數(shù)字電路的特點(diǎn)和類型以及應(yīng)用

　　數(shù)字電路是處理數(shù)字信號(hào)并能完成數(shù)字運(yùn)算的電路。在電子計(jì)算機(jī)、電機(jī)、通信設(shè)備、自動(dòng)控制、雷達(dá)、家用電器、日常電子小產(chǎn)品、汽車電子等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

　　1.什么是數(shù)字信號(hào)

　　電信號(hào)通常分為模擬和數(shù)字信號(hào)兩類。模擬信號(hào)是連續(xù)變化的，而數(shù)字信號(hào)是斷續(xù)變化（即離散）的。

　　數(shù)字信號(hào)目前常取二值信息，它用兩個(gè)有一定數(shù)值范圍的高或低電平來表示，也可用兩個(gè)不同狀態(tài)的邏輯符號(hào)如“1”和“0”來表示。典型的數(shù)字信號(hào)波形是具有一定幅值的矩形波，當(dāng)它作用在某些電子電路上時(shí)，其半導(dǎo)體器件就會(huì)在截止與導(dǎo)通（或飽和）狀態(tài)下工作，這和模擬信號(hào)作用于電路時(shí)器件工作在線性放大狀態(tài)相比有根本的不同。

　　2.什么是數(shù)字電路

　　處理加工數(shù)字信號(hào)的電子電路稱作數(shù)字電路。電路的一般框圖如圖1-1所示，其輸入與輸出的資料以及控制與操作的變量都是數(shù)字信號(hào)。

　　圖1-1電路中含有對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳送、邏輯運(yùn)算、控制、計(jì)數(shù)、寄存、顯示以及信號(hào)的產(chǎn)生、整形、變換等不同功能的數(shù)字部件。

?　　數(shù)字電路的特點(diǎn)主要有以下幾方面：

　　·電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，便于集成、系列化生產(chǎn)，成本低廉，使用方便。

　　·由數(shù)字電路組成的數(shù)字系統(tǒng)，工作準(zhǔn)確可靠，精度高。

　　·不僅能完成數(shù)值運(yùn)算，還可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算與判斷，在控制系統(tǒng)中是不可少的，因此又把它稱作“數(shù)字邏輯電路”。

　　3.數(shù)字電路的分類

　　數(shù)字電路根據(jù)分類方式的不同通常有以下3種分類方法。

　　1.按電路組成結(jié)構(gòu)分類

　　數(shù)字電路按其電路的組成機(jī)構(gòu)分類，可分為：分立組件和集成電路兩類。其中集成電路按集成度（在一塊硅片上包含的邏輯門電路或組件的數(shù)量）分為：小規(guī)模（SSI）、中規(guī)模（MSI）、大規(guī)模（LSI）和超大規(guī)模（VLSI）集成電路。

　　2.按所用器件分類

　　數(shù)字電路按電路所用器件分類，可以分為：雙極型（如DTL、TTL、ECL、IIL、HTL）和單極型（如NMOS、PMOS、COMS）電路。

　　3.按邏輯功能分類

　　數(shù)字電路按邏輯功能分類，可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。

　　數(shù)字邏輯電路分類

　　按功能來分：

　　1、組合邏輯電路

　　簡(jiǎn)稱組合電路，它由最基本的邏輯門電路組合而成。特點(diǎn)是：輸出值只與當(dāng)時(shí)的輸入值有關(guān)，即輸出惟一地由當(dāng)時(shí)的輸入值決定。電路沒有記憶功能，輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變化，類似于電阻性電路，如加法器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器等都屬于此類。

　　2、時(shí)序邏輯電路

　　簡(jiǎn)稱時(shí)序電路，它是由最基本的邏輯門電路加上反饋邏輯回路（輸出到輸入）或器件組合而成的電路，與組合電路最本質(zhì)的區(qū)別在于時(shí)序電路具有記憶功能。時(shí)序電路的特點(diǎn)是：輸出不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入值，而且還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)。它類似于含儲(chǔ)能元件的電感或電容的電路，如觸發(fā)器、鎖存器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、儲(chǔ)存器等電路都是時(shí)序電路的典型器件。

　　按電路有無集成元器件來分，可分為分立元件數(shù)字電路和集成數(shù)字電路。

　　按集成電路的集成度進(jìn)行分類，可分為小規(guī)模集成數(shù)字電路（SSI）、中規(guī)模集成數(shù)字電路（MSI）、大規(guī)模集成數(shù)字電路（LSI）和超大規(guī)模集成數(shù)字電路（VLSI）。

　　按構(gòu)成電路的半導(dǎo)體器件來分類，可分為雙極型數(shù)字電路和單極型數(shù)字電路。

　　數(shù)字電路的分類

　　包括數(shù)字脈沖電路和數(shù)字邏輯電路。

　　前者研究脈沖的產(chǎn)生、變換和測(cè)量；后者對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

　　數(shù)字電路的劃分

　　1.按功能分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類。

　　前者在任何時(shí)刻的輸出，僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài)，而與電路過去的狀態(tài)無關(guān)，它們不具有記憶功能。常用的組合邏輯器件有加法器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等。

　　后者在任何時(shí)候的輸出，不僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài)，而且與電路過去的狀態(tài)有關(guān)，它們具有記憶功能。

　　2.按結(jié)構(gòu)分為分立元件電路和集成電路。

　　前者是將獨(dú)立的晶體管、電阻等元器件用導(dǎo)線連接起來的電路。

　　后者將元器件及導(dǎo)線制作在半導(dǎo)體硅片上，封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，并焊出引線的電路。集成電路的集成度是不同的。

? ? ? ?數(shù)字電路的應(yīng)用

　　目前，數(shù)字電路的應(yīng)用已極為廣泛。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，在圖像及電視信號(hào)處理中，都可以用若干個(gè)0和1編制成各種代碼，分別代表不同的信息含義；在自動(dòng)控制中，可以利用數(shù)字電路的邏輯功能，設(shè)計(jì)出各種各樣的數(shù)字控制裝置；在測(cè)量?jī)x表中，可以利用數(shù)字電路對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理，并將測(cè)試結(jié)果用十進(jìn)制數(shù)碼顯示出來；尤其在數(shù)字電子計(jì)算機(jī)中，可以利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)各種功能的數(shù)字信息的處理。數(shù)字電子計(jì)算機(jī)已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的一切領(lǐng)域，并已帶來了許多方面根本性能的變革。

　　必須指出，數(shù)字電路只能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，它的輸入和輸出均為數(shù)字信號(hào)，而大量的物理量幾乎都是模擬信號(hào)。因此，首先必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，才可送給數(shù)字電路進(jìn)行處理，而且還要把數(shù)字結(jié)果再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。完成將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字信號(hào)的電路稱為模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路；完成將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)模擬信號(hào)的電路稱為數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路。

　　應(yīng)該說明的是，隨著中、大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，成本不斷降低，大量使用通用中、大規(guī)模功能塊已勢(shì)在必行。因此，邏輯設(shè)計(jì)方法在不斷發(fā)展。此外，數(shù)字電路的概念也在發(fā)生變化，例如，在單片計(jì)算機(jī)中，已將元器件制造技術(shù)、電路設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)構(gòu)成技術(shù)等融為一體，元器件、電路、系統(tǒng)的概念已趨于模糊了。數(shù)字電路和設(shè)備隨著新技術(shù)的發(fā)展也在不斷變化，類型層出不窮，所以數(shù)字技術(shù)是一門發(fā)展很快的學(xué)科。本書僅介紹數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)。

　　數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，除要掌握基本原理、基本方法以外，更重要的是靈活運(yùn)用。因此，在學(xué)習(xí)中要完成一定數(shù)量的習(xí)題和配有一定的實(shí)驗(yàn)。只有這樣，才能掌握本課程基本內(nèi)容、掌握分析問題的基本方法，培養(yǎng)靈活地解決實(shí)際問題的能力。