数字电路

数字电路主要研究对象是电路的输出与输入之间的逻辑关系，因而在数字电路中不能采用模拟电路的分析方法，例如，小信号模型分析法。由于数字电路中的器件主要工作在开关状态，因而采用的分析工具主要是逻辑代数，用功能表、真值表、逻辑表达式、波形图等来表达电路的主要功能。

随着计算技术的发展，为了分析、仿真与设计数字电路或数字系统，还可以采用硬件描述语言，使用如ABEL语言等软件，借助计算机来分析、仿真与设计数字系统。

按功能来分:

简称组合电路，它由最基本的逻辑门电路组合而成。特点是:输出值只与当时的输入值有关，即输出惟一地由当时的输入值决定。电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。

简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路(输出到输入)或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。时序电路的特点是:输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。它类似于含储能元件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。

按电路有无集成元器件来分，可分为分立元件数字电路和集成数字电路。

按集成电路的集成度进行分类，可分为小规模集成数字电路(SSI)、中规模集成数字电路(MSI)、大规模集成数字电路(LSI)和超大规模集成数字电路(VLSI)。

按构成电路的半导体器件来分类，可分为双极型数字电路和单极型数字电路。

数字电路与数字电子技术广泛的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术领域。

数字电路的分类:

包括数字脉冲电路和数字逻辑电路。

前者研究脉冲的产生、变换和测量;后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。

数字电路的划分:

1.按功能分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

前者在任何时刻的输出，仅取决于电路此刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，它们不具有记忆功能。常用的组合逻辑器件有加法器、译码器、数据选择器等。

后者在任何时候的输出，不仅取决于电路此刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关，它们具有记忆功能。

2.按结构分为分立元件电路和集成电路。

前者是将独立的晶体管、电阻等元器件用导线连接起来的电路。

后者将元器件及导线制作在半导体硅片上，封装在一个壳体内，并焊出引线的电路。集成电路的集成度是不同的。

电子设备从以模拟方式处理信息，转到以数字方式处理信息的原因，主要在以下几个方面:

稳定性好:数字电路不像模拟电路那样易受噪声的干扰。

可靠性高:数字电路中只需分辨出信号的有与无，故电路的组件参数，可以允许有较大的变化(漂移)范围。

可长期存储:数字信息可以利用某种媒介，如磁带、磁盘、光盘等进行长时期的存储。

便于计算机处理:数字信号的输出除了具有直观、准确的优点外，最主要的还是便于利用电子计算机来进行信息的处理。

便于高度集成化:由于数字电路中基本单元电路的结构比较简单，而且又允许组件有较大的分散性，这就使我们不仅可把众多的基本单元做在同一块硅片上，同时又能达到大批量生产所需要的良率。

数字电路中研究的主要问题是输出信号的状态("0"或"1")和输入信号("0"或"1")之间的逻辑关系，即电路的逻辑功能。

数字电路的研究方法是逻辑分析和逻辑设计，所需要的工具是逻辑代数。 (在正逻辑下，"0"是低电平，"1"是高电平，高低电平没有明确的界限)

1、 同时具有算术运算和逻辑运算功能

数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算(与、或、非、判断、比较、处理等)，因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。

2、 实现简单，系统可靠

以二进制作为基础的数字逻辑电路，可靠性较强。电源电压的小的波动对其没有影响，温度和工艺偏差对其工作的可靠性影响也比模拟电路小得多。

3、 集成度高，功能实现容易

集成度高，体积小，功耗低是数字电路突出的优点之一。电路的设计、维修、维护灵活方便，随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。

数字电路在正确设计和安装后须经严格的测试方可使用。事实上，在逻辑设计阶段就应该考虑到数字电路的测试。如果对电路的测试目的只是为了检查电路是否发生了故障，则称这种测试为数字电路的故障检测;对电路的逻辑功能的测试称为功能测试或静态测试;对电气特性或时间特性的测试称为动态测试;如果测试的目的不仅是为了检查电路是否有故障，而且还要确定发生故障的部位，则称这种测试为故障定位。

第1章 数字电路实验板的功能与制作

用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

逻辑运算又称布尔运算 布尔用数学方法研究逻辑问题，成功地建立了逻辑演算。他用等式表示判断，把推理看作等式的变换。这种变换的有效性不依赖人们对符号的解释，只依赖于符号的组合规律 。这一逻辑理论人们常称它为布尔代数。20世纪30年代，逻辑代数在电路系统上获得应用，随后，由于电子技术与计算机的发展，出现各种复杂的大系统，它们的变换规律也遵守布尔所揭示的规律。逻辑运算 (logical operators) 通常用来测试真假值。最常见到的逻辑运算就是循环的处理，用来判断是否该离开循环或继续执行循环内的指令。

第2章 数字电路实验接线参考

第3章 数字电路实验板的线路分析与故障排除

第4章 数字电路实验板应用范例

第5章 自己做一支实用型逻辑笔

第6章 许多好玩又实用的小实验

第7章 为交通警察做一个米轮尺

第8章 为体育老师做一台百米赛跑多人计时器

第9章 频率计与转速计变成超速报警器

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这本《数字电路创意实验》由卢明智等人编著:数字电路课程从早期认识O与1开始，进入数字IC的实习与使用，迄今PLA、PLD、FPGA……及各式整合型大1C相继问世，使得数字电路课程中的系统整合变得格外重要。教导学生如何把现有的中小型数字IC(如TTL、CMOS……)组成实用的线路，将是未来数字电路教学的主要趋势，以迎合门阵列的系统规划及相关接口电路的设计。