電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分第六康華光PPT課件

1、5、掌握基本邏輯運算及邏輯函數(shù)的表示方法教學基本要求1、了解數(shù)字信號與數(shù)字電路的基本概念2、了解數(shù)字信號的特點及表示方法3、掌握常用二十、二一十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換4、了解常用二進制碼，熟悉8421 BCD碼1.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)第1頁/共28頁數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應用數(shù)字集成電路的分類及特點模擬信號與數(shù)字信號數(shù)字信號的描述方法1.1 數(shù)字電路與數(shù)字信號第2頁/共28頁數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應用1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號80年代后- ULSI ，1 0 億個晶體管/片、ASIC 制作技術(shù)成熟目前- 芯片內(nèi)部的布線細微到納米量級(0.05m以下)微處理器的時鐘頻率超過3GHz(109Hz)，高達6.8GHz90年代

2、后- 97年一片集成電路上有40億個晶體管。6070代-IC技術(shù)迅速發(fā)展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。10萬個晶體管/片。將來- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結(jié)構(gòu)的電路第3頁/共28頁發(fā)展特點:以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)電子管時代1906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、壽命短。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用。電壓控制器件電真空技術(shù)第4頁/共28頁1946年2月由賓州大學研制成功ENIAC電子數(shù)字積分計算機:重達30噸:占地160m2:啟動工耗150000瓦:1.8萬個電子管:保存80個字節(jié)電子管時代第5頁/共28頁晶體管時代電流控制器件 半導體技術(shù)半導體

3、二極管、三極管器件第6頁/共28頁半導體集成電路第7頁/共28頁電路設(shè)計方法伴隨器件變化從傳統(tǒng)走向現(xiàn)代a)傳統(tǒng)的設(shè)計方法：b)現(xiàn)代的設(shè)計方法：采用自下而上的設(shè)計方法；由人工組裝,經(jīng)反復調(diào)試、驗證、修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差,設(shè)計周期長。現(xiàn)代EDA技術(shù)實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化。采用從上到下設(shè)計方法，電路設(shè)計、 分析、仿真 、修訂 全通過計算機完成。第8頁/共28頁 EDA技術(shù)以計算機為基本工具、借助于軟件設(shè)計平臺，自動完成數(shù)字系統(tǒng)的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到芯片，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。使硬件設(shè)計軟件化。1、設(shè)計：在計算機上利用軟件平臺進行設(shè)計原理圖設(shè)計VerlogHDL語言設(shè)計狀

4、態(tài)機設(shè)計設(shè)計方法EDA（Electronics Design Automation)技術(shù)第9頁/共28頁3、下載2、仿真4、驗證結(jié)果實驗板下載線第10頁/共28頁數(shù)字技術(shù)第11頁/共28頁根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點及其對輸入信號的響應規(guī)則的不同， -數(shù)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 -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。 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從器件不同 -數(shù)字電路可分為TTL 和 CMOS電路1、數(shù)字集成電路的分類、數(shù)字集成電路的分類及特點第12頁/共28頁可編程邏輯器件、多功能專用集成電路106以上甚大規(guī)模大型存

5、儲器、微處理器10,00099,999超大規(guī)模小型存儲器、門陣列1009999大規(guī)模計數(shù)器、加法器1299中規(guī)模邏輯門、觸發(fā)器最多12個小規(guī)模典型集成電路門的個數(shù)分類集成度:每一芯片所包含的門個數(shù)第13頁/共28頁2、數(shù)字集成電路的特點1) 穩(wěn)定性高,抗干擾能力強2) 易于設(shè)計-對0和1表示的信號進行邏輯運算和處理3) 體積小,通用性好,成本低，便于集成.4)具可編程性,可實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化5)高速度 低功耗6)便于存儲、傳輸和處理 第14頁/共28頁3、數(shù)字電路的分析、設(shè)計與測試(1)數(shù)字電路的分析方法數(shù)字電路的分析:根據(jù)電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。(2) 數(shù)字電路的設(shè)計方法數(shù)字電

6、路的設(shè)計:從給定的邏輯功能要求出發(fā)，選擇適當?shù)倪壿嬈骷O(shè)計出符合要求的邏輯電路。 設(shè)計方式:分為傳統(tǒng)的設(shè)計方式和基于EDA軟件的設(shè)計方式。 分析工具：邏輯代數(shù)。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達式和波形圖。第15頁/共28頁-時間和數(shù)值均連續(xù)變化的電信號，如正弦波、三角波等 uOt Otu 模擬信號與數(shù)字信號第16頁/共28頁數(shù)字信號波形2、數(shù)字信號 -在時間上和數(shù)值上均是離散的信號。第17頁/共28頁3、模擬信號的數(shù)字表示由于數(shù)字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號. 0 0 模擬信號 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 3 V 數(shù)字輸出 0 0 0 0 1 1 模數(shù)轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)第18頁

7、/共28頁電壓(V)二值邏輯電 平+51H(高電平)00L(低電平)邏輯電平與電壓值的關(guān)系（正邏輯）數(shù)字信號的描述方法1、二值數(shù)字邏輯和邏輯電平 a 、在電路中用低、高電平表示0、1兩種邏輯狀態(tài) 0、1數(shù)碼-表示方式二值數(shù)字邏輯 -第19頁/共28頁(a) 用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b) 數(shù)字波形的常規(guī)表示2、數(shù)字波形數(shù)字波形-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 第20頁/共28頁高電平低電平有脈沖*非歸零型*歸零型 比特率 - 每秒鐘轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的位數(shù)無脈沖(1)數(shù)字波形的兩種類型:第21頁/共28頁(2)周期性和非周期性

8、 周期性數(shù)字波形非周期性數(shù)字波形 q(%)%100w Tt第22頁/共28頁例 某通信系統(tǒng)每秒鐘傳輸1544000位(1.544兆位)數(shù)據(jù)，求每位數(shù)據(jù)的時間。ns648s1067647s105441916 .解：按題意，每位數(shù)據(jù)的時間為第23頁/共28頁例 設(shè)周期性數(shù)字波形的高電平持續(xù)6ms，低電平持續(xù)10ms，求占空比q。%.%q537100ms16ms6 解：因數(shù)字波形的脈沖寬度tw=6ms，周期T=6ms+10ms=16ms。第24頁/共28頁非理想脈沖波形(3)實際脈沖波形及主要參數(shù)理想脈沖波形第25頁/共28頁幾個主要參數(shù):占空比 Q - 表示脈沖寬度占整個周期的百分比上升時間tr 和下降時間tf -從脈沖幅值的10%到90% 上升 下降所經(jīng)歷的時間( 典型值ns )脈沖寬度 (tw )- 脈沖幅值的50%的兩個時間所跨越的時間周期 (T) - 表示兩個相鄰脈沖之間的時間間隔 tr脈沖寬度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值=5.0V 0.0V 5.0V tf0.5V 2.5V 4.5V 第26頁/共28頁(4)定時圖-表明多個輸入信號的先后順序。 由于各信