第章數(shù)字電路概述

1數(shù)字電子技術基礎北京理工大學自動化學院肖烜2013.2.252數(shù)字電子技術基礎授課教師：肖烜授課單位：北京理工大學自動化學院電子學教研室聯(lián)系電話：68914382（辦公室）

68912462（教研室）E－mail：bitxxuan@

3相關信息電子技術基礎：《數(shù)字電子技術基礎》和《模擬電子技術基礎》，屬于電子課群中專業(yè)基礎課。特點：硬件知識緊密相關；

強調(diào)的是邏輯思維和動手能力。4相關信息

先修課程：《電路分析基礎》后續(xù)課程：《微機原理》、《計算機控制技術》、《測試技術》、《傳感與檢測技術》、《單片機》、《信號與系統(tǒng)》等等。5本課程體系數(shù)字電子技術基礎（48學時）（良鄉(xiāng)）模擬電子技術基礎（48學時）（中關村）各有16學時隨課實驗（獨立1.5學分）電子工藝實習（小學期1周）自控類電子技術課程設計（小學期1周）自控類6實驗室良鄉(xiāng)：三電中心電子學實驗室及EDA實驗室中關村：電子學實驗室及EDA實驗室北京理工大學和美國美信公司：

“單總線技術聯(lián)合實驗室”北京理工大學和德國控創(chuàng)（北京）科技有限公司

“嵌入式聯(lián)合實驗室”7開放實驗大二上：音頻功率放大器大二下：電子設計能力訓練——單片機系統(tǒng)設計制作訓練大三上：電子設計能力訓練——可編程邏輯器件系統(tǒng)設計制作訓練大三下：電子設計能力訓練——傳感器信息采集與處理大三暑假：大學生電子競賽集中培訓8創(chuàng)新機會全國大學生電子競賽飛思卡爾杯全國大學生智能車競賽”挑戰(zhàn)杯“全國大學生課外學術科技作品競賽“博創(chuàng)杯”全國大學生嵌入式系統(tǒng)應用設計競賽等等9課程安排參考教材：數(shù)字電子技術基礎

（李慶常主編，第3版，機械工業(yè)出版社）總課時：48學時實驗(1.5學分）：單獨開設實驗教材：電子技術實驗

（張玉平主編，北理出版社）10課程成績的評定分為兩大部分：1、平時成績30分（1）課堂測試及點名：15分（2）作業(yè)：15分2、期末考試成績70分11數(shù)字電子技術基礎

全書共分為十章。第一章和第二章是全書的基礎知識，要求理解和掌握。第三章是難點，是電路的內(nèi)特性和外接口特性。不要求掌握電路的內(nèi)部特性，但要求對電路的外特性有所了解。第四、五、六章是本書的重點，內(nèi)容相互聯(lián)系，要求同學們理解掌握。12數(shù)字電子技術基礎

第七章的內(nèi)容是另外一個基礎知識，要求你們理解。第八章的介紹了幾種數(shù)字電路中常用的器件，要求你們了解基本的概念。第九章是模擬和數(shù)字電路的接口，要求了解為主。第十章是本書內(nèi)容的綜合，還將介紹VHDL（一種硬件描述語言）。13

通過以往的講述看，數(shù)字電子技術基礎難度不大，同學們上手比較快，主要注意的是要掌握數(shù)字電路的規(guī)律。數(shù)字電子技術基礎14數(shù)字電子技術基礎授課課時分配：第一章：2學時第二章：4學時第三章：6學時第四章：6學時第五章:4學時第六章：12學時第七章：4學時第八章：4學時第九章：2學時第十章：4學時(含VHDL)共計：48學時15第1章數(shù)字電路概述16目諸錄1.戲1數(shù)字品信號難與模勸擬信哪號1.泳2數(shù)字珠信號毛的表荒示方氧法1.增3數(shù)字內(nèi)電路財?shù)幕嫳竟毮芗笆崞鋺碛?.倚4電路甲測試昌和故棉障排霞除1.鈔5數(shù)字緒電路ED榨A仿真材分析才與設勁計17綜述電子英技術禿是20世紀滑發(fā)展干最迅弓速、夏應用拼最廣所泛的蓮技術啦，已舞使人坊們的回日常漂生活輩發(fā)生舒了根貍本的工變革潑。在我脊們的饑日常兇生活爛中有法很多為數(shù)字冠電子繡產(chǎn)品好，如勾計算鏡機、幟數(shù)碼午相機/攝像抹機、地手機憐、DV屬D、MP萬3/扶MP粒4以及摧數(shù)字調(diào)電視因等。因此乓，分疼析和擋設計緣瑞數(shù)字烘電路嘩已成并為現(xiàn)該代工泡程設館計不京可缺將少的奸部分爪。181.胖1數(shù)字餅信號逆與模謹擬信靈號在電劑子電穴路中柄，產(chǎn)勾生、辭傳遞卵、加貿(mào)工和線處理馳的信廈號可壘以分除為模擬腎信號水和數(shù)均字信免號兩大測類。模擬妥信號在時靠間和軍數(shù)值什上都攝是連續(xù)的，希即對歷應于廣任意模時間雀均有沿確定劑的幅輝值，納并且下其幅稱值是評連續(xù)啟的，勻如正弦匯波信漠號就是比典型庫的模紛擬信盛號。191.剛1數(shù)字慎信號涉與模裙擬信起號某天寬最低敘氣溫信是15C，最慕高氣港溫是25C，則巖一天崖的氣劑溫變閥化是會連續(xù)祥的。201.蕉1數(shù)字殖信號芳與模熱擬信拋號與模障擬信浴號不屋同，數(shù)字淋信號在時禾間和汁數(shù)值艷上是咱離散畝的，峰或者甘說是不連禿續(xù)的，注且其扮數(shù)值夸的變胳化都剝是某賓個最小咽量值井的整小數(shù)倍。211.諷1數(shù)字帳信號退與模炸擬信知號處理垃模擬落信號招的電懶路稱唱為模擬仁電路。處理捉數(shù)字揭信號劍的電貓路稱問為數(shù)字產(chǎn)電路。自然漂界存垂在大寇量的測模擬樂信號替和數(shù)腸字信冰號以都及模用擬系線統(tǒng)和慨數(shù)字轟系統(tǒng)閱，并碧且這優(yōu)些系蝕統(tǒng)往輪往并讀非獨黨立，咽而是像相互擠滲透移的，伙因此勒在進室行信秀號處部理時酸需要刪將兩預者通鍵過接口葡電路進行摔轉換逐。（暴詳見抖第九菌章）221.遍1數(shù)字惹信號巷與模下擬信拘號與模濁擬電初路相掠比較感，數(shù)凝字電引路具旅有以殃下特累點：1、一鼠般采年用二巴進制糟，易叮實現(xiàn)每，易喊復制飾；2、抗鼻干擾職能力跑強，糞精度離高獵；3、可繼編程面性強閘；4、便氏于長寒期存搶儲，亡使用耍方便甘；5、保歌密性蘆好。231.斜2數(shù)字歲信號聞的表辯示方繳法數(shù)字項信號敲的表論示通爪常采斥用二值摩邏輯。1.二值確邏輯在數(shù)嶄字電府路中熱，既喂可以晚用0和1組成載二進到制數(shù)租，表怨示數(shù)幸量的麻大小雕，也如可以相用其泡表示認一個捉事物白的兩族種不麗同的桑邏輯測狀態(tài)焦。當表傾示邏嚇輯狀鑒態(tài)時賽，如觀：是咐與否塞、真祥與偽糕、有音與無較、開神與關之、高德與低嫂、通播與斷蓮、亮凍與滅資等，香這里設的0和1不是框數(shù)值竟，而授是邏雪輯0和邏兔輯1。241.譜2數(shù)字膜信號婚的表甜示方困法這種派只有捷兩種獅對立振邏輯亂狀態(tài)渴的邏悅輯關陰系稱見為二值帖邏輯。用0和1表示粉邏輯俗關系工時，億二進蹲制數(shù)霸可以浸進行妄邏輯埋運算川。251.據(jù)2數(shù)字記信號咐的表雹示方拔法2.邏輯砌電平在數(shù)烘字電太路中面，用節(jié)電平往的高兔低來蜂表示蔑邏輯1和邏隔輯0。因斧此，邏輯霞電平抗是指賀電路捏中表甚示邏哥輯1和邏格輯0的電鹿平。不同沈工藝荒的數(shù)和字集敘成電找路具擾有不漿同的梯邏輯路電平差標準這。當枕電源斜電壓噸為5V時，蛇數(shù)字姜集成士電路較的兩頁大類TT餐L和CM忘OS電路架對應嘆的邏矮輯電潤平標肉準如巾下表紗所示辯。261.魂2數(shù)字胃信號革的表煙示方懶法電路類型輸入電平/V輸出電平/V低電平VIL高電平VIH低電平VOL高電平VOHTTL0～0.82.0～50～0.42.4～5CMOS0～1.53.6～50～0.54.4～5現(xiàn)代披電子遼技術提中，掠低電丈壓邏馳輯電眾平很今多，恭如3.炕3V，1.述8V，1.褲2V等等遺，如鋤何實技現(xiàn)電知平的呆相互節(jié)匹配賊是電察路設墨計中襯需要低重點脹考慮之的問池題。271.莊2數(shù)字孫信號臂的表患示方枕法3.波形乳圖如果羽將數(shù)駐字電貿(mào)路的類輸入大信號卻和輸止出信書號的升關系向按時腔間順億序依階次排見列起憑來，扇就得晴到了帆其波防形圖劑，又推稱為妖時序宗圖。281.里2數(shù)字侍信號胃的表剩示方已法在畫劃電路朵的波丘形圖業(yè)時，己應特別攤注意耳輸出碗與輸廣入之孝間的塌對應敘關系。第3章學穗習的鄉(xiāng)豐反相綢器的吩波形渴圖如輸下圖鍋所示主：291.拌2數(shù)字超信號驕的表烘示方范法實際服脈沖滑波形盜一般健如下蓋圖所碰示尿：詳見江第七委章。301.拿3數(shù)字爪電路骨的基寇本功耳能及鉛其應陡用典型露的電殊子信等息系今統(tǒng)組泥成框探圖31信號檔采集侄與處病理電就路完爪成對騰傳感漂器的葉信號奸采集楚，并脈根據(jù)嫌實際騎需要問對其詞進行廊隔離專、放責大、扇濾波營、運應算、淡轉換薪等處撓理。傾一般亂而言疊，該拳電路掘通常主為模丹擬電蛛路，奸在模搏擬電煌子技宅術中鈔有其浪描述俊。1.信號拼采集甜與處當理321.信號坑采集它與處坑理如溫抄度傳惑感器PT班10惹0（鉑趙電阻怪，其蠢電阻學值和雨溫度最基本噸成線幼性關繡系）幣，經(jīng)甩過橋拆式電飾路將逃溫度戀信號狗轉換睡為電底壓信板號，圾放大督電路涼將微步弱的桑電壓滔信號羨進行互放大呆，放國大的澇電壓賄信號姐可能芹有正污有負捎，所況以應痰該將跑電壓擠信號仗進行章運算杏和轉士換，繡轉化歲成為盟適合AD處理構的信事號。33對于裳多數(shù)遞系統(tǒng)傘而言扇，傳抽感器兇輸出郵的信黃號為刷模擬麥信號肉，摔而處脈理系擦統(tǒng)為模數(shù)字匪系統(tǒng)乘。通過A/踐D轉換哨器將供模擬影信號薯轉換練為數(shù)嶼字信闖號。2.接口兩電路--撓A/嶺D轉換念器和D/起A轉換剖器34運算埋電路濾用于燈完成惕信息肌的算槳術運哭算和唱邏輯務運算蝕，這罩部分蟻內(nèi)容梁在第4章組墊合邏公輯電希路中各介紹腳。還可襖以有繭更為賣復雜狡的電鋼路，蛇如通壞過微針處理悟器對股電路可進行吳更為炎復雜喇的處聚理。3.運算站電路35數(shù)字午系統(tǒng)券都需夏要對久大量嚷的數(shù)翁據(jù)進傳行存深儲，溪存儲方器在者第8章中擱介紹老。對存殺儲器活中的言數(shù)據(jù)偏進行奇訪問斑時，邁需要玻對其論地址紅進行落譯碼暢，即基通過恨地址悶譯碼鏟器尋皂址到林相應缺的單館元。監(jiān)譯碼澡器內(nèi)練容將歲在第員四章隱中介荒紹，城如果鍬需要習對信兇息進末行顯啞示，冒也可陳在該妄章了疲解到創(chuàng)七段術譯碼逆器及問數(shù)碼泛顯示框等內(nèi)歌容。4.存儲科電路-存儲傳器36CP絞U及很貼多數(shù)和字電哥路正若常工臭作時賽，需啞要時桿鐘信掙號，扯該信驚號可穿通過依多諧遷振蕩央器獲洋得，自該部皺分將志在第7章波雖形的美產(chǎn)生庸與整妻形電老路中畢介紹濃。5.波形渾的產(chǎn)憂生與灰整形本電路-多諧淹振蕩取器37系統(tǒng)盼通過將多諧壟振蕩反器產(chǎn)予生了棚基準賣時鐘售以后柿，不隨同器謀件需券要的尚時鐘顧頻率股可能但有所蠟不同季，此飽時可員通過迷分頻弱電路-計數(shù)扛器獲踐得所做需要掀的其白他脈遲沖信菠號，顧分頻膏器的便設計段與分壩析在偽第6章時定序邏串輯電杠路中淺介紹階。6.分頻拒電路-計數(shù)使器38系統(tǒng)墨各組染成部尋分需餐要按知照事結先規(guī)嬌定的贈順序齒協(xié)調(diào)懂工作早，順巡壽序脈云沖發(fā)挑生器埋便可潑產(chǎn)生志此種創(chuàng)信號黨以完轟成對婆各部翠分的梢控制宣。此疾部分池內(nèi)容蓮在第6章中出介紹越。7.順序瞇脈沖省發(fā)生趟器39驅動獻的電艙路通耍常是陽模擬撲電路爭，所效以通占過D/旦A電路違將數(shù)披字信靠號轉舉換為劈燕模擬滅信號晃。8.接口解電路蜂和信你號的顯驅動艱與執(zhí)脹行系統(tǒng)傷輸出屈的控陡制信算號經(jīng)冒過功汗率放撲大后米，驅派動執(zhí)奴行機炒構完鳥成控傲制功怠能。業(yè)功放扮電路泰在模享擬電服子技鳳術中補有說優(yōu)明。401.煉3數(shù)字候電路食的基習本功持能及忙其應吩用某空秒調(diào)顯抱示控誰制電懸路框褲圖411.計4電路抱測試明和故菊障排睬除故障辛排除是指周系統(tǒng)響的隔斧離、揉辨識塔及定樸位電晉路和吧系統(tǒng)叔故障殲的技國術。在進墨行故掌障排揉除時罰，需岡對電痕路進股行測瘋試，鮮并進片行故搜障診駱斷。故障享診斷是一我種了望解和適掌握便設備晚在使淚用過埋程中嘩的狀盟態(tài)的在技術要，以犧確定仇其整半體或絕局部嗎是否竭正常管，早與期發(fā)鳥現(xiàn)故窯障及很其原雁因將渡能預嚼報故茄障發(fā)濕展趨津勢。帖在診屋斷過竿程中診，必疾須利奧用被彩診斷終對象伴表現(xiàn)柴出來烤的各尿種有憂用信結息，底經(jīng)過耕適當族的處芝理和門分析框，做尊出正洪確的泛診斷邁結論閥。421.烘4電路毛測試尿和故差障排籠除電路拋測試油組成賺框圖431.半4.婆1電路堤測試廚及故捎障排胳除的哭儀器巨設備在數(shù)繞字電蘿路的存故障曉排除欠和測伯試中禁經(jīng)常慣用到漁的儀獲器設獸備有偽：萬用攤表、巴示波莖器、怒邏輯撫分析壇儀、犯邏輯項筆和牙信號娃發(fā)生博器等。萬用泥表是一干種多帽用途辨、多永量程刪的便射攜式惱儀表校，它賊集電眨壓表繪、電輕流表盯和歐熟姆表壯于一鞭體，舅可以和進行黃交、棗直流帽電壓廈和電澇流以去及電歲阻等綁多種畢電量四的測決量，深有的漏萬用犧表還王可以態(tài)測量仔晶體具管的株主要扯參數(shù)栽及電森容器綁的電唐容量件等。441.運4.稈1電路朝測試喘及故源障排暈除的竄儀器竹設備示波流器是電稼子測猴量中鹽一種識常用為的儀請器，眨它是文觀察閘波形很的窗京口，吃可讓行設計斃人員氧或維猛修人教員將輝人眼顯看不趟到的敵信號綢變化匹轉換欣成可利直接估觀察規(guī)的波共形，剖并顯籍示在血熒光鋼屏上堡，以鍬便人潤們進丘行電薦路觀襲察、蠶分析右和測增量。邏輯禿分析害儀是一摸種類峽似于乓示波差器的吃波形村測試視設備嘩，它狐可以梢監(jiān)測資硬件漏電路些工作毅時的佛邏輯臣電平希（高陣或低俯），懲存儲局后采煤用圖腳形的響方式材直觀太地表幸達出柏來，桑便于廟用戶極檢測驚、分木析電壩路設坑計中氏的錯刊誤。451.近4.撒1電路趁測試騾及故宏障排總除的爹儀器件設備邏輯吹筆是一耽種方鼓便的篩手持架式數(shù)章字電按路測果試工掘具。寬它可姻檢測織到電椒路的故高電假平、康低電創(chuàng)平、指單脈往沖、肆連續(xù)撤脈沖佳以及在開路鴨等邏議輯信濕息，圓并進澆行提瘡示，砌其體牧積小登、使問用靈鏡活、培攜帶銅方便診。信號虜發(fā)生丈器又稱幣為函捐數(shù)發(fā)起生器塵，是勻一種鍋應用鳴非常認廣泛研的電禿子設算備，半常作朵為電北子測刷量系披統(tǒng)中異的信瞇號源貌。信角號發(fā)請生器懲提供寧正弦倦波、夜方波統(tǒng)、三尊角波滅等多泄種信乒號波寬形扒。461.壟4.謝2故障皺排除1.故障所排除狡的方諸法直接溝觀察盾法直接堵觀察隆法包愚括斷肚電觀胃察和帽加電奪觀察頁兩種村方法圍。斷電醬觀察檢查牽元器盆件有逐無損飛壞、石引腳駝有無賄接錯偽、電福路布岸局布勢線是損否正傭確等淚。加電旨觀察查看巡壽電路擠有無很發(fā)燙垮、冒閣煙、立發(fā)出娘焦味媽、打歪火、見開路胖及短蒜路等擴現(xiàn)象頓。471.湊4.藍2故障羅排除參數(shù)意測試真法該方忠法借貨助于喊儀器澇，測攜試電廟路或劉元器甩件的勁參數(shù)斜，通滋過理裙論分擔析找座出故價障原咳因。信號鑰跟蹤艇法該方資法是約在電廣路輸紛入端友接入方合適假信號厚，通憤過示句波器曠，按備信號殃的流攜向，競從前撒級向類后級值逐級仔觀察名信號愁波形畝變化泰情況所，以優(yōu)判定始故障哪。部件朵替換摘法元器騾件替黨換法纏將電悼路中袋可能栗存在徐故障宰的元沾器件度采用圣正常揚元器乏件進坊行更尚換，灰觀察旋故障擠是否殲排除呀。481.懲4.苗2故障翠排除斷路隊法使用拖斷路遷法時呈，首撓先斷尖開可蓮能存扎在故細障的現(xiàn)電路養(yǎng)，然閃后觀幅察剩叨余電枯路是租否正夫常，產(chǎn)以此拜縮小哥故障占范圍俗，加蛙快排事除速樣度。短路浴法該方制法采芹用臨圈時短泛接部齊分電杯路，買將信能號跳妹過部節(jié)分可賞能存挑在故表障的難電路荒，觀毫察結形果是昏否正尾確，吸以縮避小故庫障范細圍。491.幸4.確2故障興排除2.信號撫跟蹤召法故唯障排巡壽除的傅一般盯步驟1）故祝障排舊除前知的準類備工糊作在任鳥何故姓障排素除前局，首居先應液檢查地電源辰和地盾是否弟連接撒正確偵，是詢否存首在電槽源和械地的胖短路欲現(xiàn)象詳，這號一點各對保艘障電無路器翅件的杠完好暢性非商常重滿要，遍同時粥也應巡壽保證貧測試麻儀器所與被莫測電持路的辯共地期性。501.博4.俱2故障霧排除2）根鬼據(jù)故咽障現(xiàn)唯象判廳定故粱障可輸能發(fā)傾生的將部位從故宗障部爛位的撇輸入苦開始延，一尼個一扎個芯索片地抹進行親分析魚，裝對于屑每個右芯片撐，對古應其挽輸入躍信號粒，采灘用邏此輯筆都、示重波器雙或邏惕輯分親析儀伏，測剃試其距輸出隙信號畝，并遞與理拔論輸扮出結鉤果相棗比較啦，判池定芯味片的虜完好掩性。如果搖所測鉛試芯籠片正刻常，宇則測宋試下它一芯懶片，跡直至鏟故障唇排除筋。511.泛5數(shù)字曉電路ED壘A仿真刺分析車與設排計隨著張現(xiàn)代鑼電子武系統(tǒng)場的復孔雜化在，計繩算機梢和相扭應的叨工程惠仿真懂軟件秘已經(jīng)乳成為棵現(xiàn)代撒電子椒技術羽的基刊本分盞析設散計工鉤具。北仿真?zhèn)鞣治稣锌梢云沾蟠螳I地縮心短研勾制周拆期，刪節(jié)約聰成本頸，它帽已經(jīng)拒具有傾舉足太輕重譽的作徐用。所謂仿真寫分析，是兄指使訂用計逐算機昏對所洪設計解電路捐的結鬼構和歇行為悅進行收預測塞，仿爺真器蠟以文盜本形遺式或糊波形頃圖等法形式止給出俱電路目的輸污出，選以便裁設計昆者分烏析系擱統(tǒng)，充修改惰系統(tǒng)初設計政。521.淺5數(shù)字團電路ED例A仿真效分析臟與設故計ED豈A（El砍ec芹tr腐on斑ic震D跳es演ig倒n娛Au僚to構ma代ti霸on，電柱子設芹計自獵動化鑒）工否具的喘出現(xiàn)胳實現(xiàn)棒了硬童件設素計軟劃件化話，使殼電子牢電路俊、電求子系跌統(tǒng)的預設計敞產(chǎn)生師了革酷命性壇的變苦化。ED員A技術芽根據(jù)瓶設計繡文件碼，自泥動完傲成邏怖輯化疲簡、僻分割唯、綜欲合、尊優(yōu)化談、布扒局布煌線及炒仿真嗽，直奏至完期成對至于特旬定目京標芯快片的怨適配塔編譯咬、邏蛙輯映臟射和熟編程敲下載暴等工唉作。531.辛5數(shù)字量電路ED杏A