數(shù)字電路

用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進行算術(shù)運算和邏輯運算的電路稱為數(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。

數(shù)字電路的發(fā)展與模擬電路一樣經(jīng)歷了由電子管、半導(dǎo)體分立器件到集成電路等幾個時代。但其發(fā)展比模擬電路發(fā)展的更快。從60年代開始，數(shù)字集成器件以雙極型工藝制成了小規(guī)模邏輯器件。隨后發(fā)展到中規(guī)模邏輯器件；70年代末，微處理器的出現(xiàn)，使數(shù)字集成電路的性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

數(shù)字系統(tǒng)

數(shù)字系統(tǒng)的構(gòu)成如圖所示。

數(shù)字系統(tǒng)通常由輸入接口、輸出接口、數(shù)據(jù)處理和控制器構(gòu)成。輸入接口和輸出接口的主要任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，或?qū)?shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，處理器的主要作用是控制系統(tǒng)內(nèi)部各部件的工作，使它們按照一定的程序操作。通常以是否有控制器作為區(qū)分功能部件和數(shù)字系統(tǒng)的標志，凡是包含控制器且能夠按順序進行操作的系統(tǒng)，無論規(guī)模大小，一律稱為數(shù)字系統(tǒng)。

數(shù)字電路特點

1.同時具有算術(shù)運算和邏輯運算功能。數(shù)字電路是以二進制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進制數(shù)字信號，既能進行算術(shù)運算又能方便地進行邏輯運算，因此極其適合于運算、比較、存儲、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。

2.實現(xiàn)簡單，系統(tǒng)可靠。以二進制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，可靠性較強。電源電壓的小波動對其沒有影響，溫度和工藝偏差對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)點之一。電路的設(shè)計、維修、維護靈活方便，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、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、的發(fā)展也從元件級、器件級、部件級、板卡級上升到系統(tǒng)級。

數(shù)字電路優(yōu)點：穩(wěn)定性好、可靠性高、可長期存儲、便于計算機處理、便于高度集成化。

數(shù)字電路分類

按功能分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。

前者在任何時刻的輸出，僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài)，而與電路過去的狀態(tài)無關(guān)，它們不具有記憶功能。常用的組合邏輯器件有加法器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等。

后者在任何時候的輸出，不僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài)，而且與電路過去的狀態(tài)有關(guān)，它們具有記憶功能。

按結(jié)構(gòu)分為分立元件電路和集成電路。前者是將獨立的晶體管、電阻等元器件用導(dǎo)線連接起來的電路。

后者將元器件及導(dǎo)線制作在半導(dǎo)體硅片上，封裝在一個殼體內(nèi)，并焊出引線的電路。集成電路的集成度是不同的。

數(shù)字電路的應(yīng)用

目前，數(shù)字電路的應(yīng)用已極為廣泛。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，在圖像及電視信號處理中，都可以用若干個0和1編制成各種代碼，分別代表不同的信息含義。

在自動控制中，可以利用數(shù)字電路的邏輯功能，設(shè)計出各種各樣的數(shù)字控制裝置。在測量儀表中，可以利用數(shù)字電路對測量信號進行處理，并將測試結(jié)果用十進制數(shù)碼顯示出來；尤其在數(shù)字電子計算機中，可以利用數(shù)字電路實現(xiàn)各種功能的數(shù)字信息的處理。數(shù)字電子計算機已滲透到國民經(jīng)濟和人民生活的一切領(lǐng)域，并已帶來了許多方面根本性能的變革。

數(shù)字電路主要研究對象是電路的輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系，因而在數(shù)字電路中不能采用模擬電路的分析方法，例如，小信號模型分析法。由于數(shù)字電路中的器件主要工作在開關(guān)狀態(tài)，因而采用的分析工具主要是邏輯代數(shù)，用功能表、真值表、邏輯表達式、波形圖等來表達電路的主要功能。

隨著計算技術(shù)的發(fā)展，為了分析、仿真與設(shè)計數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)，還可以采用硬件描述語言，使用如ABEL語言等軟件，借助計算機來分析、仿真與設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)。

數(shù)字電路識圖技巧

1.是是非非看邏輯。通過閱讀電路說明書來了解邏輯電路的結(jié)構(gòu)組成、功能、用途，也可以通過閱讀真值表，了解輸出與輸入間的“是”或“非”的邏輯關(guān)系，掌握各單元模塊的邏輯功能。

2.元器件功能看引腳。數(shù)字電路中往往使用具有各種邏輯功能的集成電路，這樣會使整個電路更簡單、可靠。但也為識圖帶來一定困難。因為看不到集成電路內(nèi)部元器件及電路組成情況，只能看到外部的許多引腳，這些引腳各有各的作用，這些引腳與外部其他元器件或電路連接，以實現(xiàn)一定的功能。實際上很多時候并不需要知道集成電路內(nèi)部電路組成情況，只需了解外部各引腳的功能即可。集成電路各引腳的功能用文字加以注明，如電路中沒給出文字說明或參數(shù)，則應(yīng)查閱有關(guān)手冊，了解集成塊的邏輯功能和各引腳的作用。對一些常用的集成電路，如常用的運算放大器LM三二四，四個兩輸入與非門七四LS零零、五五五時基電路等，讀者應(yīng)記住各引腳的功能，這對快速、準確識圖有所幫助。

3.功能分解看模塊。對數(shù)字電路可按信號流向把系統(tǒng)分成若干個功能模塊，每個模塊完成相對獨立的功能，對模塊進行互作狀態(tài)分析，必要時可列出各模塊的輸入、輸出邏輯真值表。

4、綜合起來看整體。將各模塊連接起來，分析電路從輸入到輸出的完整工作過程，必要時可畫出有關(guān)工作波形圖，以幫助對電路邏輯功能的分析、理解。

數(shù)字電路中研究

數(shù)字電路中研究的主要問題是輸出信號的狀態(tài)（“0”或“1”）和輸入信號（“0”或“1”）之間的邏輯關(guān)系，即電路的邏輯功能。

數(shù)字電路的研究方法是邏輯分析和邏輯設(shè)計，所需要的工具是邏輯代數(shù)。（在正邏輯下，“0”是低電平，“1”是高電平，高低電平?jīng)]有明確的界限）