數(shù)字電路分析方法

數(shù)字電路主要研究對(duì)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(hào)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(lái)表達(dá)電路的主要功能。

隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，為了分析、仿真與設(shè)計(jì)數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)，還可以采用硬件描述語(yǔ)言，使用如ABEL語(yǔ)言等軟件，借助計(jì)算機(jī)來(lái)分析、仿真與設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)。

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(jì)算機(jī)、自動(dòng)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(cè)量;后者對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

數(shù)字電路的劃分:

1.按功能分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類。

前者在任何時(shí)刻的輸出，僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài)，而與電路過(guò)去的狀態(tài)無(wú)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(shí)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(guò)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(dú)立的晶體管、電阻等元器件用導(dǎo)線連接起來(lái)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(gè)殼體內(nèi)，并焊出引線的電路。集成電路的集成度是不同的。

1、 同時(shí)具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能

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

2、 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠

以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，可靠性較強(qiáng)。電源電壓的小的波動(dòng)對(duì)其沒有影響，溫度和工藝偏差對(duì)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(shí)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(diǎn)之一。電路的設(shè)計(jì)、維修、維護(hù)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(lái)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(jí)、器件級(jí)、部件級(jí)、板卡級(jí)上升到系統(tǒng)級(jí)。電路的設(shè)計(jì)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(duì)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(guò)編程的方法實(shí)現(xiàn)任意的邏輯功能。

按功能來(lái)分:

簡(jiǎn)稱組合電路，它由最基本的邏輯門電路組合而成。特點(diǎn)是:輸出值只與當(dāng)時(shí)的輸入值有關(guān)，即輸出惟一地由當(dāng)時(shí)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(jiǎn)稱時(shí)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(shí)序電路具有記憶功能。時(shí)序電路的特點(diǎn)是:輸出不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入值，而且還與電路過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)。它類似于含儲(chǔ)能元件的電感或電容的電路，如觸發(fā)器、鎖存器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、儲(chǔ)存器等電路都是時(shí)序電路的典型器件。

按電路有無(wú)集成元器件來(lái)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(jìn)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(lái)分類，可分為雙極型數(shù)字電路和單極型數(shù)字電路。

數(shù)字電路在正確設(shè)計(jì)和安裝后須經(jīng)嚴(yán)格的測(cè)試方可使用。事實(shí)上，在邏輯設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮到數(shù)字電路的測(cè)試。如果對(duì)電路的測(cè)試目的只是為了檢查電路是否發(fā)生了故障，則稱這種測(cè)試為數(shù)字電路的故障檢測(cè);對(duì)電路的邏輯功能的測(cè)試稱為功能測(cè)試或靜態(tài)測(cè)試;對(duì)電氣特性或時(shí)間特性的測(cè)試稱為動(dòng)態(tài)測(cè)試;如果測(cè)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(cè)試為故障定位。

數(shù)字電路中研究的主要問題是輸出信號(hào)的狀態(tài)("0"或"1")和輸入信號(hào)("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(jì)，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)

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(gè)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(hào)的有與無(wú)，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(zhǎng)期存儲(chǔ):數(shù)字信息可以利用某種媒介，如磁帶、磁盤、光盤等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)期的存儲(chǔ)。

便于計(jì)算機(jī)處理:數(shù)字信號(hào)的輸出除了具有直觀、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)外，最主要的還是便于利用電子計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)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(jiǎn)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(shí)又能達(dá)到大批量生產(chǎn)所需要的良率。