数字电路的特点和类型以及应用

　　数字电路是处理数字信号并能完成数字运算的电路。在电子计算机、电机、通信设备、自动控制、雷达、家用电器、日常电子小产品、汽车电子等许多领域得到了广泛的应用。

　　1.什么是数字信号

　　电信号通常分为模拟和数字信号两类。模拟信号是连续变化的，而数字信号是断续变化（即离散）的。

　　数字信号目前常取二值信息，它用两个有一定数值范围的高或低电平来表示，也可用两个不同状态的逻辑符号如“1”和“0”来表示。典型的数字信号波形是具有一定幅值的矩形波，当它作用在某些电子电路上时，其半导体器件就会在截止与导通（或饱和）状态下工作，这和模拟信号作用于电路时器件工作在线性放大状态相比有根本的不同。

　　2.什么是数字电路

　　处理加工数字信号的电子电路称作数字电路。电路的一般框图如图1-1所示，其输入与输出的资料以及控制与操作的变量都是数字信号。

　　图1-1电路中含有对数字信号进行传送、逻辑运算、控制、计数、寄存、显示以及信号的产生、整形、变换等不同功能的数字部件。

　　

 　　数字电路的特点主要有以下几方面：

　　·电路结构简单，容易制造，便于集成、系列化生产，成本低廉，使用方便。

　　·由数字电路组成的数字系统，工作准确可靠，精度高。

　　·不仅能完成数值运算，还可以进行逻辑运算与判断，在控制系统中是不可少的，因此又把它称作“数字逻辑电路”。

　　3.数字电路的分类

　　数字电路根据分类方式的不同通常有以下3种分类方法。

　　1.按电路组成结构分类

　　数字电路按其电路的组成机构分类，可分为：分立组件和集成电路两类。其中集成电路按集成度（在一块硅片上包含的逻辑门电路或组件的数量）分为：小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路。

　　2.按所用器件分类

　　数字电路按电路所用器件分类，可以分为：双极型（如DTL、TTL、ECL、IIL、HTL）和单极型（如NMOS、PMOS、COMS）电路。

　　3.按逻辑功能分类

　　数字电路按逻辑功能分类，可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。

　　数字逻辑电路分类

　　按功能来分：

　　1、组合逻辑电路

　　简称组合电路，它由最基本的逻辑门电路组合而成。特点是：输出值只与当时的输入值有关，即输出惟一地由当时的输入值决定。电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，类似于电阻性电路，如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。

　　2、时序逻辑电路

　　简称时序电路，它是由最基本的逻辑门电路加上反馈逻辑回路（输出到输入）或器件组合而成的电路，与组合电路最本质的区别在于时序电路具有记忆功能。时序电路的特点是：输出不仅取决于当时的输入值，而且还与电路过去的状态有关。它类似于含储能元件的电感或电容的电路，如触发器、锁存器、计数器、移位寄存器、储存器等电路都是时序电路的典型器件。

　　按电路有无集成元器件来分，可分为分立元件数字电路和集成数字电路。

　　按集成电路的集成度进行分类，可分为小规模集成数字电路（SSI）、中规模集成数字电路（MSI）、大规模集成数字电路（LSI）和超大规模集成数字电路（VLSI）。

　　按构成电路的半导体器件来分类，可分为双极型数字电路和单极型数字电路。

　　数字电路的分类

　　包括数字脉冲电路和数字逻辑电路。

　　前者研究脉冲的产生、变换和测量；后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。

　　数字电路的划分

　　1.按功能分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

　　前者在任何时刻的输出，仅取决于电路此刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，它们不具有记忆功能。常用的组合逻辑器件有加法器、译码器、数据选择器等。

　　后者在任何时候的输出，不仅取决于电路此刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关，它们具有记忆功能。

　　2.按结构分为分立元件电路和集成电路。

　　前者是将独立的晶体管、电阻等元器件用导线连接起来的电路。

　　后者将元器件及导线制作在半导体硅片上，封装在一个壳体内，并焊出引线的电路。集成电路的集成度是不同的。

       数字电路的应用

　　目前，数字电路的应用已极为广泛。在数字通信系统中，在图像及电视信号处理中，都可以用若干个0和1编制成各种代码，分别代表不同的信息含义；在自动控制中，可以利用数字电路的逻辑功能，设计出各种各样的数字控制装置；在测量仪表中，可以利用数字电路对测量信号进行处理，并将测试结果用十进制数码显示出来；尤其在数字电子计算机中，可以利用数字电路实现各种功能的数字信息的处理。数字电子计算机已渗透到国民经济和人民生活的一切领域，并已带来了许多方面根本性能的变革。

　　必须指出，数字电路只能对数字信号进行处理，它的输入和输出均为数字信号，而大量的物理量几乎都是模拟信号。因此，首先必须将模拟信号转换成为数字信号，才可送给数字电路进行处理，而且还要把数字结果再转换成模拟信号。完成将模拟信号转换成相应数字信号的电路称为模／数转换电路；完成将数字信号转换成相应模拟信号的电路称为数／模转换电路。

　　应该说明的是，随着中、大规模集成电路的飞速发展，成本不断降低，大量使用通用中、大规模功能块已势在必行。因此，逻辑设计方法在不断发展。此外，数字电路的概念也在发生变化，例如，在单片计算机中，已将元器件制造技术、电路设计技术、系统构成技术等融为一体，元器件、电路、系统的概念已趋于模糊了。数字电路和设备随着新技术的发展也在不断变化，类型层出不穷，所以数字技术是一门发展很快的学科。本书仅介绍数字电路与数字电子技术的基础。

　　数字电路与数字电子技术是一门实践性很强的技术基础课，除要掌握基本原理、基本方法以外，更重要的是灵活运用。因此，在学习中要完成一定数量的习题和配有一定的实验。只有这样，才能掌握本课程基本内容、掌握分析问题的基本方法，培养灵活地解决实际问题的能力。