電子技術基礎數字部分（第六版）課件

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1、電子技術基礎-數字部分(第六版)-康華光ch01-11.1.1 數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用1.1.2 數字集成電路的分類及特點數字集成電路的分類及特點1.1.3 模擬信號與數字信號模擬信號與數字信號1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法1.1 數字電路與數字信號數字電路與數字信號1.1.1數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用1.1數字電路與數字信號數字電路與數字信號80年代后年代后-ULSI，1 0 億個晶體管億個晶體管/片、片、ASIC 制作技術成熟制作技術成熟目前目前-芯片內部的布線細微到納米量級芯片內部的布線細微到納米量級(0.05 m以下以下)微處理

2、器的時鐘頻率超過微處理器的時鐘頻率超過3GHz(109Hz)，高達，高達6.8GHz90年代后年代后-97年一片集成電路上有年一片集成電路上有40億個晶體管。億個晶體管。6070代代-IC技術迅速發展：技術迅速發展：SSI、MSI、LSI、VLSI。10萬個晶體管萬個晶體管/片。片。將來將來-高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結構的電路高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結構的電路發展特點發展特點:以電子器件的發展為基礎以電子器件的發展為基礎電子管時代電子管時代1906年，福雷斯特等發明了電子管；電子管年，福雷斯特等發明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在體積大、重量重

3、、耗電大、壽命短。目前在一些大功率發射裝置中使用一些大功率發射裝置中使用。電壓控制器件電壓控制器件電真空技術電真空技術1946年年2月由賓州大月由賓州大學研制成功學研制成功ENIAC電子數字積分計算機電子數字積分計算機:重達重達30噸噸:占地占地160m2:啟動工耗啟動工耗150000瓦瓦:1.8萬個電子管萬個電子管:保存保存80個字節個字節電子管時代電子管時代晶體管時代晶體管時代電流控制器件電流控制器件 半導體技術半導體技術半導體二極管、三極管半導體二極管、三極管器件器件半導體集成電路半導體集成電路電路設計方法電路設計方法伴隨器件變化從傳統走向現代伴隨器件變化從傳統走向現代a)a)傳統的設計

4、方法：傳統的設計方法：b)b)現代的設計方法：現代的設計方法：采用自下而上的設計方法；由人工組裝采用自下而上的設計方法；由人工組裝,經反復調試、驗證、經反復調試、驗證、修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差,設計周期長。設計周期長?，F代現代EDA技術實現硬件設計軟件化。采用從上到下設計方技術實現硬件設計軟件化。采用從上到下設計方法，電路設計、法，電路設計、分析、仿真分析、仿真 、修訂、修訂 全通過計算機完成。全通過計算機完成。EDA技術以計算機為基本工具、借助于軟件設計平臺，自技術以計算機為基本工具、借助于軟件設計平臺，自動完成數字系統的仿真、邏輯綜合

5、、布局布線等工作。最后下動完成數字系統的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到芯片，實現系統功能。使硬件設計軟件化。載到芯片，實現系統功能。使硬件設計軟件化。1、設計：、設計：在計算機上利用軟件平臺進行設計在計算機上利用軟件平臺進行設計原理圖設計原理圖設計VerlogHDL語言設計語言設計狀態機設計狀態機設計設計方法設計方法EDA（Electronics Design Automation)技術技術3 3、下載、下載2 2、仿真、仿真4 4、驗證結果、驗證結果實驗板實驗板下載線下載線數字技術數字技術根據電路的結構特點及其對輸入信號的響應規則的不同，根據電路的結構特點及其對輸入信號的響應規則

6、的不同，-數字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。數字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。從集成度不同從集成度不同 -數字集成電路可分為小規模、中規模、大規模、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。超大規模和甚大規模五類。從電路的形式不同，從電路的形式不同，-數字電路可分為集成電路和分立電路數字電路可分為集成電路和分立電路從器件不同從器件不同 -數字電路可分為數字電路可分為TTL 和和 CMOS電路電路1 1、數字集成電路的分類、數字集成電路的分類1.1.2、數字集成電路的分類及特點、數字集成電路的分類及特點可編程邏輯器件、多功能專用集成電路106以上甚大規模大

7、型存儲器、微處理器10,00099,999超大規模小型存儲器、門陣列1009999大規模計數器、加法器1299中規模邏輯門、觸發器最多12個小規模典型集成電路門的個數分類集成度集成度:每一芯片所包含的門個數每一芯片所包含的門個數2、數字集成電路的、數字集成電路的特點特點1)穩定性高穩定性高,抗干擾能力強抗干擾能力強2)易于設計易于設計-對對0 0和和1 1表示的信號進行邏輯運算和處理表示的信號進行邏輯運算和處理3)體積小體積小,通用性好通用性好,成本低，便于集成成本低，便于集成.4)具可編程性具可編程性,可實現硬件設計軟件化可實現硬件設計軟件化5)高速度高速度 低功耗低功耗6)便于存儲、傳輸和

8、處理便于存儲、傳輸和處理 3、數字電路的分析、設計與測試數字電路的分析、設計與測試(1)數字電路的分析方法數字電路的分析方法數字電路的分析數字電路的分析:根據電路確定根據電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關系。電路輸出與輸入之間的邏輯關系。(2)數字電路的設計方法數字電路的設計方法數字電路的設計數字電路的設計:從給定的邏輯功能要求出發，選擇適當的從給定的邏輯功能要求出發，選擇適當的邏輯器件，設計出符合要求的邏輯電路邏輯器件，設計出符合要求的邏輯電路。設計方式設計方式:分為傳統的設計方式和基于分為傳統的設計方式和基于EDA軟件的設計方式。軟件的設計方式。分析工具：分析工具：邏輯代數。邏輯代數。電路

9、邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達式和波形圖。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達式和波形圖。-時間和數值均連續變化的電信號，如正弦波、三角波等時間和數值均連續變化的電信號，如正弦波、三角波等 u uOt Otu u1.1.3 模擬信號與數字信號模擬信號與數字信號數字信號波形數字信號波形2 2、數字信號、數字信號 -在時間上和數值上均是離散的信號。在時間上和數值上均是離散的信號。3 3、模擬信號的數字表示、模擬信號的數字表示由于數字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉換由于數字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉換為數字信號為數字信號.0 0 模擬信號模擬信號 模數轉

10、換器模數轉換器 3 3 V V 數字輸出數字輸出 0 0 0 0 1 1 模數轉換的實現模數轉換的實現電壓電壓(V)(V)二值邏輯二值邏輯電電 平平+51H(高電平高電平)00L(低電平低電平)邏輯電平與電壓值的關系（正邏輯）邏輯電平與電壓值的關系（正邏輯）1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法1 1、二值數字邏輯和邏輯電平、二值數字邏輯和邏輯電平 a a、在電路中用低、高電平表示、在電路中用低、高電平表示0 0、1 1兩種邏輯狀態兩種邏輯狀態 0 0、1 1數碼數碼-表示方式表示方式二值數字邏輯二值數字邏輯 -(a)(a)用邏輯電平描述的數字波形用邏輯電平描述的數字波形(b)(b)

11、數字波形的常規表示數字波形的常規表示2 2、數字波形、數字波形數字波形數字波形-是信號邏輯電平對時間的圖形表示是信號邏輯電平對時間的圖形表示.v/V 5 0 t/ms 50 100 150 200 邏輯 0 邏輯 1 高電平高電平低電平低電平有脈沖有脈沖*非歸零型非歸零型*歸零型歸零型 比特率比特率 -每秒鐘轉輸數據的位數每秒鐘轉輸數據的位數無脈沖無脈沖(1)(1)數字波形的兩種類型數字波形的兩種類型:(2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 周期性數字波形周期性數字波形非周期性數字波形非周期性數字波形 q(%)%100w Tt例例1.1.1 某通信系統每秒鐘傳輸某通信系統每秒鐘傳輸154

12、40001544000位位(1.544(1.544兆位兆位)數數據，求每位數據的時間。據，求每位數據的時間。ns648s1067647s105441916 .解：按題意，每位數據的時間為解：按題意，每位數據的時間為例例1.1.2 設周期性數字波形的高電平持續設周期性數字波形的高電平持續6ms，低電平持續，低電平持續10ms，求占空比求占空比q。%.%q537100ms16ms6 解：因數字波形的脈沖寬度解：因數字波形的脈沖寬度tw=6ms，周期，周期T=6ms+10ms=16ms。非理想脈沖波形非理想脈沖波形(3)(3)實際脈沖波形及主要參數實際脈沖波形及主要參數理想脈沖波形理想脈沖波形幾個主

13、要參數幾個主要參數:占空比占空比 Q-表示脈沖寬度占整個周期的百分比表示脈沖寬度占整個周期的百分比上升時間上升時間t tr r 和下降時間和下降時間t tf f-從脈沖幅值的從脈沖幅值的10%到到90%上升上升 下降所經歷的時間下降所經歷的時間(典型值典型值ns)脈沖寬度脈沖寬度 (tw)-脈沖幅值的脈沖幅值的50%50%的兩個時間所跨越的時間的兩個時間所跨越的時間周期周期 (T)-表示兩個相鄰脈沖之間的時間間隔表示兩個相鄰脈沖之間的時間間隔 tr脈沖寬度脈沖寬度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值幅值=5.0V 0.0V 5.0V tf0.5V 2.5V 4.5V (4)(4)定時圖定

14、時圖-表明多個輸入信號的先后順序。表明多個輸入信號的先后順序。由于各信號的路徑不同，這些信號之間不可能嚴格保持同由于各信號的路徑不同，這些信號之間不可能嚴格保持同步關系。為了保證可靠工作，各信號之間通常允許一定的時步關系。為了保證可靠工作，各信號之間通常允許一定的時差，但這些時差必須限定在規定范圍內，各個信號的時序關差，但這些時差必須限定在規定范圍內，各個信號的時序關系用時序圖表達。系用時序圖表達。某微處理器應用的定時圖某微處理器應用的定時圖-“-“地址地址”要先于要先于“讀信號讀信號”有效一定時間有效一定時間此課件下載可自行編輯修改，僅供參考！此課件下載可自行編輯修改，僅供參考！感謝您的支持，我們努力做得更好！謝謝感謝您的支持，我們努力做得更好！謝謝