1、脈沖與數字電路陳立萬 主講一、一、 數字電路與模擬電路數字電路與模擬電路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的信號。數字信號：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。數字電路：處理和傳輸數字信號的電路。模擬信號：時間上連續：任意時刻有一個相對的值。數值上連續：可以是在一定范圍內的任意值。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。數字信號： 時間上離散：只在某些時刻有定義。 數值上離散

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

3、又稱為數字邏輯電路。計算機計算機通信（通信（DSP應用）應用）電視（高清晰度）電視（高清晰度）將來通信的發展趨勢：將來通信的發展趨勢：軟件無線電軟件無線電單片機單片機+DSP+FPGA返返 回回二二 典型應用典型應用會議電視會議電視數字移動蜂窩電話數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字相機數字相機自動駕駛汽車自動駕駛汽車視覺感應器視覺感應器數據存儲與處理數據存儲與處理返回返回集集成成電電路路電子器件的發展電子器件的發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）超大規模超大規模VLSI（105以上）以上）1906年，福

4、雷斯特等發明了電子管；電子管體年，福雷斯特等發明了電子管；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射目前在一些大功率發射裝置中使用。裝置中使用。1948年，肖克利等發明了晶體管，其年，肖克利等發明了晶體管，其性能在體積、重量方面明顯優于電子性能在體積、重量方面明顯優于電子管，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。靠性差。

5、1960年集成電路出現，成年集成電路出現，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，大大促進了電子學芯片，大大促進了電子學的發展，尤其促進數字電的發展，尤其促進數字電路和微型計算機的飛速發路和微型計算機的飛速發展。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，目前高的已達上百萬門。已達上百萬門。設計方法的變化設計方法的變化 傳統的設計方法：傳統的設計方法： 現代的設計方法：現代的設計方法：純硬件電路邏輯設計，采用試湊法；純硬件電路邏輯設計，采用試湊法；比較適合分立元件及小規模集成電路比較適合分立元件及小規模集成電路的設計，所設計電路需反復調試，而的設計，所設計電路需反復

6、調試，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的硬件邏輯設計發展為硬件邏從傳統的硬件邏輯設計發展為硬件邏輯設計、軟件邏輯設計及兼有兩者優輯設計、軟件邏輯設計及兼有兩者優點的集成電路點的集成電路ASIC設計。采用從上設計。采用從上到下或從下到上設計方法，出現了相到下或從下到上設計方法，出現了相應的電子設計自動化技術（應的電子設計自動化技術（EDA）和和復雜電路的測試技術。復雜電路的測試技術。返返 回回EDA技術以計算機為基本工具、借助于技術以計算機為基本工具、借助于軟件設計平臺，自動完成數字系統的邏軟件設計平臺，自動完成數字

7、系統的邏輯綜合、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，實現方案。下載到芯片，實現方案。1、設計：、設計：在計算機上利用軟件平臺進行設計在計算機上利用軟件平臺進行設計設計方法設計方法原理圖設計原理圖設計VHDL語言設計語言設計狀態機設計狀態機設計 EDA技術：技術：返返 回回2、仿真、仿真3、下載、下載4、驗證結果、驗證結果實驗板實驗板下載線下載線返返 回回三三 學學 習習 方方 法法 保證基礎保證基礎熟練掌握有關邏輯設計的基礎知識、設計方法熟練掌握有關邏輯設計的基礎知識、設計方法 中小規模集成電路中小規模集成電路理解電路的邏輯功能理解電路的邏輯功能應用它設計邏

8、輯電路應用它設計邏輯電路 數字系統數字系統掌握從上到下的現代數字系統的設計方法，學掌握從上到下的現代數字系統的設計方法，學會使用會使用EDA軟件設計平臺軟件設計平臺貫穿課程的始終的是：貫穿課程的始終的是： 邏輯設計邏輯設計考核考核 方方 法法由于數字電路的教學內容及結構作了較大幅度的調由于數字電路的教學內容及結構作了較大幅度的調整，實驗教學比例的加大必然帶來考核方法的改革整，實驗教學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%+作業作業10%+紀律紀律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%+紀律紀律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. 數字系統設計基礎數字系統設計基礎沈嗣昌沈嗣昌航空工業出版社航空工業出版社2. 數字電路與系統數字電路與系統劉寶琴劉寶琴清華大學出版社清華大學出版社3. 數字設計數字設計張張 著著北京理工大學出版社北京理工大學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用可編程邏輯器件及其應用劉寶琴劉寶琴 清華大學出版社清華大學出版社可編程專用集成電路原理、設計和應用可編程專用集成電路原理、設計和應用 孟憲元孟憲元 電子

10、工業出版社電子工業出版社VHDL語言與數字邏輯電路設計語言與數字邏輯電路設計 侯伯亨侯伯亨 西安電子科技大學出版社西安電子科技大學出版社返返 回回著者：王爾乾著者：王爾乾 巴林風巴林風著者：劉寶琴著者：劉寶琴清清華華大大學學出出版版社社參 考 資 料返返 回回參 考 資 料國國防防科科技技大大學學出出版版社社北北京京理理工工大大學學出出版版社社著者：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 料航航空空工工業業出出版版社社著者：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學出出版版社社著者：陳繼榮著者：陳繼榮 華華 蓓蓓電電子子工工業業出出版版社社著者：孟憲元著者：孟憲元陳繼榮 華 蓓編著中國科技大學出版社返返 回回參 考 資 料著者：黃正謹著者：黃正謹電電子子工工業業出出版版社社著者：朱明程著者：朱明程東東南南大大學學出出版版社社返返 回回參 考 資 料著者：劉寶琴著者：