1.1 数字信号与数字电路
目标1：what is 数字信号与数字电路
1.1.1.数字技术的发展及其应用
（1）发展：
发展过程特点:
以电子器件的发展为基础，如下图
电子管时代：
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。
晶体管时代：电流控制器件 （半导体技术）
半导体集成电路：
集成度上发展：
60~70代 -10万个晶体管/片 -IC技术迅速发展
80年代后 -10亿个晶体管/片 -ASIC 制作技术成熟
90~7年代后 -40亿个晶体管 -
目前 -芯片内部的布线细微到亚微米(0.13~0.09m)量级
微处理器的时钟频率高达3GHz（109Hz）（将来 -高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路）
电路设计方法上发展：
a)传统的设计方法：
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。
b)现代的设计方法：
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 全通过计算机完成
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。
（2）应用
1.1.2 数字集成电路的分类及特点
（1）分类
电路的结构特点及其对输入信号的响应规则——组合逻辑电路和时序逻辑电路
电路的形式 ——可分为集成电路和分立电路
器件不同 ——可分为TTL 和 CMOS电路
集成度不同 ——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
（2）特点
- 稳定性高,抗干扰能力强：只有高、低两种电平分别用1、0表示
- 易于实现各种控制和决策应用系统数字电路能够对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算，具有一定的“逻辑思维”能力
- 体积小,通用性好,成本低，便于集成
- 具可编程性及保密性,可实现硬件设计软件化
- 数字信号便于存储
- 可扩展性：扩展端口便于系统升级
- 高速度 低功耗
（3）数字电路的分析、设计与测试方法
分析：根据电路确定电路输出与输入之间的逻辑关系
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
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（全过程人工，硬件电路的验证和调试是在电路构成后进行）
和基于EDA软件（借助于计算机）的设计方。
目标2：了解数字信号的特点及表示方法
1.1.3 模拟信号与数字信号
1. 模拟信号：
-时间和数值均连续变化的电信号，如正弦波、三角波等
（a）、研究模拟信号时，我们注重电路输入、输出信号间的大小、相位
（b）模拟电路中，晶体管一般工作在线性放大状态
2、数字信号：
在时间上和数值上均是离散的信号
(a)、数字电路：处理数字信号的电路
(b)、研究数字电路时注重电路输出、输入间的逻辑关系
(c)、在数字电路中，三极管工作在开关状态，即工作在饱和和截止状态
3.模拟信号的数字表示
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
模拟信号通过取样电路后变成时间离散、幅值连续的取样信号
1.1.4 数字信号的描述方法
1、二值数字逻辑和逻辑电平
二值数字逻辑：
0、1数码---表示数量时称二进制数（表示事物状态时称二值逻辑）
表示方式：
1.在电路中用低、高电平表示0、1两种逻辑状态
逻辑“0”和逻辑“1”表示彼此相关又互相对立的两种状态。不是表示大小
2、数字波形
(1)两种类型：
非归零型（一拍内用高电平代表1，低电平代表0）
归零型（一拍内有脉冲代表1，无脉冲代表0）
一般只有作为时序控制信号的时钟脉冲是归零型，其他大多数数字信号都是非归零型。数字信号只有两个取值，故称为二值信号，数字波形又称为二值位形图。非归零信号的每位数据占用一个位时间。每秒钟传输数据的位数称为数据率或比特率。
(2)周期性和非周期性
周期性数字波形常用周期T和f频率来描述。脉冲波形的脉冲宽度称为脉宽，它表示脉冲的作用时间。另一个重要参数是占空比q（脉宽占整个周期的百分比）。
q（％）=tw/T*100％
当占空比为50％时，此时的矩形脉冲为方波。即0和1交替出现并持续占有相同的时间。
(3)实际脉冲波形及主要参数
周期 (T) ---- 表示两个相邻脉冲之间的时间间隔
脉冲宽度 (tw )---- 脉冲幅值的50%的两个时间所跨越的时间
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 )
(4)时序图
表明各个数字信号时序关系的多重波形图，表明多个输入信号的先后顺序。
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。
练习题：会算占空比、
