1、主講教師：主講教師： 李李 濤濤Tel:字電子技術基礎數字電子技術基礎序序 課程介紹課程介紹1. 1. 課程的性質課程的性質3. 3. 課程研究內容課程研究內容5. 5. 考核考核4. 4. 課程特點與學習方法課程特點與學習方法2. 2. 教學目標教學目標 數字電子技術基礎數字電子技術基礎課程是電氣信息類專業具入門性課程是電氣信息類專業具入門性質的重要的專業基礎課。質的重要的專業基礎課。 1.課程性質課程性質 掌握數字電子技術的基本概念、基本理論、基礎知識掌握數字電子技術的基本概念、基本理論、基礎知識和基本技能，熟悉數字電路中一些典型的、常用的集成電和基本技能，熟悉數

2、字電路中一些典型的、常用的集成電路原理，功能及數字器件的特性和參數。掌握數字電路的路原理，功能及數字器件的特性和參數。掌握數字電路的分析方法和設計方法。分析方法和設計方法。 2.課程目標課程目標邏輯代數基礎、門電路、觸發器。內容涉及相關器件、功邏輯代數基礎、門電路、觸發器。內容涉及相關器件、功能電路及系統。能電路及系統。 硬件硬件 處理數字信號的電子電路及其邏輯功能處理數字信號的電子電路及其邏輯功能 數字電路的分析方法數字電路的分析方法 數字電路的設計方法數字電路的設計方法 各種典型器件在電子系統中的應用各種典型器件在電子系統中的應用軟件軟件 系統分析、設計的軟件工具系統分析、設計的軟件工具A

3、BEL、VHDL、 VerilogHDL、EDA工具軟件工具軟件QuartusII等等3. 課程研究內容課程研究內容a a、發展快、發展快b b、應用廣、應用廣(1)(1)c c、工程實踐性強、工程實踐性強4.4.課程特點與學習方法課程特點與學習方法基本電路：設計方法相同，電路形式多樣。基本電路：設計方法相同，電路形式多樣。a a、掌握基本概念、基本電路和基本分析、設計方法、掌握基本概念、基本電路和基本分析、設計方法基本概念：以不變應萬變的基礎基本概念：以不變應萬變的基礎基本分析方法：不同類型的電路有不同的結構特征和不同基本分析方法：不同類型的電路有不同的結構特征和不同的描述方法，分析方法和設

4、計方法。的描述方法，分析方法和設計方法。b、能獨立的應用所學的知識去分析和解決數字電路的實際問、能獨立的應用所學的知識去分析和解決數字電路的實際問題題的能力。能力。(2)(2)學習方法學習方法電子技術基礎電子技術基礎 數字部分數字部分(第五版第五版) 康華光高等教育出版社，2009.12 教材教材及必讀書目教材及必讀書目學生必讀書目學生必讀書目 必讀書目必讀書目 數字電子技術基礎數字電子技術基礎 彭容修 華中理工大學出版社數字電路與邏輯設計數字電路與邏輯設計 蔡良偉 西安電子科技大學出版社N+2考核方式考核方式過程考核 40%讀書筆記 20%期末考試 40%課堂考勤 10%書面作業 10%隨堂

5、考試 10%小論文 10%5、考核、考核溫馨提示若期末考試卷面成績小于等于小于等于40分分，該門課程只以只以期末考試卷面實際得分作為最終成績。過程考核和讀書筆記不計入總評成績過程考核和讀書筆記不計入總評成績讀書筆記封皮在學院教務處網頁下載打印（A4紙）5、掌握基本邏輯運算及邏輯函數的表示方法掌握基本邏輯運算及邏輯函數的表示方法教學基本要求教學基本要求1、了解數字信號與數字電路的基本概念了解數字信號與數字電路的基本概念2、了解數字信號的特點及表示方法了解數字信號的特點及表示方法3、掌握常用二十、二一十六進制數的轉換掌握常用二十、二一十六進制數的轉換4、了解常用二進制碼，了解常用二進制碼，熟悉熟悉

6、8421 BCD碼碼1.1.數字邏輯基礎數字邏輯基礎1.1.1數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用1906年年 美國美國李李. .德福雷斯特德福雷斯特發明了發明了 真空三極管真空三極管1958年年 美國美國基爾比基爾比制成第一塊集成電路制成第一塊集成電路 6 6個月后諾伊斯制成第一塊硅集成電路個月后諾伊斯制成第一塊硅集成電路1948年年 晶體管之父晶體管之父威廉威廉肖克利肖克利發明發明 了第一只晶體管誕生了第一只晶體管誕生1.1數字電路與數字信號數字電路與數字信號80年代后年代后- ULSI ， 1 0 億個晶體管億個晶體管/片片 、 ASIC 制作技術成熟制作技術成熟目前目前- 芯片

7、內部的布線細微到亞微米芯片內部的布線細微到亞微米(0.130.09 m)量級量級微處理器的時鐘頻率高達微處理器的時鐘頻率高達3GHz（109Hz）90年代后年代后- 一片集成電路上有一片集成電路上有40億個晶體管。億個晶體管。6070年代年代- IC技術迅速發展：技術迅速發展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。10萬個晶體管萬個晶體管/片。片。將來將來- 高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結構的電路高分子材料或生物材料制成密度更高、三維結構的電路1.1.1數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用數字技術的發展數字技術的發展發展特點發展特點: :以電子器件的發展為基礎以電子器件的發展為

8、基礎電子管時代電子管時代 1906年，福雷斯特等發明了電子管；電子管年，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。目前在體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在一些大功率發射裝置中使用一些大功率發射裝置中使用。電壓控制器件電壓控制器件電真空技術電真空技術1.1.1 數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用晶體管時代晶體管時代電流控制器件電流控制器件 半導體技術半導體技術半導體二極管、三極管半導體二極管、三極管器件器件1.1.1數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用半導體集成電路半導體集成電路1.1.11.1.1數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用電路設計方法

9、電路設計方法伴隨器件變化從傳統走向現代伴隨器件變化從傳統走向現代a)a)傳統的設計方法：傳統的設計方法：b)b)現代的設計方法：現代的設計方法：采用自下而上的設計方法；由人工組裝采用自下而上的設計方法；由人工組裝, ,經反復調試、驗證、經反復調試、驗證、修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差修改完成。所用的元器件較多，電路可靠性差, ,設計周期長。設計周期長。現代現代EDA技術實現硬件設計軟件化。采用從上到下設計方技術實現硬件設計軟件化。采用從上到下設計方法，電路設計、法，電路設計、 分析、仿真分析、仿真 、修訂全部通過計算機完成。、修訂全部通過計算機完成。1.1.11.1.1數字技術的發展

10、及其應用數字技術的發展及其應用EDA技術以計算機為基本工具、借助于軟件設計平臺，自動完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仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到成數字系統的仿真、邏輯綜合、布局布線等工作。最后下載到芯片，實現系統功能。使硬件設計軟件化。芯片，實現系統功能。使硬件設計軟件化。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原理圖設計原理圖設計VerlogHDL語言設計語言設計狀態機設計狀態機設計設計方法設計方法EDA（Electronics Design Automation)技術技術1.1.11.1.1數字技術的發展及

11、其應用數字技術的發展及其應用3 3、下載、下載2 2、仿真、仿真4 4、驗證結果、驗證結果實驗板實驗板下載線下載線1.1.11.1.1數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用1.1.1 數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用1.1.將將PLD焊在焊在PCB板上板上 2. 2.接好編程電纜接好編程電纜 3.3.現場燒寫現場燒寫PLD芯片芯片應用：應用：發展快發展快 、 應用最廣泛的現代技術應用最廣泛的現代技術. .雷達技術雷達技術通信技術通信技術計算機、自動控制計算機、自動控制航空航天航空航天“勇氣勇氣”號號 火星探測器火星探測器1.1.11.1.1數字技術的發展及其應用數字技術的發展

12、及其應用1.1.11.1.1數字技術的發展及其應用數字技術的發展及其應用根據電路的結構特點及其對輸入信號的響應規則的不同，根據電路的結構特點及其對輸入信號的響應規則的不同， -數字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。數字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。 從集成度不同從集成度不同 -數字集成電路可分為小規模、中規模、大數字集成電路可分為小規模、中規模、大規模、超大規模和甚大規模五類。規模、超大規模和甚大規模五類。 從電路的形式不同，從電路的形式不同， -數字電路可分為集成電路和分立電路數字電路可分為集成電路和分立電路從器件不同從器件不同 -數字電路可分為數字電路可分為CMOS 和和 TT

13、L電路電路1 1、數字集成電路的分類、數字集成電路的分類1.1.2 數字集成電路的分類及特點數字集成電路的分類及特點可編程邏輯器件、多功能專用集成可編程邏輯器件、多功能專用集成電路電路106以上以上甚大規模甚大規模大型存儲器、微處理器大型存儲器、微處理器10,00099,999超大規模超大規模小型存儲器、門陣列小型存儲器、門陣列1009999大規模大規模計數器、加法器計數器、加法器1299中規模中規模邏輯門、觸發器邏輯門、觸發器最多最多12個個小規模小規模典型集成電路典型集成電路門的個數門的個數分類分類集成度集成度: :每一芯片所包含的門個數每一芯片所包含的門個數1.1.2 數字集成電路的分類

14、及特點數字集成電路的分類及特點2、數字集成電路的、數字集成電路的特點特點1)電路簡單電路簡單, ,便于大規模集成便于大規模集成, ,批量生產批量生產2)可靠性、穩定性和精度高可靠性、穩定性和精度高, ,抗干擾能力強抗干擾能力強3)體積小體積小, ,通用性好通用性好, ,成本低成本低. .4)具可編程性具可編程性, ,可實現硬件設計軟件化可實現硬件設計軟件化5)高速度高速度 低功耗低功耗6)加密性好加密性好 1.1.2 數字集成電路的分類及特點數字集成電路的分類及特點3 3、數字電路的分析、設計與測試、數字電路的分析、設計與測試(1)數字電路的分析方法數字電路的分析方法1.1.2 數字集成電路的

15、分類及特點數字集成電路的分類及特點數字電路的分析數字電路的分析: :根據電路確定根據電路確定電路輸出與輸入之間的邏輯關系。電路輸出與輸入之間的邏輯關系。(2) 數字電路的設計方法數字電路的設計方法數字電路的設計數字電路的設計:從給定的邏輯功能要求出發，選擇適當的邏輯從給定的邏輯功能要求出發，選擇適當的邏輯器件，設計出符合要求的邏輯電路器件，設計出符合要求的邏輯電路。 設計方式設計方式: :分為傳統的設計方式和基于分為傳統的設計方式和基于EDA軟件的設計方式。軟件的設計方式。 分析工具：分析工具：邏輯代數。邏輯代數。電路邏輯功能主要用真值表、功能表、邏輯表達式和波形圖。電路邏輯功能主要用真值表、

16、功能表、邏輯表達式和波形圖。-時間和數值均連續變化的電信號，如正弦波、三角波等時間和數值均連續變化的電信號，如正弦波、三角波等 u uOt Otu u1.1.3 數字電路與數字信號數字電路與數字信號數字信號數字信號-在時間上和數值上均是離散的信號。在時間上和數值上均是離散的信號。數字信號波形數字信號波形1.1.3 數字電路與數字信號數字電路與數字信號3 3、模擬信號的數字表示、模擬信號的數字表示由于數字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉換由于數字信號便于存儲、分析和傳輸，通常都將模擬信號轉換為數字信號為數字信號. . 0 0 模擬信號模擬信號 模數轉換器模數轉換器 3 3 V V 數

17、字輸出數字輸出 0 0 0 0 1 1 模數轉換的實現模數轉換的實現 t/s v /mV 0 v/mV0 t/s t1 t2 t0 0 00001110t3 t/s 0000110000001001000010001.1.3 數字電路與數字信號數字電路與數字信號電壓電壓(V)(V)二值邏輯二值邏輯電電 平平+51H( (高電平高電平) )00L( (低電平低電平) )邏輯電平與電壓值的關系（正邏輯）邏輯電平與電壓值的關系（正邏輯）1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法1 1、二值數字邏輯和邏輯電平、二值數字邏輯和邏輯電平在電路中用低、高電平表示在電路中用低、高電平表示0 0、1 1兩

18、種邏輯狀態兩種邏輯狀態 0 0、1 1數碼數碼-表示方式表示方式二值數字邏輯二值數字邏輯 -t tt t為一拍為一拍數字波形數字波形(a a)1 11 11 10 01 11 10 00 00 01 1高電平高電平低電平低電平有脈沖有脈沖(b)(b)* *非歸零型非歸零型* *歸零型歸零型 比特率比特率 - - 每秒鐘轉輸數據的位數每秒鐘轉輸數據的位數無脈沖無脈沖1 10 0(1)(1)數字波形的兩種類型數字波形的兩種類型: :2 2、數字波形、數字波形1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法(2)(2)周期性和非周期性周期性和非周期性 T TtW非周期性數字波形非周期性數字波形周期性數字波形周期性數字波形 周期性數字波形周期性數字波形1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法 tr脈沖寬度脈沖寬度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值幅值=5.0V 0.0V 5.0V tf0.5V 2.5V 4.5V 非理想脈沖波形非理想脈沖波形(3)(3)實際脈沖波形及主要參數實際脈沖波形及主要參數理想脈沖波形理想脈沖波形1.1.4 數字信號的描述方法數字信號的描述方法(4