脈沖與數(shù)字電路

1、脈沖與數(shù)字電路陳立萬 主講一、一、 數(shù)字電路與模擬電路數(shù)字電路與模擬電路1. 基本概念電信號：指隨時間變化的電壓和電流。模擬信號：在時間和幅值上都為連續(xù)的信號。數(shù)字信號：在時間和幅值上都為離散的信號。模擬電路：處理和傳輸模擬信號的電路。數(shù)字電路：處理和傳輸數(shù)字信號的電路。模擬信號：時間上連續(xù)：任意時刻有一個相對的值。數(shù)值上連續(xù)：可以是在一定范圍內(nèi)的任意值。例如：電壓、電流、溫度、聲音等。真實的世界是模擬的。缺點：很難度量； 容易受噪聲的干擾； 難以保存。優(yōu)點：用精確的值表示事物。模擬電路：處理和傳輸模擬信號的電路。三極管工作在線性放大區(qū)。數(shù)字信號： 時間上離散：只在某些時刻有定義。 數(shù)值上離散

2、：變量只能是有限集合的一個值，常用0、1二進(jìn)制數(shù)表示。 例如：開關(guān)通斷、電壓高低、電流有無。數(shù)字化時代：音樂：CD、MP3電影：MPEG、RM、DVD數(shù)字電視數(shù)字照相機數(shù)字?jǐn)z影機手機數(shù)字電路：處理和傳輸數(shù)字信號的電路。三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，即飽和區(qū)或截止區(qū)。2. 數(shù)字電路特點（與模擬電路相比） （1）數(shù)字電路的基本工作信號是用1和0表示的二進(jìn)制的數(shù)字信號，反映在電路上就是高電平和低電平。 （2）晶體管處于開關(guān)工作狀態(tài)，抗干擾能力強、精度高。 （3）通用性強。結(jié)構(gòu)簡單、容易制造，便于集成及系列化生產(chǎn)。 （4）具有“邏輯思維”能力。數(shù)字電路能對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行各種算術(shù)運算和邏輯運算、邏輯判斷，故

3、又稱為數(shù)字邏輯電路。計算機計算機通信（通信（DSP應(yīng)用）應(yīng)用）電視（高清晰度）電視（高清晰度）將來通信的發(fā)展趨勢：將來通信的發(fā)展趨勢：軟件無線電軟件無線電單片機單片機+DSP+FPGA返返 回回二二 典型應(yīng)用典型應(yīng)用會議電視會議電視數(shù)字移動蜂窩電話數(shù)字移動蜂窩電話家庭信息中心家庭信息中心虛擬教育虛擬教育數(shù)字相機數(shù)字相機自動駕駛汽車自動駕駛汽車視覺感應(yīng)器視覺感應(yīng)器數(shù)據(jù)存儲與處理數(shù)據(jù)存儲與處理返回返回集集成成電電路路電子器件的發(fā)展電子器件的發(fā)展電電子子管管晶晶體體管管分分立立元元件件（SSI（100以下以下）MSI（103）LSI（104）超大規(guī)模超大規(guī)模VLSI（105以上）以上）1906年，福

4、雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管體年，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。世界上第一積大、重量重、耗電大、壽命短。世界上第一臺計算機用了臺計算機用了1.8萬只電子管，占地萬只電子管，占地170平方米，平方米，重重30噸，耗電噸，耗電150W。目前在一些大功率發(fā)射目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用。裝置中使用。1948年，肖克利等發(fā)明了晶體管，其年，肖克利等發(fā)明了晶體管，其性能在體積、重量方面明顯優(yōu)于電子性能在體積、重量方面明顯優(yōu)于電子管，但器件較多時由分立元件組成的管，但器件較多時由分立元件組成的分立電路體積大、焊點多、電路的可分立電路體積大、焊點多、電路的可靠性差?？啃圆睢?/p>

5、1960年集成電路出現(xiàn)，成年集成電路出現(xiàn)，成千上萬個器件集成在一塊千上萬個器件集成在一塊芯片，大大促進(jìn)了電子學(xué)芯片，大大促進(jìn)了電子學(xué)的發(fā)展，尤其促進(jìn)數(shù)字電的發(fā)展，尤其促進(jìn)數(shù)字電路和微型計算機的飛速發(fā)路和微型計算機的飛速發(fā)展。展。芯片中集成上萬個芯片中集成上萬個等效門，目前高的等效門，目前高的已達(dá)上百萬門。已達(dá)上百萬門。設(shè)計方法的變化設(shè)計方法的變化 傳統(tǒng)的設(shè)計方法：傳統(tǒng)的設(shè)計方法： 現(xiàn)代的設(shè)計方法：現(xiàn)代的設(shè)計方法：純硬件電路邏輯設(shè)計，采用試湊法；純硬件電路邏輯設(shè)計，采用試湊法；比較適合分立元件及小規(guī)模集成電路比較適合分立元件及小規(guī)模集成電路的設(shè)計，所設(shè)計電路需反復(fù)調(diào)試，而的設(shè)計，所設(shè)計電路需反復(fù)

6、調(diào)試，而且所用的元器件較多，出問題幾率較且所用的元器件較多，出問題幾率較高，電路的可靠性較差高，電路的可靠性較差從傳統(tǒng)的硬件邏輯設(shè)計發(fā)展為硬件邏從傳統(tǒng)的硬件邏輯設(shè)計發(fā)展為硬件邏輯設(shè)計、軟件邏輯設(shè)計及兼有兩者優(yōu)輯設(shè)計、軟件邏輯設(shè)計及兼有兩者優(yōu)點的集成電路點的集成電路ASIC設(shè)計。采用從上設(shè)計。采用從上到下或從下到上設(shè)計方法，出現(xiàn)了相到下或從下到上設(shè)計方法，出現(xiàn)了相應(yīng)的電子設(shè)計自動化技術(shù)（應(yīng)的電子設(shè)計自動化技術(shù)（EDA）和和復(fù)雜電路的測試技術(shù)。復(fù)雜電路的測試技術(shù)。返返 回回EDA技術(shù)以計算機為基本工具、借助于技術(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)的邏軟件設(shè)計平臺，自動完成數(shù)字

7、系統(tǒng)的邏輯綜合、布局布線、仿真等工作。最后輯綜合、布局布線、仿真等工作。最后下載到芯片，實現(xiàn)方案。下載到芯片，實現(xiàn)方案。1、設(shè)計：、設(shè)計：在計算機上利用軟件平臺進(jìn)行設(shè)計在計算機上利用軟件平臺進(jìn)行設(shè)計設(shè)計方法設(shè)計方法原理圖設(shè)計原理圖設(shè)計VHDL語言設(shè)計語言設(shè)計狀態(tài)機設(shè)計狀態(tài)機設(shè)計 EDA技術(shù)：技術(shù)：返返 回回2、仿真、仿真3、下載、下載4、驗證結(jié)果、驗證結(jié)果實驗板實驗板下載線下載線返返 回回三三 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 方方 法法 保證基礎(chǔ)保證基礎(chǔ)熟練掌握有關(guān)邏輯設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計方法熟練掌握有關(guān)邏輯設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計方法 中小規(guī)模集成電路中小規(guī)模集成電路理解電路的邏輯功能理解電路的邏輯功能應(yīng)用它設(shè)計邏

8、輯電路應(yīng)用它設(shè)計邏輯電路 數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)掌握從上到下的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法，學(xué)掌握從上到下的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法，學(xué)會使用會使用EDA軟件設(shè)計平臺軟件設(shè)計平臺貫穿課程的始終的是：貫穿課程的始終的是： 邏輯設(shè)計邏輯設(shè)計考核考核 方方 法法由于數(shù)字電路的教學(xué)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)作了較大幅度的調(diào)由于數(shù)字電路的教學(xué)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)作了較大幅度的調(diào)整，實驗教學(xué)比例的加大必然帶來考核方法的改革整，實驗教學(xué)比例的加大必然帶來考核方法的改革考核方法：考核方法：課程總成績課程總成績=理論部分理論部分+實踐部分實踐部分理論部分理論部分= (考勤考勤10%+作業(yè)作業(yè)10%+紀(jì)律紀(jì)律10%+期末期末70%)*50%實踐部分實踐

9、部分=(考勤考勤10%+實驗報告實驗報告10%+紀(jì)律紀(jì)律10% +操作過程操作過程30%+ 期末期末40%)*50%參 考 資 料基本部分基本部分1. 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)沈嗣昌沈嗣昌航空工業(yè)出版社航空工業(yè)出版社2. 數(shù)字電路與系統(tǒng)數(shù)字電路與系統(tǒng)劉寶琴劉寶琴清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社3. 數(shù)字設(shè)計數(shù)字設(shè)計張張 著著北京理工大學(xué)出版社北京理工大學(xué)出版社可編程邏輯器件及可編程邏輯器件及VHDL語言語言ALTERA可編程邏輯器件及其應(yīng)用可編程邏輯器件及其應(yīng)用劉寶琴劉寶琴 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社可編程專用集成電路原理、設(shè)計和應(yīng)用可編程專用集成電路原理、設(shè)計和應(yīng)用 孟憲元孟憲元 電子

10、工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社VHDL語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計 侯伯亨侯伯亨 西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)出版社返返 回回著者：王爾乾著者：王爾乾 巴林風(fēng)巴林風(fēng)著者：劉寶琴著者：劉寶琴清清華華大大學(xué)學(xué)出出版版社社參 考 資 料返返 回回參 考 資 料國國防防科科技技大大學(xué)學(xué)出出版版社社北北京京理理工工大大學(xué)學(xué)出出版版社社著者：張著等著者：張著等著者：周南良著者：周南良返返 回回參 考 資 料航航空空工工業(yè)業(yè)出出版版社社著者：沈嗣昌著者：沈嗣昌 蔣璇等蔣璇等華華中中理理工工出出版版社社著者：查振亞著者：查振亞返返 回回參 考 資 料中中國國科科技技大大學(xué)學(xué)出出版版社社著者：陳繼榮著者：陳繼榮 華華 蓓蓓電電子子工工業(yè)業(yè)出出版版社社著者：孟憲元著者：孟憲元陳繼榮 華 蓓編著中國科技大學(xué)出版社返返 回回參 考 資 料著者：黃正謹(jǐn)著者：黃正謹(jǐn)電電子子工工業(yè)業(yè)出出版版社社著者：朱明程著者：朱明程東東南南大大學(xué)學(xué)出出版版社社返返 回回參 考 資 料著者：劉寶琴著者：