数字电子技术：绪论.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,典型应用,电子器件的发展,设计方法的变化,参考书,绪 论,数字电路的概述,学习方法,考核方法,基本知识,基本知识概述,物理信号,连续信号模拟信号,离散信号数字信号,数模转换,将数字信号转换为模拟信号（简称,DA,）,模数转换,将模拟信号转换为数字信号（简称,A D,转换）,数字系统,-,能对数字信号进行加工、传递和存储的实体，这个 实体由实现各种功能的数字逻辑电路相互连接而成。,模拟系统,-,能对模拟信号进行加工、传递和存储的实体，这个实体由实现各种功能的电子电路相互连接而成。,一、数字电路的概述,模拟电路与数字电路及区别,模拟电路：,处理的信号是 模拟信号,数字电路：,处理的信号是数字信号,一、数字电路的概述,数字逻辑,：,用数字方式研究和处理事件的逻辑状态和事件之间逻辑关系的方法，就称为数字逻辑。,数字电路,：数字电路只能处理数字信号，是物理实现数字逻辑关系的重要方法之一，也是现代电子技术的重要组成部分。,。,数字逻辑模型及特点：,所谓数字逻辑模型，是指用数字逻辑方法对一个实际逻辑系统的描述结果。,。,逻辑模型表征的是逻辑特性，,只代表数字逻辑信号之间逻辑状态的相互影响和逻辑运算关系，不代表各逻辑信号之间的数值关系。逻辑关系只有真和假、有和无，不存在连续变化的可能性。也不存在似是而非的可能性。,逻辑模型表现形式多样性，,同一个逻辑模型可以有不同的表现形式。对同一逻辑模型可有不同的数学描述形式。例如对同一个逻辑系统，可以使用表格作为逻辑模型，也可以使用状态图形作为逻辑模型。,各逻辑模型之间可以相互转换。,1.,工作信号是,离散,的，因此电路中工作的,半导体管,多数工作在,开关状态,。如二极管工作在导通和截止态、三极管工作在饱和态和截止态,2.,研究对象是,输入,和,输出,的,逻辑关系,，因此主要的,分析工具是逻辑代数,，表达电路的功能主要是真值表、逻辑表达式及波形图等。,一、数字电路的概述,数字电路的特点,3.,电路结构简单，功能强，功耗低，集成度高，造价低。,4.,工作速度快,精度高,可靠性好,。,5.,数字电路的基本参数采用标准参数，通用性强，应用广泛。,一、数字电路的概述,数字电路的类型,数字电路,组合逻辑电路,电路中无记忆器件，无反馈。,时序逻辑电路,同步时序逻辑电路,异步时序逻辑电路,脉冲异步时序逻辑电路,电平异步时序逻辑电路,电路中含有记忆器件及反馈,电路状态的转换是在同一时钟的控制下进行,电路状态的转换不是在同一时钟的控制下进行,由组合电路与延时电路组成，电路在电平控制下转换,数字逻辑与电路的基本内容,基本逻辑门电路,组合逻辑电路,时序逻辑电路,存储器电路,脉冲整形电路,基本门、三态门、,OC,门,编译码器、数据选,择、比较器、启动,、,可编程器件,ROM,、,EPROM,、,RAM,触发器、寄存器、计数器,单稳态触发器、振荡器、施,密特触发器,一、数字电路的概述,计算机,通信（,DSP,应用）,数码像机等家电,返 回,二、典型应用,二、典型应用,数字信号处理,(DSP),简介：,数字信号处理是一个较新的学科领域，它是把数字或符号表示的序列，通过计算机或专用处理设备，用数字的方法去处理这些序列，已达到更符合人们要求的信号形式。,数字滤波器和数字频谱分析是数字信号处理的两个分支，可进行复杂的数学运算，例如数学逼近，傅里叶变换、,Z,变换、快速傅里叶变换、卷积积分等。所以，数字信号处理应用非常广泛，凡是用数字方式对信号进行滤波、变换、增强、压缩、估计、识别等都是数字信号处理的研究对象。,前置预滤波器,模拟滤波器,A/D,转换器,D/A,转换器,数字信号处理器,X,a,(t),Y,a,(t),Y,(n),X,(n),数字信号处理系统简单框图,会议电视,数字移动蜂窝电话,家庭信息中心,虚拟教育,数字相机,自动驾驶汽车,视觉感应器,数据存储与处理,返回,集,成,电,路,绪 论,三、电子器件的发展,电,子,管,晶,体,管,分,立,元,件,（,（,SSI,（,100,以下,）,MSI,（,10,3,）,LSI,（,10,4,）,超大规模,VLSI,（,10,5,以上）,1906,年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体,积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一,台计算机用了,1.8,万只电子管，占地,170,平方米，,重,30,吨，耗电,150KW,。目前在一些大功率发射,装置中使用。,1948,年，肖克利等发明了晶体管，其,性能在体积、重量方面明显优于电子,管，但器件较多时由分立元件组成的,分立电路体积大、焊点多、电路的可,靠性差。,1960,年集成电路出现，成千上万个器件集成在一块芯片，大大促进了电子学的发展，尤其促进数字电路和微型计算机的飞速发展。,芯片中集成上万个,等效门，目前高的,已达上百万门。,特大,规模,ULSI,（,10,6,以上）,表,1-1,集成电路不同发展阶段的特征参数主要特征,主要特征,SSI,MSI,LSI,VLSI,ULSI,GSL,元件数,/,片,10,9,特征线宽,m,5-10,3-5,1-3,120,100,40,15,10-15,结深,m,1.2-2,0.5-1.2,0.2-0.5,0.1-0.2,硅片直径,inch,2,2-3,4-5,6,8,12,06,年,Pentium 4 643(3.2GHz),采用,65nm,工艺,目前先进工艺为,AMD,公司的,28nm,工艺。,集成电路发展历程,电路集成规模,集成度（晶体管数）,国外实现时间段,我国实现时间段,小规模集成电路（,SSI,）,1,亿,至今,?,不断提高产品的性能价格比是微电子技术发展的动力,集成电路芯片的集成度每三年提高,4,倍，而加工特征尺寸缩小 倍，这就是,摩尔定律,微电子发展的规律,四、设计方法的变化,传统的设计方法：,现代的设计方法：,纯硬件电路逻辑设计，采用试凑法：比较适合分立元件及小规模集成电路的设计，所设计电路需反复调试，而且所用的元器件较多，出问题几率较高，电路的可靠性较差。,从传统的硬件逻辑设计发展为硬件逻辑设计、软件逻辑设计及兼有两者优点的集成电路,ASIC,设计。采用从上到下或从下到上设计方法，出现了相应的电子设计自动化技术（,EDA,）和复杂电路的测试技术。,返 回,四、设计方法的变化,目前比较流行的,数字逻辑,电路,或系统的,仿真分析,工具都是具有一定智能化的软件平台。,对,数字,电路,或系统的物理模型,进行描述的计算机语言是,SPICE,（,包括,PC,机支持的,PSPICE,）,，对数字电路或系统的逻辑功能和特性进行描述的语言是,VHDL,和,Verilog,。,此外，还有一些可以直接输入物理模型,或逻辑模型，,而不使用语言输入方式的,数字逻辑,电路,与,系统,的,分析、设计和仿真软件工具，例如,SystemView,、,Multisim(Workbench),和,OrCAD,等。,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逻辑综合、布局布线、仿真等工作。最后下载到芯片，实现方案。,EDA,技术：,1,、设计：,在计算机上利用软件平台进行设计,设计方法,原理图设计,VHDL,语言设计,状态机设计,返 回,2,、仿真,3,、下载,4,、验证结果,实验板,下载线,返 回,EDA,工程：,EDA,工程广义的定义范围应包括：,1,、半导体工艺设计自动化；,2,、可编程器件（,PLD,、,CPLD,等,),设计自动化；,3,、电子系统设计自动化；,4,、印刷电路板设计自动化；,5,、仿真、测试、故障诊断、形式验证自动化。,6,、,EDA,软件平台的研究与开发。,EDA,工程的应用范畴：,用户需求功能定义,波形输入法,VHDL,语言输入法,电路图输入法,ASIC,设计平台,PLD,设计平台,PCB,设计平台,半导体厂,IC,产品,可编程,ASIC,产品,制版厂,PCB,产品,电子系统整机设计、制造用户最终产品,学 习 方 法,保证基础,熟练掌握有关逻辑设计的基础知识、,基本概念、,分析和设计方法,注意记笔记、独立完成作业和,无旷课,。,结合实验学习,(,包括虚拟实验和实际的实验,),。,学 习 要求,掌握逻辑函数的基本运算规则和表示方法、掌握数字表达式的简化方法、掌握逻辑表达式的基本实现技术、记住所用过逻辑电路的功能和特点,、,掌握数字电路的一般分析和设计方法。,了解从上到下的现代数字系统的设计方法，学习使用,EDA,软件设计平台。,考核 方 法,1,）,平时考核,评价学生是否按要求的时间完成了所规定的最基本训练。要求独立完成作业，无旷课。成绩满分为,10,分。,2,）闭卷考试,评价学生知识体系的完整性、严密性，以及对本课程必要知识的掌握程度，满分为,65,分。,3,）实验成绩,25,分,说明：,闭卷考试达到,39,分以上时，平时成绩方能有效,。,教材及参考资料,2.,数字逻辑与系统 候建军 铁道出版社,3.,数字逻辑及数字集成电路 王尔乾 清华大学出版社,4.,数字逻辑 欧阳明星 华中理工大学出版社,返 回,5.,数字设计 张著 北京理工大学出版社,1.,数字电子技术基础 阎石 高等教育出版社,教材：,电子技术及其应用基础,（数字部分）,李哲英,参考书：,生物,2009,级,任课教师,电子信息学院 李晓光,答疑时间及地点,周四晚,7:009:00,时 南,118,