数字电路-【百科总结】

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基本信息:

  • 中文名称::数字电路
  • 别名::数字系统、数字逻辑电路
  • 英文名称::Digital Circuit
  • 构成材料::半导体工艺制成的数字集成器件

目录:

1.发展
2.分类
3.特点
4.应用
5.分析方法
6.测试技术
7.电路研究
8.优点

一、发展:

    数字电路 是以 二值数字逻辑为基础的,其 ‘工作信号’ 是离散的数字信号。电路中的电子晶体管工作于 开关 状态,时而导通、时而截至

   “数电” 的发展与 “模电”一样经历了由:①电子管、②半导体分立器件、③集成电路等几个时代
但数电比模电发展的更快,

从60年代开始,数字集成器件以双型工艺制成了小规模逻辑器件。随后发展到中规模逻辑器件
70年代末,微处理器的出现,使数字集成电路的性能产生质的飞跃。

   数字集成器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。

   逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路,TTL逻辑门问世较早,其工艺经过不断改进,至今仍为主要的基本逻辑器件之一。
   随着CMOS工艺的发展,TTL有被CMOS器件所取代的趋势

   近几年,可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门陈列FPGA的的飞速进步,使数字电子奇数开创了心的局面,不仅规模大,而且将硬件与软件结合,使器件的功能更加完善,使用更灵活。

   数字电路或数字集成电路是由许多的逻辑门组成的复杂电路。与模电相比较,它主要进行数字信号的处理(既信号以0与1两个状态表示),因此抗干扰能力较强。 数字集成电路有各种门电路、触发器以及由它们构成的各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。
    一个数字系统一般由控制部件和运算部件组成,在时脉的驱动下,控制部件控制运算部件完成所要执行的动作。 通过模拟数字转换器、数字模拟转换器,数字电路可以和模拟电路互相连接。


二、分类:

按功能来分:

  • 组合逻辑电路:

        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。
    
  • 时序逻辑电路:

     	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。
    

按电路有无集成原件来分:

  • 分立元件数字电路
  • 集成数字电路

按集成电路的集成度来分:

  • 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)
  • 超规模集成数字电路(VLSI)

按构成电路的半导体器件来分:

  • 双极型数字电路
  • 单极型数字电路

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三、特点:

特点 说明
同时具有算术运算和逻辑运算的功能 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。
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。
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。

四、应用:

数字电路与数字电子技术广泛应用于 电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等技术领域

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五、分析方法:

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。


六、测试技术:

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。


七、电路研究:

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)


八、优点:

优点 描述
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。

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