數(shù)字電路

數(shù)字電路主要研究對象是電路的輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系，因而在數(shù)字電路中不能采用模擬電路的分析方法，例如，小信號模型分析法。由于數(shù)字電路中的器件主要工作在開關(guān)狀態(tài)，因而采用的分析工具主要是邏輯代數(shù)，用功能表、真值表、邏輯表達(dá)式、波形圖等來表達(dá)電路的主要功能。

隨著計算技術(shù)的發(fā)展，為了分析、仿真與設(shè)計數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)，還可以采用硬件描述語言，使用如ABEL語言等軟件，借助計算機來分析、仿真與設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)。

按功能來分:

簡稱組合電路，它由最基本的邏輯門電路組合而成。特點是:輸出值只與當(dāng)時的輸入值有關(guān)，即輸出惟一地由當(dāng)時的輸入值決定。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。

簡稱時序電路，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)別在于時序電路具有記憶功能。時序電路的特點是:輸出不僅取決于當(dāng)時的輸入值，而且還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)。它類似于含儲能元件的電感或電容的電路，如觸發(fā)器、鎖存器、計數(shù)器、移位寄存器、儲存器等電路都是時序電路的典型器件。

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)字電路與數(shù)字電子技術(shù)廣泛的應(yīng)用于電視、雷達(dá)、通信、電子計算機、自動控制、航天等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

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、變換和測量;后者對數(shù)字信號進行算術(shù)運算和邏輯運算。

數(shù)字電路的劃分:

1.按功能分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。

前者在任何時刻的輸出，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，封裝在一個殼體內(nèi)，并焊出引線的電路。集成電路的集成度是不同的。

電子設(shè)備從以模擬方式處理信息，轉(zhuǎn)到以數(shù)字方式處理信息的原因，主要在以下幾個方面:

穩(wěn)定性好:數(shù)字電路不像模擬電路那樣易受噪聲的干擾。

可靠性高:數(shù)字電路中只需分辨出信號的有與無，故電路的組件參數(shù)，可以允許有較大的變化(漂移)范圍。

可長期存儲:數(shù)字信息可以利用某種媒介，如磁帶、磁盤、光盤等進行長時期的存儲。

便于計算機處理:數(shù)字信號的輸出除了具有直觀、準(zhǔn)確的優(yōu)點外，最主要的還是便于利用電子計算機來進行信息的處理。

便于高度集成化:由于數(shù)字電路中基本單元電路的結(jié)構(gòu)比較簡單，而且又允許組件有較大的分散性，這就使我們不僅可把眾多的基本單元做在同一塊硅片上，同時又能達(dá)到大批量生產(chǎn)所需要的良率。

數(shù)字電路中研究的主要問題是輸出信號的狀態(tài)("0"或"1")和輸入信號("0"或"1")之間的邏輯關(guān)系，即電路的邏輯功能。

數(shù)字電路的研究方法是邏輯分析和邏輯設(shè)計，所需要的工具是邏輯代數(shù)。 (在正邏輯下，"0"是低電平，"1"是高電平，高低電平?jīng)]有明確的界限)

1、 同時具有算術(shù)運算和邏輯運算功能

數(shù)字電路是以二進制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進制數(shù)字信號，既能進行算術(shù)運算又能方便地進行邏輯運算(與、或、非、判斷、比較、處理等)，因此極其適合于運算、比較、存儲、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。

2、 實現(xiàn)簡單，系統(tǒng)可靠

以二進制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，可靠性較強。電源電壓的小的波動對其沒有影響，溫度和工藝偏差對其工作的可靠性影響也比模擬電路小得多。

3、 集成度高，功能實現(xiàn)容易

集成度高，體積小，功耗低是數(shù)字電路突出的優(yōu)點之一。電路的設(shè)計、維修、維護靈活方便，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字邏輯電路的集成度越來越高，集成電路塊的功能隨著小規(guī)模集成電路(SSI)、中規(guī)模集成電路(MSI)、大規(guī)模集成電路(LSI)、超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展也從元件級、器件級、部件級、板卡級上升到系統(tǒng)級。電路的設(shè)計組成只需采用一些標(biāo)準(zhǔn)的集成電路塊單元連接而成。對于非標(biāo)準(zhǔn)的特殊電路還可以使用可編程序邏輯陣列電路，通過編程的方法實現(xiàn)任意的邏輯功能。

數(shù)字電路在正確設(shè)計和安裝后須經(jīng)嚴(yán)格的測試方可使用。事實上，在邏輯設(shè)計階段就應(yīng)該考慮到數(shù)字電路的測試。如果對電路的測試目的只是為了檢查電路是否發(fā)生了故障，則稱這種測試為數(shù)字電路的故障檢測;對電路的邏輯功能的測試稱為功能測試或靜態(tài)測試;對電氣特性或時間特性的測試稱為動態(tài)測試;如果測試的目的不僅是為了檢查電路是否有故障，而且還要確定發(fā)生故障的部位，則稱這種測試為故障定位。