《数字电子技术基础》高等院校专业教材.pdf

数字电子技术与模拟电子技术不同,在数字电子技术中电路的工作信号是数字信号,它研
究的重点是电路输入信号的状态( 态或态)与输出信号的状态( 态或态)之间的逻辑关
系,主要的数学工具是逻辑代数。
一、数字信号
电子电路中的信号分模拟信号和数字信号两大类,模拟信号是指随时间连续变化的电信
号,例如温度、速度、压力、声音、物体的形变、位移、电场、磁场等物理量通过传感器转变而成的
电信号;而数字信号则是在时间和幅度上不连续的、离散的电信号。数字信号只有两种相互对
立的状态,如电平的高和低,脉冲的有和无。数字电路中,通常用数码和来表示这两种状
态,若规定高电平( 例如)为逻辑,低电平(例如)为逻辑,这种表示法称
为正逻辑;反之,若规定低电平(例如)为逻辑,高电平(例如)为逻辑的
表示法称为负逻辑。在无特殊说明的情况下,本教材采用正逻辑。图所示为一组根据
多个矩形脉冲信号的电平高低采用正逻辑表示得到的数字信号
图数字信号
二、数字电路
按照电子电路中工作信号的不同,电子电路通常分为模拟电路和数字电路两大类。产生、
传输、处理模拟信号的电路称为模拟电路,如正弦波振荡电路、放大电路等;产生、传输、处理数
字信号的电路称为数字电路。
数字电路被广泛应用于电子计算机、数字通信、数字式家用电器、数字仪表、数字控制装置
及工业逻辑系统等领域。下面以智力竞赛抢答电路为例来介绍几种常见的单元数字电路,图
是四人智力竞赛抢答电路的原理框图。
要求当主持人宣布抢答开始并发出开始信号后,对抢答成功者,要在数码显示器上显示出
相应的号码,并由喇叭发出声音。
假设参加抢答的四人的号码分别为,每人前面有一个按钮。当主持人宣布抢答
开始并发出开始信号后,开始信号通过门电路控制使时间鉴别器工作,此时若四人都按下按钮
开关,则由时间鉴别器鉴别出最先按下按钮的号码,并发出一个锁定信号,使时间鉴别器拒绝
接收其他的按钮号码。然后把鉴别出来的号码信号分为两路,一路通过编码器将号码信号转
换成对应的二进制代码,并送到寄存器进行保存后,再送到译码器的输入端,由译码器对该二
进制代码进行译码,以驱动数码显示器显示抢答成功者的号码所对应的数字;第二路则用号码
信号去控制多谐振荡器,使之产生具有一定频率的矩形波,使喇叭发出声音。
图抢答器方框图
从智力竞赛抢答器工作过程的简单叙述中可以看出,该数字电路大致包含数字信号的产
生与控制、编码、寄存、译码、显示等典型单元数字电路。
数字电路的特点
数字电路的结构和模拟电路一样,同样是由二极管、三极管、集成电路以及电阻、电容等元
器件组成的,但数字电路与模拟电路相比,具有以下主要特点:
稳定性好、抗干扰能力强
因数字电路只需判别输入、输出信号是逻辑还是逻辑,而无须表明逻辑、逻辑所表
示的精确电压(电流)值,因而具有较好的稳定性和抗干扰能力。
便于集成
通常数字电路中的晶体管均工作在开关状态,利用接通和断开两种截然不同的状态来代
表二值信息和。由于构成数字电路的基本单元电路结构比较单一,而且允许元件性能有
一定的离散性,只要能区分态和态就够了,因此便于集成和系列化生产,且成本低廉、使用
方便,从而进一步促进了集成电路在数字电路中的广泛应用。
处理能力强
数字信号不仅能对输入的数字信号进行算术运算,而且还能进行逻辑运算,即具有逻辑推
理和判断的能力,同时能方便地与电子计算机连接,利用计算机进行数据处理,实行实时控制。
精度高
可以通过增加二进制位数,使数字电路处理数字的结果达到人们所希望的精度。因此,数
字电路组成的数字系统工作准确、精度高。
便于存储
利用存储器可方便地对数字信号进行保存、传输和再现。
)功耗小
由于数字电路中的元件均处于开关状态,极大地降低了静态功耗。
数字电路存在上述模拟电路无法比拟的优点,故使其应用日益广泛,在整个电子电路所占
的比重也越来越大。必须指出,数字电路随着新技术的发展,集成电路也在向规模更大、功能
更强的方向发展,成本不断降低,类型层出不穷,大量使用大规模功能块已成为现实。所以,数
字电子技术是一门发展很快的学科。
数字电路的分类
数字电路的种类较多,其分类方法也较多,大致可从以下几方面对数字电路进行分类:
按集成电路规模大小分类,可将数字电路分为小规模( 、中规模( 、大规模(
和超大规模( 集成电路,其分类依据如表所示。集成电路从应用的角度又可分为通
用型和专用型两大类型。通用型是指为方便工程应用、已被定型的标准化、系列化的产品,适
用于各种不同的数字电路,如本教材附录中所列的即为部分常用的通用型数字集成电路。
专用型是指为某种特