数字电路基础知识

数字电路 
    1.基本概念：工作在数字信号下的电路统称为数字电路。
    2.结构特点：数字电路是以二值数字逻辑为基础的，其中的工作信号是离散的数字信号。电路中的电子器件，如二极管、三极管（BJT）、场效应管（FET）处于开关状态，时而导通，时而截止。
    3.组成材料：数字集成器件所用的材料以硅材料为主，在高速电路中，也使用化合物半导体材料，例如砷化镓等。

数字电路的发展 
    1.发展历史：与模拟电路一样，数字电路经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个阶段。但数字集成电路比模拟集成电路的发展更快，使数字集成电路的性能产生了质的飞跃。 
    2.器件工艺的发展：逻辑门是一种重要的逻辑单元电路。TTL逻辑门电路问世较早，其工艺经过不断改进，至今已成为主要的基本逻辑器件之一。随着MOS工艺特别是CMOS工艺的发展，TTL的主导地位有被CMOS器件所取代的趋势。近年来，可编程逻辑器件（PLD）特别是现场可编程门阵列（FPGA）的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更加完善，使用也更加灵活。

数字电路的应用 
    数字电路在日常生活中的应用很多，尤其是数字电路和计算机技术的发展，使数字电路的应用越来越普遍，它已经被广泛应用于工业、农业、通信、医疗、家用电子等各个领域，如工农业生产中用到的数控机床、温度控制、气体检测、家用冰箱、空调的温度控制、通信用的数字手机以及正在发展中的网络通信、数字化电视等。随着数字电路的发展，其应用将会越来越广泛，它将会深入到生活的每一个角落。

数字电路的分类
    按集成度来分，数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、超大规模和甚大规模五类。所谓集成度是指每一芯片所包含的晶体管的个数，表1.4.1列出了五类数字集成电路的分类依据。由表可以看出，存储器是基本数字部件之一，集成度很高。利用存储器可以记忆或存储二值数字1或0。存储的数字信息可以取出来分析或直接利用，例如，打印机可从计算机的存储器里取出信息并打印在纸上。

表 1.4.1 数字电路的分类

分类	三极管的个数	典型集成电路
小规模	最多10个	逻辑门电路
中规模	10～100	计数器、加法器
大规模	100～1000	小型存储器、门阵列
超大规模	1000～106	大型存储器、微处理器
甚大规模	106以上	可编程逻辑器件、多功能集成电路

数字电路的特点 
    数字电路的信号是不连续变化的数字信号，所以在数字电路中工作的器件多数工作在开关状态，即工作在饱和区和截止区，而放大区只是过渡状态。数字电路的主要研究对象是电路的输入和输出之间的逻辑关系，因而在数字电路中就不能采用模拟电路的分析方法，例如，微变等效电路法等就不适用了。这里的主要分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要用真值表，逻辑表达式及波形图等。 

数字系统 
    数字系统的构成如图1.4.1所示。 

 

图1.4.1 数字系统框图

    数字系统通常由输入接口、输出接口、数据处理和控制器构成。输入接口和输出接口的主要任务是将模拟量转换为数字量，或将数字量转换为模拟量，处理器的主要作用是控制系统内部各部件的工作，使它们按照一定的程序操作。通常以是否有控制器作为区分功能部件和数字系统的标志，凡是包含控制器且能够按顺序进行操作的系统，无论规模大小，一律称为数字系统。