数字电路
概述
数字技术的发展及其应用(了解)
集成电路的发展
集成电路是什么?
作为初学者可以把集成电路当做是一个CPU,但是集成电路不仅仅有CPU,还有其他的。
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60-70年代
IC技术迅速发展:SSI、MSI、LSI、VLSI
IC(integrated circuit)集成电路
SSI小规模集成电路
MSI中规模集成电路
LSI大规模集成电路
VLSI超大规模集成电路
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80年代后
ULSI,ASIC 制作技术成熟
ULSI盛大规模集成电路
ASIC专用集成电路
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90年代后
一片集成电路上有40亿个晶体管
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目前
芯片内部的布线细微到纳米
微处理器的时钟频率高达3GHz(10^9Hz)
-
将来
高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路
电子器件的发展
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电子管时代
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晶体管时代
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半导体集成电路
- 1958年9月12日美国德州仪器的一个工程师杰克·基尔比研制出了世界上第一块集成电路。
- 做实验的一些芯片就是半导体集成电路
电路设计方法
- 传统的设计方法
- 采用自下而上的设计方法,先组装电路,再进行调试
- 现代的设计方法
- 采用自上而下的设计方法,先用计算机的软件进行电路的设计、分析、仿真、修改,之后再组装电路
EDA技术
- EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台,自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下载到芯片,实现系统功能, 使硬件设计软件化。
数字技术的应用
- 电脑、数码相机、智能家居等
数字集成电路的分类及特点(了解)
数字集成电路的分类
-
按照电路的结果特点及对输入信号的相应规则
- 组合逻辑电路
- 时序逻辑电路
-
按电路的形式
- 集成电路
- 分立电路
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按器件不同
- TTL电路
- CMOS电路
-
按集成度不同
集成度:每一个芯片所包含的门(电路)个数。
- SSI
- MSI
- LSI
- VLSI
- ULSI
数字电路的分析、设计与测试
-
数字电路的分析方法
-
根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系,说明电路实现的逻辑功能
-
分析工具:逻辑代数
电路逻辑功能主要用真值表、逻辑图、逻辑表达式和卡诺图、波形图。
-
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数字电路的设计方法
- 自底向上
- 自顶向下
数字信号和数字电路
- 电子电路分类
- 模拟电路:处理模拟信号的电路
- 数字电路:处理数字信号的电路
进制
各种进制
十进制
二进制
八进制
十六进制
进制转化
二、八、十六进制转换为十进制
逻辑代数
简介
-
用于描述客观事物逻辑关系的数学工具,又称布尔代数或开关代数
-
逻辑指事物因果关系的规律
-
与普通代数比较:
- 相似处:都是用字母表示变量,用代数式描述客观事物间的关系。
- 不同点:
- 逻辑代数描述客观事物间的逻辑关系,相应的函数称逻辑函数,变量称逻辑变量
- 逻辑变量和逻辑函数的取值都只有两个,通常用1和0表示;
- 运算规律有很多不同
-
注意:逻辑代数中的1和0不表示数量大小,仅表示两种相反的状态。
-
逻辑体制
- 正逻辑体制:规定高电平为逻辑1、低电平为逻辑0
- 负逻辑体制:规定高电平为逻辑0、低电平为逻辑1
- 通常未加说明,则为“正逻辑”体制。
基本逻辑运算
与运算
- 决定某一事件的所有条件都具备时,该事件才发生。
实践
半加器
- 半加器可以实现一位二进制数的加法运算,为二输入,二输出的加法器。
- 即0+0=00 0+1=01 1+0=01 1+1=10
- A为被加数,B为加数,输出结果用CS表示,A+B=CS
- 其中C为本位向更高位的进位,由于一位加法运算没有更高位,则C充当输出的高位,S为输出的低位
真值表
A | B | C | S |
---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 | 1 |
1 | 0 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 | 0 |
可以发现S的逻辑为A、B异或就行
而C的逻辑为A、B与就行
全加器
- 全加器的基本单元往往要实现三个一位二进制数的求和
- 即0+0+0=00、0+0+1=01、0+1+0=01、0+1+1=10、1+0+0=01、1+0+1=10、1+1+0=10、1+1+1=11
- 其中C是低位向本位的进位,Ci又是本位向更高位的进位,A仍然是被加数,B仍然为加数
A | B | C | Ci | S |
---|---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
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