什么是數(shù)字電路

　　用數(shù)字信號(hào)完成對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路。現(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成。邏輯門是數(shù)字邏輯電路的基本單元。存儲(chǔ)器是用來存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的數(shù)字電路。從整體上看，數(shù)字電路可以分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類。

　　學(xué)習(xí)數(shù)字電路的重要性

　　隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷完善使得數(shù)字電路在現(xiàn)代電子系統(tǒng)的比重越來越大，數(shù)字電路建立了根本是信號(hào)的數(shù)字處理，這門學(xué)科現(xiàn)在發(fā)展的很快，隨之，數(shù)字電路的設(shè)計(jì)理念也日新月異，可以說現(xiàn)在設(shè)備之間的競(jìng)爭(zhēng)很大程度上就是其數(shù)字處理能力的抗衡，是數(shù)電工程師在推動(dòng)系統(tǒng)的變遷，他們是系統(tǒng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力量。

　　現(xiàn)在的超大規(guī)模集成芯片已經(jīng)向系統(tǒng)級(jí)芯片的方向發(fā)展，FPGA（Field Programmable Gate Array即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)） 已經(jīng)可以達(dá)到ASIC（Application Specific Intergrated Circuits即專用集成電路，是指應(yīng)特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)、制造的集成電路） 的水平（如XILINX的V2 pro），所以工程師們有了更大發(fā)揮空間。說句半玩笑的話，一旦實(shí)現(xiàn)軟件無線電，模電的工程師就可以下崗了。因而電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員必須掌握數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)。挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存，作為當(dāng)代大學(xué)生和有志青年，儲(chǔ)備知識(shí)、培養(yǎng)能力是當(dāng)務(wù)之急，因此學(xué)好數(shù)字電子技術(shù)是非常必要的。

　　數(shù)字電路的特點(diǎn)

　　1、同時(shí)具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能

　　數(shù)字電路是以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，既能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算又能方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算（與、或、非、判斷、比較、處理等），因此極其適合于運(yùn)算、比較、存儲(chǔ)、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。

　　2、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠

　　以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，可靠性較強(qiáng)。電源電壓的小的波動(dòng)對(duì)其沒有影響，溫度和工藝偏差對(duì)其工作的可靠性影響也比模擬電路小得多。

　　3、集成度高，功能實(shí)現(xiàn)容易

　　集成度高，體積小，功耗低是數(shù)字電路突出的優(yōu)點(diǎn)之一。電路的設(shè)計(jì)、維修、維護(hù)靈活方便，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字邏輯電路的集成度越來越高，集成電路塊的功能隨著小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）的發(fā)展也從元件級(jí)、器件級(jí)、部件級(jí)、板卡級(jí)上升到系統(tǒng)級(jí)。電路的設(shè)計(jì)組成只需采用一些標(biāo)準(zhǔn)的集成電路塊單元連接而成。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)的特殊電路還可以使用可編程序邏輯陣列電路，通過編程的方法實(shí)現(xiàn)任意的邏輯功能。

　　數(shù)字電路的優(yōu)點(diǎn)

　　1、穩(wěn)定性好

　　數(shù)字電路不像模擬電路那樣易受噪聲的干擾。

　　2、可靠性高

　　數(shù)字電路中只需分辨出信號(hào)的有與無，故電路的組件參數(shù)，可以允許有較大的變化（漂移）范圍。

　　3、可長(zhǎng)期存儲(chǔ)

　　數(shù)字信息可以利用某種媒介，如磁帶、磁盤、光盤等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)期的存儲(chǔ)。

　　4、便于計(jì)算機(jī)處理

　　數(shù)字信號(hào)的輸出除了具有直觀、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)外，最主要的還是便于利用電子計(jì)算機(jī)來進(jìn)行信息的處理。

　　5、便于高度集成化

　　由于數(shù)字電路中基本單元電路的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且又允許組件有較大的分散性，這就使我們不僅可把眾多的基本單元做在同一塊硅片上，同時(shí)又能達(dá)到大批量生產(chǎn)所需要的良率。

　　數(shù)字電路的學(xué)習(xí)方法

　　數(shù)字電路所需的先修課程是電路分析基礎(chǔ)和模擬電路，后續(xù)課程是微機(jī)原理、微型計(jì)算機(jī)、接口技術(shù)等。

　　數(shù)字電路在研究的對(duì)象和方法上都跟模擬電路有很大的不同，表1把它們作了一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比。

　　顯然，模擬電路和數(shù)字電路的差異是很大的，初學(xué)者應(yīng)當(dāng)在學(xué)習(xí)方法上作一些改變，以適應(yīng)數(shù)字電路的特點(diǎn)，才能取得良好的效果。

　　1、在數(shù)字電路中，所有的變量都?xì)w結(jié)為0和1兩個(gè)對(duì)立的狀態(tài)。通常，我們只需關(guān)心信號(hào)的有或無，電平的高或低，開關(guān)的通或斷，等等，而不必理會(huì)某個(gè)變量的詳細(xì)數(shù)值。比如電平幅值的微小變化就可能毫無意義。

　　2、數(shù)字電路的研究方法以邏輯代數(shù)（又稱布爾代數(shù)）作為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。它主要研究輸入，輸出變量之間的邏輯關(guān)系，并建立了一套邏輯函數(shù)運(yùn)算及化簡(jiǎn)的方法。布爾代數(shù)又稱雙值代數(shù)，由于其變量取值只有0和1兩種可能，比之模擬電路，數(shù)字電路中沒有復(fù)雜的計(jì)算問題。

　　3、由于數(shù)字集成電路技術(shù)的高度發(fā)展，數(shù)字電路更鮮明地體現(xiàn)了管路合一的特點(diǎn)。初學(xué)者應(yīng)充分注意這一特點(diǎn)。一般來說，學(xué)習(xí)電路結(jié)構(gòu)不是我們的目的，目的是掌握電路功能。