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第11章数字电路综合案例内容提要前面的章节介绍了数字电路的基本知识、基本理论、常用器件，以及数字电路分析和设计的基本方法。
本章涉及到复杂数字系统的设计。
数设计对象从译码器、计数器等这些基本逻辑功能电路到了数字钟等综合的数字逻辑系统的设计；设计方法也由采用真值表到求逻辑表达式、画出电路图的方式到通过确定总体方案，采取从局部到整体，用各种中、大规模集成电路来满足要求的数字电路系统的方式。
本章结合数字钟这一实际的案例来介绍数字电路系统的设计方法，进一步提高学生的综合能力和解决实际问题的能力。
基本教学要求1.了解中小规模集成电路的作用及实用方法。
2.了解数字钟电路的原理。
3.掌握综合数字电路系统的设计流程和设计方法。
11.1概述数字系统的设计，采用从整体到局部，再从局部到整理的设计方法。
首先对系统的目标、任务、指标要求等进行分析，确定系统的总体方案；然后把系统的总体方案分成若干功能部件，绘出系统的方框图；之后运用数字电路的分析和设计方法分别进行设计，或者是直接选用集成器件去构成功能部件；最后把这些功能部件连接组合起来，便构成了完整的数字系统，通过对电路的分析和测试修改，完善与优化整个系统。
这是传统的数字系统的设计方法，也是下面要介绍的内容。
随着计算机技术的发展，电子设计自动化EDA成为了现代电子系统设计与仿真的重要手段，对于复杂系统的设计十分有效，尤其是硬件描述语言的使用，使硬件软件化，让数字系统的设计更加方便、高效。
下面以数字钟系统设计为例，介绍综合数字电路系统的设计方法。
数字钟是一种用数字电子技术实现时、分、秒计时的装置，与传统的机械式时钟相比具准确、直观、寿命长等特点。
目前广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
数字钟也是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。
通过数字钟的设计进一步了解数字系统设计时用到的中小规模集成电路的使用方法，进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。
1.按结构工艺分按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。
图如下所示。
世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。
双极型集成电路主要有TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能力强。
它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。
MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。
常用数字集成电路常用数字集成电路是指在数字电子技术中常用的各种电路，用于实现数字信号的处理、存储和传输。
这些电路广泛应用于计算机、通信、控制系统等领域，是现代数字系统的核心组成部分。
本文将从数字电路的基本组成、常见的数字集成电路和其应用等方面进行阐述。
数字电路由数字元件、数字线路和数字设备组成。
数字元件包括逻辑门、触发器、计数器、移位寄存器等。
逻辑门是实现逻辑运算的基本元件，包括与门、或门、非门等。
触发器是用于存储和传输二进制信息的元件，常见的有RS触发器、D触发器、JK触发器等。
计数器用于计数和计时，常见的有二进制计数器、BCD计数器等。
移位寄存器用于数据的移位和存储，常见的有移位寄存器、移位寄存器等。
常见的数字集成电路包括门电路、触发器电路、计数器电路、显示器电路等。
门电路由逻辑门组成，可以实现与、或、非等逻辑运算。
触发器电路用于存储和传输信息，可以实现时序逻辑功能。
计数器电路可以实现计数和计时功能，广泛应用于时钟、频率分频等领域。
显示器电路用于将数字信号转化为可视化的信号，常见的有数码管显示器、液晶显示器等。
数字集成电路在各个领域有着广泛的应用。
在计算机中，数字集成电路用于实现中央处理器、存储器、输入输出设备等。
在通信系统中，数字集成电路用于实现编解码器、调制解调器、数字滤波器等。
在控制系统中，数字集成电路用于实现控制器、传感器、执行器等。
数字集成电路的应用使得数字系统具备了高速、高精度、高可靠性的特点。
总结起来，常用数字集成电路是数字电路中的重要组成部分，用于实现数字信号的处理、存储和传输。
它们由数字元件、数字线路和数字设备组成，包括逻辑门、触发器、计数器、移位寄存器等。
常见的数字集成电路有门电路、触发器电路、计数器电路、显示器电路等。
它们在计算机、通信、控制系统等领域有着广泛的应用。
数字集成电路的发展使得数字系统具备了高速、高精度、高可靠性的特点，推动了数字技术的不断进步。
集成电路介绍了解常见的数字和模拟集成电路集成电路是现代电子技术的重要组成部分，广泛应用于各个领域。
它的发展可以追溯到20世纪60年代，如今已经成为电子产品中最基本的部件之一。
本文将介绍一些常见的数字和模拟集成电路。
一、数字集成电路数字集成电路是以二进制逻辑为基础，用于处理和存储数字信号的电路。
它主要包括与门、或门、非门、触发器、计数器等。
以下是几种常见的数字集成电路：1. 与门（AND Gate）与门是数字电路中最基本的门电路之一。
它有两个或多个输入端和一个输出端，在输入端所有信号均为低电平时，输出为低电平；只有输入端所有信号均为高电平时，输出才为高电平。
2. 或门（OR Gate）或门也是基础的数字电路，它的表现形式与与门相反。
当输入端至少有一个信号为高电平时，输出为高电平；只有输入端的所有信号都为低电平时，输出才为低电平。
3. 非门（NOT Gate）非门是最简单的门电路之一，它只有一个输入端和一个输出端。
输入端为高电平时，输出为低电平；输入端为低电平时，输出为高电平。
4. 触发器（Flip-Flop）触发器是一种存储数字信号的元件，包括RS触发器、D触发器、JK触发器等。
触发器可以在特定条件下锁存输入信号，实现存储和传输数据的功能。
5. 计数器（Counter）计数器是一种用于计数的数字电路。
它可以按照事先设定的规则进行计数，并根据输入信号控制计数的起始值、方向和步进数。
二、模拟集成电路模拟集成电路是能够处理模拟信号的电路，它可以对连续变化的信号进行放大、滤波、混频等操作。
以下是几种常见的模拟集成电路：1. 差动放大器（Differential Amplifier）差动放大器是放大差分信号的电路，具有抗共模干扰的能力。
它常用于信号放大、抑制噪声等应用中。
2. 运算放大器（Operational Amplifier）运算放大器是一种高增益的电子放大器，可以对模拟信号进行放大、运算、滤波等处理。
常用数字集成电路数字集成电路（Digital Integrated Circuit，简称DIC）是由数字逻辑门、触发器、存储器和其他数字电路组成的集成电路。
常用的数字集成电路有以下几种类型：1.逻辑门（Logic Gates）：包括与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）等。
逻辑门是最基本的数字集成电路，用于实现逻辑运算和组合逻辑功能。
2.多路选择器（Multiplexers）：多路选择器有多个输入和一个输出，根据控制信号选择其中一个输入输出到输出端。
3.解码器（Decoders）：解码器将输入的编码信号转换为对应的输出信号，常用于地址译码和显示控制等应用。
4.编码器（Encoders）：编码器将多个输入信号编码为较少的输出信号，常用于数据压缩和数据传输等应用。
5.计数器（Counters）：计数器是一种顺序逻辑电路，用于计数和计时应用，例如时钟频率分频、计数器脉冲生成等。
6.触发器（Flip-Flops）：触发器是一种存储器元件，用于存储和锁存数据。
常见的触发器包括RS触发器、D触发器、JK触发器等。
7.存储器（Memory）：存储器用于存储和读取数据。
常见的存储器包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。
8.数字比较器（Comparators）：数字比较器用于比较两个数字输入的大小关系，并输出比较结果。
9.加法器（Adders）：加法器用于实现数字的加法运算，常见的加法器有半加器、全加器和并行加法器等。
10.时序电路（Sequential Circuits）：时序电路由组合逻辑电路和触发器组成，可以实现存储和处理时序信息。
这些是常见的数字集成电路类型，它们在数字系统设计和数字电路应用中起着重要的作用。
不同的数字集成电路可以组合使用，实现各种复杂的数字功能和应用。
数字集成电路数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。
依据数字集成电路中包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路、中规模集成MSI 电路、大规模集成（LSI）电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成（ULSI）电路。
目录注意事项一般特性类别说明内部设计逻辑功能型号构成基本介绍注意事项①不允许在超过极限参数的条件下工作。
电路在超过极限参数的条件下工作，就可能工作不正常，且简单引起损坏。
TTL集成电路的电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5～5.5V之间，因此必需使用+5V稳压电源；CM0S集成电路的工作电源电压范围比较宽，有较大的选择余地。
选择电源电压时，除首先考虑到要避开超过极限电源电压外，还要注意到，电源电压的高处与低处会影响电路的工作频率等性能。
电源电压低，电路工作频率会下降或加添传输延迟时间。
例如CM0S触发器，当电源电压由+15V下降到十3V时，其工作频率将从10MHz下降到几十千赫。
②电源电压的极性千万不能接反，电源正负极颠倒、接错，会由于过大电流而造成器件损坏。
③CM0S电路要求输人信号的幅度不能超过VDD～VSS，即充足VSS=V1=VDD。
当CM0S电路输入端施加的电压过高（大于电源电压）或过低（小于0V），或者电源电压蓦地变化时，电路电流可能会快速增大，烧坏器件，这种现象称为可控硅效应。
防备可控硅效应的措施重要有：·输入端信号幅度不能大于VDD和小于0V；·除去电源上的干扰；·在条件允许的情况下，尽可能降低电源电压，假如电路工作频率比较低，用+5V电源供电；·对使用的电源加限流措施，使电源电流被限制在30mA以内。
④对多余输人端的处理。
对于CM0S电路，多余的输人端不能悬空，否则，静电感应产生的高压简单引起器件损坏，这些多余的输人端应当接yDD或yss，或与其他正使用的输人端并联。
