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文檔簡介

1、 39/39主講教師: 劉瓊 講師E_mail: 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 39/39序 課程介紹1. 課程的性質(zhì)3. 課程研究內(nèi)容5. 教材和參考書4. 課程特點與學(xué)習(xí)方法6. 考核2. 教學(xué)目標 39/39數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程是電氣信息類專業(yè)具入門性質(zhì)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。 1.課程性質(zhì) 獲得適應(yīng)信息時代的數(shù)字電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識和基本技能。培養(yǎng)分析和解決實際問題的能力,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):2.課程目標1、正確分析、設(shè)計數(shù)字電路,特別是集成電路的基礎(chǔ); 2、為進一步學(xué)習(xí)設(shè)計專用集成電路(ASIC)的基礎(chǔ)。 39/39數(shù)字信號傳輸、變換、產(chǎn)生等

2、。內(nèi)容涉及相關(guān)器件、功能電路及系統(tǒng)。 硬件 處理數(shù)字信號的電子電路及其邏輯功能 數(shù)字電路的分析方法 數(shù)字電路的設(shè)計方法 各種典型器件在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件 系統(tǒng)分析、設(shè)計的軟件工具ABEL、VHDL、 VerlogHDL、EDA工具軟件QuartusII等3. 課程研究內(nèi)容 39/39a、發(fā)展快b、應(yīng)用廣(2)學(xué)習(xí)方法打好基礎(chǔ)、關(guān)注發(fā)展、主動更新、注重實踐(1)課程特點摩爾定律:集成度按10倍/6年的速度發(fā)展。c、工程實踐性強4.課程特點與學(xué)習(xí)方法該發(fā)展速度還將持續(xù)到2015或2020年,此后將達到飽和。 39/39基本電路:設(shè)計方法相同,電路形式多樣。a、掌握基本概念、基本電路和基本分析、設(shè)

3、計方法基本概念:以不變應(yīng)萬變的基礎(chǔ)基本分析方法:不同類型的電路有不同的結(jié)構(gòu)特征和不同的描述方法,分析方法和設(shè)計方法。b、能獨立的應(yīng)用所學(xué)的知識去分析和解決數(shù)字電路的實際問題的能力。 39/39閻 石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版高等教育出版社5.主要教材及參考書康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版) 高等教育出版社 閻石主編幫你學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 釋疑、解題、考試 高等教育出版社 秦臻主編電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分重點難點解題指導(dǎo) 考研指南 高等教育出版社 羅杰主編電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第五版)習(xí)題全解 高等教育出版社 39/396、考核 平時成績 20% 考試 80%課前5分鐘交作業(yè)作業(yè)兩本HUST

4、作業(yè)本,寫上姓名、班級、學(xué)號點名:從不測試:隨機答疑:待定 39/391.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1.1.1 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1.1.3 模擬信號與數(shù)字信號1.1.4 數(shù)字信號的描述方法 39/391.數(shù)字邏輯基礎(chǔ)1、數(shù)字信號和數(shù)字電路的概念?2、數(shù)字信號代表數(shù)值大小時,應(yīng)采用什么計數(shù)體制?3、數(shù)字信號代表事件邏輯狀態(tài)時,對事件編碼的規(guī)則? 4、數(shù)字電路處理邏輯問題,基本邏輯關(guān)系有哪些?5、在邏輯代數(shù)中基本邏輯關(guān)系如何描述?6、如何將實際問題抽象為數(shù)字邏輯?數(shù)制邏輯關(guān)系的描述邏輯抽象碼制基本邏輯運算建立有關(guān)基本概念 39/395、掌握基本邏輯運算及邏輯函數(shù)的表示方

5、法教學(xué)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) 39/391.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用1906年 美國李.德福雷斯特發(fā)明了 真空三極管1958年 美國基爾比制成第一塊集成電路 6個月后諾伊斯制成第一塊硅集成電路1948年 晶體管之父威廉肖克利發(fā)明 了第一只晶體管誕生1.1數(shù)字電路與數(shù)字信號 39/3980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)部的布線細微到亞微米(0.130.09m)量級微處理器的時鐘頻率高達

6、3GHz(109Hz)90年代后- 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 39/39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)1.1.1 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 39/391946年2月由賓州大學(xué)研制成功ENIAC電子數(shù)字積分計算機重達30噸占地250m2啟動工耗150000瓦1

7、.8萬個電子管保存80個字節(jié)1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用電子管時代 39/39晶體管時代電流控制器件 半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體二極管、三極管器件1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 39/39半導(dǎo)體集成電路1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 39/39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(fù)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?,F(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。1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 39/39EDA技術(shù)以計算機為基

8、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)計狀態(tài)機設(shè)計設(shè)計方法EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 39/393、下載2、仿真4、驗證結(jié)果實驗板下載線1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 39/391.1.1 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用1.將PLD焊在PCB板上 2.接好編程電纜 3.現(xiàn)場燒寫PLD芯片 39/39應(yīng)用:發(fā)展快 、 應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)代技術(shù).雷達技術(shù)通信技術(shù)計算機、自

9、動控制航空航天“勇氣”號 火星探測器1.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用 39/39 39/391.1.1數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用硬盤:IBM 305 RAMAC重量:約1噸年的營運費用:$35,000日期:1956年容量:5MBytes 39/39根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)特點及其對輸入信號的響應(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1.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點 39/3

10、9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)1.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點 39/392、數(shù)字集成電路的特點1)電路簡單,便于大規(guī)模集成,批量生產(chǎn)2)可靠性、穩(wěn)定性和精度高,抗干擾能力強3)體積小,通用性好,成本低.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)加密性好 1.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點 39/393、數(shù)字電路的分析、設(shè)計與測試(1)數(shù)字電路的分析

11、方法1.1.2 數(shù)字集成電路的分類及特點數(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)字電路的設(shè)計:從給定的邏輯功能要求出發(fā),選擇適當(dāng)?shù)倪壿嬈骷?,設(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。 39/39-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 Otu1. 模擬信號與數(shù)字信號1.1.3 數(shù)字電路與數(shù)字信號模擬信號 39/39數(shù)字信號-在時間上和數(shù)值上均是離散的信號。數(shù)字信號波形數(shù)字電路和模擬電路:工作信號,研究的對象不同,分

12、析、設(shè)計方法以及所用的數(shù)學(xué)工具也相應(yīng)不同1.1.3 數(shù)字電路與數(shù)字信號 39/393、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) t/s v/mV 0 v/mV0 t/s t1 t2 t0 0 00001110t3 t/s 0000110000001001000010001.1.3 數(shù)字電路與數(shù)字信號 39/39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)1.1.4 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

13、電路中用低、高電平表示0、1兩種邏輯狀態(tài) 0、1數(shù)碼-表示數(shù)量時稱二進制數(shù)表示方式二值數(shù)字邏輯 -表示事物狀態(tài)時稱二值邏輯 39/39(a) 用邏輯電平描述的數(shù)字波形(b) 16位數(shù)據(jù)的圖形表示/V 5 0 t/ms 50 100 150 200 邏輯0 邏輯1 2、數(shù)字波形1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 數(shù)字波形-是信號邏輯電平對時間的圖形表示.1.1.4 數(shù)字信號的描述方法 39/39tt為一拍數(shù)字波形(a)1110110001高電平低電平有脈沖(b)*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10(1)數(shù)字波形的兩種類型:2、數(shù)字波形1.1.

14、4 數(shù)字信號的描述方法 39/39(2)周期性和非周期性 TtW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1.1.4 數(shù)字信號的描述方法Q(%) 39/39 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 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1.1.4 數(shù)字信號的描述方法 39/39占空比 Q - 表示脈沖寬度占整個周期的百分比幾個主要參數(shù):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.

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