數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件 課程介紹課程介紹1. 課程的性質(zhì)課程的性質(zhì)3. 課程研究?jī)?nèi)容課程研究?jī)?nèi)容5. 教材和參考書教材和參考書4. 課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法2. 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)序言序言數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是自動(dòng)化類專業(yè)具入門性質(zhì)的重要的課程是自動(dòng)化類專業(yè)具入門性質(zhì)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，專業(yè)基礎(chǔ)課，是是 學(xué)習(xí)微機(jī)原理、接口技術(shù)等計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的基學(xué)習(xí)微機(jī)原理、接口技術(shù)等計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。既有豐富的理論體系，又有很強(qiáng)的實(shí)踐性。礎(chǔ)。既有豐富的理論體系，又有很強(qiáng)的實(shí)踐性。1.課程性質(zhì)課程性質(zhì) 獲得適應(yīng)信息時(shí)代的數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)獲得

2、適應(yīng)信息時(shí)代的數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的能力，為以后深入學(xué)習(xí)和基本技能。培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的能力，為以后深入學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)及其相關(guān)學(xué)科和專業(yè)打好以下兩方面的基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)及其相關(guān)學(xué)科和專業(yè)打好以下兩方面的基礎(chǔ): :2.課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、正確分析、設(shè)計(jì)數(shù)字電路，特別是集成電路的基礎(chǔ)；正確分析、設(shè)計(jì)數(shù)字電路，特別是集成電路的基礎(chǔ)； 2、為進(jìn)一步學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)專用集成電路的基礎(chǔ)。為進(jìn)一步學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)專用集成電路的基礎(chǔ)。3. 課程研究?jī)?nèi)容課程研究?jī)?nèi)容1.1.數(shù)字邏輯概論數(shù)字邏輯概論 2. 2.邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)3.3.邏輯門電路邏輯門電路4.4.組合邏輯電路

3、組合邏輯電路5.5.鎖存器與觸發(fā)器鎖存器與觸發(fā)器6.6.時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路8.8.模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器7.7.脈沖波形的變換與產(chǎn)生脈沖波形的變換與產(chǎn)生a a、發(fā)展快、發(fā)展快b b、應(yīng)用廣、應(yīng)用廣 (2) (2)學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法(1)(1)摩爾定律摩爾定律: :集成度按集成度按10倍倍/ /6年的速度發(fā)展。年的速度發(fā)展。c c、工程實(shí)踐性強(qiáng)、工程實(shí)踐性強(qiáng)4.4.課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法課前預(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)+課堂聽講課堂聽講+課后作業(yè)課后作業(yè)+擴(kuò)展習(xí)題演練擴(kuò)展習(xí)題演練+擴(kuò)展知識(shí)學(xué)習(xí)擴(kuò)展知識(shí)學(xué)習(xí)+ 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)大班授課，很難做到個(gè)性化授課，但是提倡大班授課，很難做到個(gè)性

4、化授課，但是提倡“教師引導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)生主導(dǎo)主導(dǎo)”的的個(gè)性化自主學(xué)習(xí)方式個(gè)性化自主學(xué)習(xí)方式 注重聯(lián)系專業(yè)，聯(lián)系生活，提出問題，解決問題注重聯(lián)系專業(yè)，聯(lián)系生活，提出問題，解決問題閻閻 石主編石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版高等教育出版社第四版高等教育出版社蔡惟錚主編蔡惟錚主編基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù) 集成電子技術(shù)集成電子技術(shù) 高等教育出版社高等教育出版社 電子工程手冊(cè)編委會(huì)等編電子工程手冊(cè)編委會(huì)等編中外集成電路簡(jiǎn)明速查手冊(cè)中外集成電路簡(jiǎn)明速查手冊(cè)- -TTL、CMOS電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 李哲英主編李哲英主編電子技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ)電子技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ) 高等教育出版社高等教育出

5、版社鄭家龍、王小海主編鄭家龍、王小海主編集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 高等教育出版社高等教育出版社 71.1.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)1.2 數(shù)制數(shù)制1.3 二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算1.4 二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼1.5 二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算二值邏輯變量與基本邏輯運(yùn)算1.6 邏輯函數(shù)及其表示方法邏輯函數(shù)及其表示方法1.1.1 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用1.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)1.1.3 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)1.1.4 數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法1

6、.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)發(fā)展特點(diǎn)發(fā)展特點(diǎn): :以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)電子管時(shí)代電子管時(shí)代1906年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在一些大功率發(fā)射裝壽命短。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用置中使用。電壓控制器件電壓控制器件電真空技術(shù)電真空技術(shù)1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)數(shù)字電路與數(shù)字信號(hào)晶體管時(shí)代晶體管時(shí)代電流控制器件電流控制器件 半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體二極管、三極管半導(dǎo)體二極管、三極管器件器件80年代后年代后

7、- ULSI ， 1 0 億個(gè)晶體管億個(gè)晶體管/片片 、 ASIC 制作技術(shù)成熟制作技術(shù)成熟目前目前- 芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米芯片內(nèi)部的布線細(xì)微到亞微米(0.130.09 m)量級(jí)量級(jí)90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(gè)晶體管。億個(gè)晶體管。6070代代-IC技術(shù)迅速發(fā)展：技術(shù)迅速發(fā)展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。10萬個(gè)晶體管萬個(gè)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(jié)構(gòu)的電路高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結(jié)構(gòu)的電路半導(dǎo)體集成電路半導(dǎo)體集成電路數(shù)字技術(shù)數(shù)字技術(shù)根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)則的不同，根據(jù)電

8、路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)規(guī)則的不同， -數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。 從集成度不同從集成度不同 -數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。超大規(guī)模和甚大規(guī)模五類。 從電路的形式不同，從電路的形式不同， -數(shù)字電路可分為集成電路和分立電路數(shù)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(shù)字電路可分為數(shù)字電路可分為TTL 和和 CMOS電路電路1 1、數(shù)字集成電路的分類、數(shù)字集成電路的分類1.1.2、數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)、數(shù)字集成電路的分類及特點(diǎn)可編程邏輯

9、器件、多功能專用集成電可編程邏輯器件、多功能專用集成電路路106以上以上甚大規(guī)模甚大規(guī)模大型存儲(chǔ)器、微處理器大型存儲(chǔ)器、微處理器10,00099,999超大規(guī)模超大規(guī)模小型存儲(chǔ)器、門陣列小型存儲(chǔ)器、門陣列1009999大規(guī)模大規(guī)模計(jì)數(shù)器、加法器計(jì)數(shù)器、加法器1299中規(guī)模中規(guī)模邏輯門、觸發(fā)器邏輯門、觸發(fā)器最多最多12個(gè)個(gè)小規(guī)模小規(guī)模典型集成電路典型集成電路門的個(gè)數(shù)門的個(gè)數(shù)分類分類集成度集成度: :每一芯片所包含的門個(gè)數(shù)每一芯片所包含的門個(gè)數(shù)2、數(shù)字集成電路的特點(diǎn)、數(shù)字集成電路的特點(diǎn)1)電路簡(jiǎn)單電路簡(jiǎn)單, ,便于大規(guī)模集成便于大規(guī)模集成, ,批量生產(chǎn)批量生產(chǎn)2)可靠性、穩(wěn)定性高可靠性、穩(wěn)定性高,

10、 ,抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)3)體積小體積小, ,通用性好通用性好, ,成本低成本低. .4)具可編程性具可編程性, ,可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化5)高速度高速度 低功耗低功耗3、數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測(cè)試數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)與測(cè)試(1)數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析數(shù)字電路的分析: :根據(jù)電路確定根據(jù)電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。(2) 數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路的設(shè)計(jì)數(shù)字電路的設(shè)計(jì):從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫃慕o定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷?，設(shè)計(jì)出符合要求的邏輯電路器件，設(shè)計(jì)

11、出符合要求的邏輯電路。 設(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)方式: :分為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和基于分為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和基于EDA軟件的設(shè)計(jì)方式。軟件的設(shè)計(jì)方式。 分析工具：分析工具：邏輯代數(shù)。邏輯代數(shù)。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達(dá)式和波形圖。-時(shí)間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號(hào)，如正弦波、三角波等時(shí)間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號(hào)，如正弦波、三角波等 u uOt Otu u1.1.3 數(shù)字信號(hào)與數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)與數(shù)字信號(hào)2 2、數(shù)字信號(hào)、數(shù)字信號(hào) -在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的信號(hào)。在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的信號(hào)。且它們的數(shù)值是一個(gè)最小量值的整數(shù)倍且它們的數(shù)值是一個(gè)最

12、小量值的整數(shù)倍3 3、模擬信號(hào)的數(shù)字表示、模擬信號(hào)的數(shù)字表示由于數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、分析和傳輸，通常都將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換由于數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、分析和傳輸，通常都將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)為數(shù)字信號(hào). . 0 0 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器 3 3 V V 數(shù)字輸出數(shù)字輸出 0 0 0 0 1 1 模數(shù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)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(guān)系（正邏輯）邏輯電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯）1.1.4 數(shù)字信號(hào)的描述方法數(shù)字信號(hào)的描述方法1 1、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平、二值數(shù)字邏輯和邏輯

13、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(tài)兩種邏輯狀態(tài) 0 0、1 1數(shù)碼數(shù)碼-表示方式表示方式二值數(shù)字邏輯二值數(shù)字邏輯 - -(a) (a) 用邏輯電平描述的數(shù)字波形用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b) 16(b) 16位數(shù)據(jù)的圖形表示位數(shù)據(jù)的圖形表示2 2、數(shù)字波形、數(shù)字波形數(shù)字波形數(shù)字波形-是信號(hào)邏輯電平對(duì)時(shí)間的圖形表示是信號(hào)邏輯電平對(duì)時(shí)間的圖形表示. .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 - - 每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)無脈沖無脈沖(1)(1)數(shù)字波形的兩種類型數(shù)字波形的

14、兩種類型: :(2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 非周期性數(shù)字波形非周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形周期性數(shù)字波形 例例1.1.1 設(shè)周期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)設(shè)周期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)6ms，低電平持續(xù)，低電平持續(xù)10ms，求占空比求占空比q。%.%q537100ms16ms6 解：因數(shù)字波形的脈沖寬度解：因數(shù)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(shí)際脈沖波形及主要參數(shù)實(shí)際脈沖波形及主要參數(shù)幾個(gè)主要參數(shù)幾個(gè)主要參數(shù): :占空比占空比 Q - - 表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比表示脈沖寬度占整個(gè)周期的百分比上升時(shí)間上升時(shí)間t tr r 和下降時(shí)間和下降時(shí)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(jīng)歷的時(shí)間下降所經(jīng)歷的時(shí)間( ( 典型