以噪声容限来表示，即直流电压噪声容限、交流（指脉冲）噪声容限和能量噪声（指输入端积累的噪声能量）三种。直流噪声容限可达电源电压的40％以上，所以使用的电源电压越高，抗干扰能力越强。这是工业中使用CMOS逻辑电路时，都采用较高的供电电压

的原因。TTL相应的噪声容限只有0.8V（因TTL工作电压为5V）。（6）说明。目前市场上数字电路产品进口的较多，产品型号的前缀为公司代号，如MC、CD、μPD、HFE分别代表摩托罗拉半导体（MOTA）、美国无线电（RCA）、日本电气（NEC）、菲力蒲等公司。各产品的后缀相同的型号均可互换。

第二篇：数电

一、填空题

1．十进制数123的二进制数是( 1111011 )；十六进制数是( 7B )

2．100001100001是8421BCD码，其十进制为( 861 )

3．逻辑代数的三种基本运算是(与 、或 和 非)

4．三态门的工作状态是 (0 ， 1 ， 高阻)

5．描述触发器逻辑功能的方法有（真值表，逻辑图，逻辑表达式，卡诺图，波形图）

6．施密特触发器的主要应用是 （波形的整形 ）

7．设4位D/A转换器的满度输出电压位30伏，则输入数字量为1010时的输出模拟电压为 （20伏）

8．实现A/D转换的主要方法有（并行A/D，串并行A/D，逐次比较A/D，双积分A/D ）

1．十进制数35.85的二进制数是（100011.110）；十六进制数是（23.C ）

2．逻辑代数中逻辑变量得取值为（0、1）

3．组合逻辑电路的输出状态只与 当前输入（当前输入）有关而与电路（原状态）无关。

4．三态门的输出有 （0、1、高阻 ），三种状态，当多个三态门的输出端连在一根总线上使用时，应注意 （只能有1个三态门被选通） 。

5．触发器的基本性质有（有两个稳态，在触发信号作用下状态可相互转变，有记忆功能）。

6．单稳态触发器的主要应用是 （延时） 。

7．设6位D/A转换器的满度输出电压位6.3伏，则输入数字量为110111，输出模拟电压为（5.5v）。

8．一个8K字节的EPROM芯片，它的地址输入端的个数是（13 ）

1．十进制数86的二进制数是（1010110）；8421BCD码是 （10000110）

2．在Y=AB+CD的真值表中，Y＝1的状态有（ 7 ）个。

3．4位二进制数码可以编成（16） 个代码，用这些代码表示0～9十进制输的十个数码，必须去掉 （6）代码。

4．描述触发器逻辑功能的方法有 （状态转换表，状态转换图，特性方程）。

5．若Q＝1，J=0，K=1，则Qn?1?0

6．设ROM地址为A0~A7，输出为Y0~Y3，则ROM的容量为 256×4bit

7．一个8位二进制D/A转换器的分辨率为0.025，则输入数字量为11010011时，输出模拟电压为 5.275伏

8．转换精度 和 转换速度 是衡量A/D、D/A转换器性能优劣的主要指标。

1． 将十进制数（3.5）10转换成二进制数是 （11.10）

2. 三变量函数 的最小项表示中不含下列哪项 m2

3.一片64k×8存储容量的只读存储器（ROM），有 （16条地址线和8条数据线）

4. 在ADC工作过程中，包括保持a，采样b，编码c，量化d四个过程，他们先后顺序应该是 badc

5.以下各种ADC中，转换速度最慢的是 ( 双积分型 )

6. 一个时钟占空比为1：4，则一个周期内高低电平持续时间之比为 ( 1：4

7. 当三态门输出高阻状态时，输出电阻为 ( 无穷大

8.通常DAC中的输出端运算放大器作用是 ( 求和

9. 16个触发器构成计数器，该计数器可能的最大计数模值是 ( 216

10.一个64选1的数据选择器有（ 6 ）个选择控制信号输入端。