数字电路基本概念的理解

数字电路中的几个基本概念

建立时间和保持时间 建立时间（setupTIme）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器；保持时间（hold TIme）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间，如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。数据稳定传输必须满足建立和保持时间的要求。

在设计中，当然希望建立时间越短越好，而保持时间呢，也越短越好。也就是说，最好信号在时钟边沿到达，而在到达后，马上被采用，这样，理论上效率是最好的。当然了，理论而已。

竞争和冒险PLD内部毛刺产生的原因

我们在使用分立元件设计数字系统时，由于PCB走线时，存在分布电感和电容，所以几纳秒的毛刺将被自然滤除，而在PLD内部决无分布电感和电容，所以在PLD/FPGA设计中，竞争和冒险问题将变的较为突出。这一点用模拟电路的观点很容易理解，例如在一个延迟链条上，加两个电容，就把这个毛刺给滤掉。

FPGA中的冒险现象

信号在FPGA器件内部通过连线和逻辑单元时，都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑单元的数目有关，同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素，多路信号的电平值发生变化时，在信号变化的瞬间，组合逻辑的输出有先后顺序，并不是同时变化,往往会出现一些不正确的尖峰信号，这些尖峰信号称为毛刺。如果一个组合逻辑电路中有毛刺出现，就说明该电路存在冒险。（与分立元件不同，由于PLD内部不存在寄生电容电感，这些毛刺将被完整的保留并向下一级传递，因此毛刺现象在PLD、FPGA设计中尤为突出）我们无法保证所有连线的长度一致，所以输入信号在输入端同时变化，但经过PLD内部的走线，到达或门的时间也是不一样的，毛刺必然产生。可以概括的讲，只要输入信号同时变化，（经过内部走线）组合逻辑必将产生毛刺。将它们的输出直接连接到时钟输入端、清

课题 7.1二进制数及数字电路的基本概念

7.2晶体管的开关特性及基本逻辑门电路

教学

目标 【知识目标】掌握二进制数及基本逻辑门电路

【能力目标】

1. 二进制数与十进制数的相互转换

2. 二极管静态开关特性

3. 基本逻辑门电路

【德育目标】 培养学生刻苦专研的精神

教

学

重

点 二极管静态开关特性

教学难点 二进制数与十进制数的相互转换

教

学

时

间 2课时（第19周） 教具准备 二极管、电阻、导线

教学组织与实施

教师活动 学生活动

【新课导入】

数字电路和模拟电路是电子技术的两个重要组成部分。现代计算机、通讯设备、数控系统、各种数码电器及设备等都以数字电路为基础。掌握数字电路的基本概念、原理以及典型应用电路，是学习电子技术的基本要求和任务。

【新课讲授】

1、数制

数制是一种计数的方法，它是进位计数制的简称。

（1）十进制 日常生活中采用的是十进制数，它以10为基数，共有0～9十个数码，进位规则是“逢十进一”。

如 (1351.25)10=1×103＋3×102＋2×101＋1×100＋2×10-1＋5×10-2

其中103、102、101、100、10-1、10-2称为千位、百位、十位、个位、十分位、百分位的权，它们都是基数10的幂。数码与权的乘积，称为加权系数，如上述的1×103、3×102、2×101、1×100、2×10-1、5×10-2。

十进制数的值是各位加权系数之和。

（2）二进制 数字电路中应用最广泛的是二进制数，它以2为基数，共有0和1两个数码，它的进位规则是“逢二进一”。

如 (1011.01)2＝1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2

各位的权都是2的幂，以上6位二进制数所在位的权依次为23、22、21、20、2-1、2-2。

2、二进制数与十进制数的相互转换

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版权所有，侵权必究 联系QQ68843242 版权所有，侵权必究 联系QQ68843242 数字电路基本概念的理解

1）数字电路中工作的信号是数字信号，这种信号在时间上和数值上都是离散的。在二进制系统中，数码只有1和0两种可能，反映到电路上就是高电平和低电平或开关通断、电流有无等。

而在模拟电路中工作的信号是模拟信号，这种信号在时间上和数值上都是连续变化的。时间上连续是指任意时刻有一个相对的值。数值上连续是指可以是在一定范围内的任意值。

2）数字电路是处理和传输数字信号的电路。三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。放大区只是一种过渡状态。抗干扰能力强、精度高。而模拟电路是处理和传输模拟信号的电路。三极管工作在线性放大区，即放大状态。

3）数字电路研究的主要问题是电路的输入和输出状态之间的逻辑关系，即电路的逻辑功能。

具有”逻辑思维”能力。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算、逻辑判断，故又称为数字逻辑电路。而模拟电路研究的主要问题是怎样不失真地放大模拟信号。

4）数字电路中，分析和设计数字电路的重要工具是逻辑代数，描述电路逻辑功能的主要方法是真值表、逻辑函数表达式、状态转换图、版 权 所 有，侵 权 必 究 联 系Q Q68843242

版权所有，侵权必究 联系QQ68843242 版权所有，侵权必究 联系QQ68843242 波形图和和卡诺图。经常遇到的问题则是怎样利用它们对已知电路进行逻辑分析，根据实际要求进行逻辑设计。

而在模拟电路中，经常利用图解法和微变等效电路法等对电路进行静态和动态的定量分析，以确定放大倍数是多少、波形是否失真、怎样改善电路的放大性能等问题。

5）从电路结构上看，模拟电路的主要单元电路是放大器。而数字电路的主要单元电路则是逻辑门和触发器。虽然适应各种需要的数字电路千变万化，但是分析和设计的方法基本上是一样的。只要我们对这些单元电路的组成、工作原理和性能掌握得比较好，而且又学会了逻辑分析和逻辑设计的基本方法，熟悉了若干典型电路，那就可以说初步具备了分析和解决一般数字电路问题的能力。

1 数字电路基本概念的理解

1）数字电路中工作的信号是数字信号，这种信号在时间上和数值上都是离散的。在二进制系统中，数码只有1和0两种可能，反映到电路上就是高电平和低电平或开关通断、电流有无等。 而在模拟电路中工作的信号是模拟信号，这种信号在时间上和数值上都是连续变化的。时间上连续是指任意时刻有一个相对的值。数值上连续是指可以是在肯定范围内的任意值。

2）数字电路是处理和传输数字信号的电路。三极管工作在开关状态，即饱和区或截止区。放大区只是一种过渡状态。抗干扰力量强、精度高。而模拟电路是处理和传输模拟信号的电路。三极管工作在线性放大区，即放大状态。

3）数字电路讨论的主要问题是电路的输入和输出状态之间的规律关系，即电路的规律功能。 具有"规律思维"力量。数字电路能对输入的数字信号进行各种算术运算和规律运算、规律推断，故又称为数字规律电路。而模拟电路讨论的主要问题是怎样不失真地放大模拟信号。

4）数字电路中，分析和设计数字电路的重要工具是规律代数，描述电路规律功能的主要方法是真值表、规律函数表达式、状态转换图、波形图和和卡诺图。常常遇到的问题则是怎样利用它们对已知电路进行规律分析，依据实际要求进行规律设计。 而在模拟电路中，常常利用图解法和微变等效电路法等对电路进行静态和动态的定量分析，以确定放大倍数是多少、波形是否失真、怎样改善电路的放大性能等 2 问题。

5）从电路结构上看，模拟电路的主要单元电路是放大器。而数字电路的主要单元电路则是规律门和触发器。虽然适应各种需要的数字电路千变万化，但是分析和设计的方法基本上是一样的。只要我们对这些单元电路的组成、工作原理和性能把握得比较好，而且又学会了规律分析和规律设计的基本方法，熟识了若干典型电路，那就可以说初步具备了分析和解决一般数字电路问题的力量。