11 数字电路

数字电路、数字信号及数字电路发展过程

一、模拟信号与数字信号

1．模拟信号

模拟信号是指在时间、数值上都是连续变化的信号，如温度、速度、压力等信号。传输和处理模拟信号的电路称为模拟电路。模拟信号的优点是直观且容易实现，但存在保密性差、抗干扰能力弱、传播距离较短、传递容量小等缺点。常见模拟信号波形如图6.3所示。

2．数字信号

数字信号是指在时间和数值上都是不连续的(离散的)信号，如电子表的秒信号等。下面以周期性的矩形波信号为例来介绍数字信号的特性。

⑴数字信号的特点

数字信号在时间上和数值上均是离散的。

数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流，由图6.2可知，数字信号只存在高低量之分。

(a)模拟信号 (b)数字信号

图6.2 模拟信号与数字信号

⑵正逻辑与负逻辑

数字信号是一种二值信号，用两个电平(高电平和低电平)分别来表示两个逻辑值(逻辑1

和逻辑 0)。

描述数字信号有两种逻辑体制。

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。

⑶数字信号的主要参数

图6.3为数字信号的波形。

逻辑0逻辑1逻辑0逻辑1 mUwtT

图6.3 数字信号的逻辑值 图6.4 数字信号参数 如图6.4所示，一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描述。

Vm——信号幅度。

T——信号的重复周期。

tw——脉冲宽度。

q——占空比。其定义为%100%Ttqw

其中占空比q若为 50%，则该矩形波即为方波。

3．模拟信号与数字信号之间的相互转换

在合适的条件下，如何实现模拟信号和数字信号的相互转换，将要用到 A/D、D/A 转换器，其中A代表模拟量，D代表数字量，其转换原理及应用电路将在后续项目中作详细介绍。

二、集成数字电路

对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。

数字电路复习题

（选择、填空、判断）

第一章 数制与码制

选择题

1. 与十进制数（53）10等值的数为（ A ）

A. (100111)2 B. (110101)2

C. (25 )16 D. (33)16

2. 十进制数25用8421BCD码表示为（ B ）

A. 10101 B. 00100101

C. 11001 D. 10101000

3. 在下列一组数中，最大数是（ C ）

A. (258)10 B. (100000010)2

C. (103)16 D. (001001011000)8421BCD

4. 十----二进制转换： （25.7）10＝（ C ）2

A. 11011.1011 B. 11001.1001

C. 11001.1011 D. 11011.1001

5. 将十进制数35表示为8421BCD码是（ C ）

A. 100011 B. 100011

C. 110101 D. 1101000

6. 将二进制数11001.01转换为十进制数是（ B ）

A. 20.25 B. 25.25

C. 25.2 D. 25.1 7. 十——二进制转换：（117）10＝（ A ）2

A. 1110101 B. 1110110

C. 1100101 D. 110101

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。

数字电路教案

一、教学目标

本教案旨在让学生掌握数字电路的基本概念、基本原理和基本设计方法，能够熟练运用数字电路的知识解决实际问题。

二、教学内容

1. 数字电路的基本概念

2. 数字电路的基本原理

3. 数字电路的基本设计方法

4. 数字电路的应用实例

三、教学重点

1. 数字电路的基本概念

2. 数字电路的基本原理

3. 数字电路的基本设计方法

四、教学难点

1. 数字电路的应用实例

2. 数字电路的设计思路

五、教学方法

1. 讲授法

2. 实验法

3. 课堂讨论法

六、教学过程

1. 数字电路的基本概念

（1）数字电路的定义

数字电路是由数字电子元器件组成的电路，它能够对数字信号进行处理和控制。 （2）数字信号的特点

数字信号是一种离散的信号，它的取值只有两种：0和1。数字信号具有以下特点：

• 可靠性高

• 抗干扰能力强

• 可以进行数字处理

（3）数字电路的分类

数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两种。

组合逻辑电路是指由多个逻辑门组成的电路，它的输出只与输入有关，与时间无关。

时序逻辑电路是指由多个触发器和逻辑门组成的电路，它的输出不仅与输入有关，还与时间有关。

2. 数字电路的基本原理

（1）逻辑门

逻辑门是数字电路中最基本的元件，它能够对输入信号进行逻辑运算，得到输出信号。

常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。

（2）布尔代数

布尔代数是一种逻辑代数，它用于描述逻辑运算的规律和方法。

布尔代数的基本运算包括与运算、或运算、非运算等。

（3）卡诺图

卡诺图是一种用于化简布尔代数表达式的图形化方法。

卡诺图的基本原理是将布尔代数表达式转化为一个二维的真值表，然后通过对真值表进行分组，得到化简后的表达式。

3. 数字电路的基本设计方法

（1）数字电路的设计流程

数字电路的设计流程包括以下几个步骤：

• 确定数字电路的功能要求 • 选择适当的逻辑门和触发器

• 组合逻辑电路的设计