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1、11.1.1 数字技术的发展及其应用1.1.2 数字集成电路的分类及特点1.1.3 模拟信号与数字信号1.1.4 数字信号的描述方法1.1 数字电路与数字信号第1页/共24页2数字技术的发展及其应用80年代后-ULSI，1 0 亿个晶体管/片90年代后-97年一片集成电路上有40亿个晶体管。6070代-IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI、VLSI。10万个晶体管/片。现在-芯片内部的布线细微到 32nm微处理器 Core i7 四核芯 263平方毫米 7.31亿个晶体管 Core i7六核心Gulftown芯片 248平方毫米 11.7亿个晶体管NV G200 显卡GPU芯片 14亿个晶
2、体管第2页/共24页3发展特点:以电子器件的发展为基础电子管时代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。目前在一些大功率发射装置中使用。电压控制器件电真空技术第3页/共24页4晶体管时代电流控制器件 半导体技术半导体二极管、三极管器件第4页/共24页5半导体集成电路第5页/共24页6电路设计方法伴随器件变化从传统走向现代a)传统的设计方法：b)现代的设计方法：采用自下而上的设计方法；由人工组装,经反复调试、验证、修改完成。所用的元器件较多，电路可靠性差,设计周期长。现代EDA技术实现硬件设计软件化。采用从上到下设计方法，电路设计、分析、仿真、修订 全通过计算机
3、完成。第6页/共24页7EDA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。1、设计：在计算机上利用软件平台进行设计原理图设计VerlogHDL语言设计状态机设计设计方法EDA（Electronics Design Automation)技术第7页/共24页83、下载2、仿真4、验证结果实验板下载线第8页/共24页9数码相机数码相机智能仪器智能仪器计算机计算机数字技术的应用的应用第9页/共24页10根据电路的结构特点及其对输入信号的响应规则的不同，-数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。从集成度
4、不同 -数字集成电路可分为小规模、中规模、大规模、超大规模和甚大规模五类。从电路的形式不同，-数字电路可分为集成电路和分立电路从器件不同 -数字电路可分为TTL 和 CMOS电路1、数字集成电路的分类1.1.2、数字集成电路的分类及特点第10页/共24页11可编程逻辑器件多功能专用集成电路106以上甚大规模大型存储器、微处理器10,00099,999超大规模小型存储器、门阵列1009999大规模计数器、加法器1299中规模逻辑门、触发器最多12个小规模典型集成电路门的个数分类集成度:每一芯片所包含的门个数第11页/共24页122、数字集成电路的特点1)电路简单,便于大规模集成,批量生产2)可靠
5、性、稳定性和精度高,抗干扰能力强3)体积小,通用性好,成本低.4)具可编程性,可实现硬件设计软件化5)高速度 低功耗6)加密性好 第12页/共24页133、数字电路的分析、设计与测试(1)数字电路的分析方法数字电路的分析:根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系。(2)数字电路的设计方法数字电路的设计:从给定的逻辑功能要求出发，选择适当的逻辑器件，设计出符合要求的逻辑电路。设计方式:分为传统的设计方式和基于EDA软件的设计方式。分析工具：逻辑代数。电路逻辑功能主要用真值表、功能表、逻辑表达式和波形图。第13页/共24页14-时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等 uOt Otu1.1
6、.模拟信号模拟信号1.1.3 数字信号与数字信号第14页/共24页15数字信号波形2、数字信号 -在时间上和数值上均是离散的信号。数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同，数字电路和模拟电路：工作信号，研究的对象不同，分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同分析、设计方法以及所用的数学工具也相应不同第15页/共24页163、模拟信号的数字表示由于数字信号便于存储、分析和传输，通常都将模拟信号转换为数字信号.0 0 模拟信号 模数转换器 3 V 数字输出 0 0 0 0 1 1 模数转换的实现第16页/共24页17电压(V)二值逻辑电 平+51H(高电平)00L(低电平)逻辑电平与电压值的
7、关系（正逻辑）1.1.4 数字信号的描述方法1、二值数字逻辑和逻辑电平 a、在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态 0、1数码-表示数量时称二进制数表示数量时称二进制数表示方式二值数字逻辑 -表示事物状态时称二值逻辑表示事物状态时称二值逻辑第17页/共24页18(a)用逻辑电平描述的数字波形(b)16位数据的图形表示2、数字波形数字波形-是信号逻辑电平对时间的图形表示.第18页/共24页19高电平低电平有脉冲*非归零型*归零型 比特率-每秒钟转输数据的位数无脉冲(1)数字波形的两种类型:第19页/共24页20(2)周期性和非周期性 非周期性数字波形周期性数字波形 第20页/共24页21非理
8、想脉冲波形(3)实际脉冲波形及主要参数第21页/共24页22几个主要参数:占空比 Q-表示脉冲宽度占整个周期的百分比上升时间tr 和下降时间tf-从脉冲幅值的10%到90%上升 下降所经历的时间(典型值ns)脉冲宽度(tw)-脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间周期(T)-表示两个相邻脉冲之间的时间间隔 tr脉冲宽度 tw 0.5V 4.5V 2.5V 幅值=5.0V 0.0V 5.0V tf0.5V 2.5V 4.5V 第22页/共24页23(4)时序图-表明各个数字信号时序关系的多重波形图。由于各信号的路径不同，这些信号之间不可能严格保持同步关系。为了保证可靠工作，各信号之间通常允许一定的时差，但这些时差必须限定在规定范围内，各个信号的时序关系用时序图表达。第23页/共24页24感谢您的观看。第24页/共24页