6.2、典型小规模数字电路及其应用
数字电路的应用
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；在自动掌握中，可以利用数字电路的规律功能，设计出各种各样的数字掌握装置；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，并已带来了很多方面根本性能的变革。
必需指出，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，首先必需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。
应当说明的是，随着中、大规模集成电路的飞速进展，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，规律设计方法在不断进展。
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进展也在不断变化，类型层出不穷，所以数字技术是一门进展很快的学科。
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，除要把握基本原理、基本方法以外，更重要的是敏捷运用。
因此，在学习中要完成肯定数量的习题和配有肯定的试验。
只有这样，才能把握本课程基本内容、把握分析问题的基本方法，培育敏捷地解决实际问题的力量。
数字电路的应用与原理
数字电路的应用与原理1. 引言•数字电路是现代电子技术中的重要组成部分，用于处理和传输数字信号。
2. 数字电路的基本原理•数字电路是由数字逻辑门组成的电路，其中逻辑门通过逻辑运算实现对数字信号的处理和操作。
3. 数字电路的分类•组合逻辑电路：只通过输入信号的组合进行输出计算和操作的电路。
•时序逻辑电路：除了输入信号的组合外，还考虑了时序元件的状态和时钟的作用。
4. 数字电路的应用领域•计算机系统：数字电路在计算机的中央处理器、内存和输入输出设备中有广泛应用。
•通信系统：数字电路用于数字信号的编码、解码和传输。
•控制系统：数字电路用于实现自动控制和逻辑控制。
5. 数字电路的设计原则•可靠性：电路设计应确保电路的可靠性，以避免故障和损坏。
•灵活性：电路应具有一定的灵活性，以适应不同的输入和输出要求。
•高性能：电路应具有高速和高效率的特性，以满足实时处理和大数据量的需求。
6. 数字电路的设计过程1.确定需求：明确电路的功能和输入输出要求。
2.逻辑设计：使用逻辑门和逻辑运算符设计电路的逻辑功能。
3.电路优化：对逻辑电路进行优化，以提高性能和降低成本。
4.电路布局：将电路组件进行布局，并进行电路的连线。
5.仿真验证：通过仿真验证设计的电路是否满足要求。
6.物理实现：将电路设计转换为电路板或芯片的物理实现。
7.测试调试：对物理实现的电路进行测试和调试，以确保其正常工作。
7. 数字电路的发展趋势•集成化：数字电路的集成度越来越高，以满足小型化和高性能的需求。
•高速化：数字电路的工作频率不断提高，以实现更快的数据处理和传输速度。
•低功耗：数字电路的功耗不断降低，以减少能源消耗和热量产生。
8. 结论•数字电路在现代电子技术中扮演着重要角色，广泛应用于计算机系统、通信系统和控制系统等领域。
•了解数字电路的基本原理、应用和设计过程，对于电子工程师和电子科技爱好者具有重要意义。
数字电路的应用
数字电路的应用数字电路是以二值数字逻辑为基础的，其工作信号是离散的数字信号。
电路中的电子晶体管工作于开关状态，时而导通，时而截止。
数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。
但其发展比模拟电路发展的更快。
从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。
随后发展到中规模逻辑器件；70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。
从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
数字集成器件所用的材料以硅材料为主，在高速电路中，也使用化合物半导体材料，例如砷化镓等。
逻辑门是数字电路中一种重要的逻辑单元电路。
TTL逻辑门电路问世较早，其工艺经过不断改进，至今仍为主要的基本逻辑器件之一。
随着CMOS工艺的发展，TTL的主导地位受到了动摇，有被CMOS器件所取代的趋势。
近几年来，可编程逻辑器件PLD特别是现场可编程门阵列FPGA的飞速进步，使数字电子技术开创了新局面，不仅规模大，而且将硬件与软件相结合，使器件的功能更加完善，使用更灵活。
数字电路或数字集成电路是由许多的逻辑门组成的复杂电路。
与模拟电路相比，它主要进行数字信号的处理（即信号以0与1两个状态表示），因此抗干扰能力较强。
数字集成电路有各种门电路、触发器以及由它们构成的各种组合逻辑电路和时序逻辑电路。
一个数字系统一般由控制部件和运算部件组成，在时脉的驱动下，控制部件控制运算部件完成所要执行的动作。
通过模拟数字转换器、数字模拟转换器，数字电路可以和模拟电路互相连接。
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。
数字电路的应用
数字电路的应用范围
计算机硬件
通信系统
数字电路是计算机硬件的重要组成部分， 包括CPU、内存、硬盘等都离不开数字电 路。
数字电路在通信系统中发挥着重要作用， 如光纤通信、移动通信、卫星通信等都需 要数字电路进行信号处理和传输。
控制设备
数字信号处理
数字电路在各种控制设备中也有广泛应用 ，如智能仪表、工业自动化设备等都离不 开数字电路的支持。
寄存器
移位寄存器
可以存储二进制数据，并可以将数据向左或向右移动。
计数器
用于计数输入脉冲的个数，常用于定时器和分频器。
译码器
二进制译码器
有n个输入端和2^n个输出端，每个输出端对应一个输入的二进制码组合。
显示译码器
用于将二进制数转换为七段数码管显示的数字。
03
数字电路的应用实例
计算机硬件
中央处理器（CPU）
数字电路在数字信号处理领域也有广泛应 用，如音频、图像、视频等信号的处理都 离不开数字电路。
02
数字电路的基本组成
逻D门
实现逻辑与操作，当所有输入 都为高电平时，输出为高电平
。
OR门
实现逻辑或操作，当至少一个 输入为高电平时，输出为高电
平。
NOT门
实现逻辑非操作，对输入信号 进行反转。
04
数字电路的发展趋势
集成电路的发展
01
集成电路是数字电路发展的基础 ，随着微电子技术的不断进步， 集成电路的集成度越来越高，功 能越来越强大。
02
集成电路的发展推动了数字电路 的微型化和高效化，使得数字电 路在便携式设备、智能家居等领 域得到广泛应用。
高速数字电路的发展
随着数据传输速率的不断提高，高速 数字电路在通信、计算机等领域的应 用越来越广泛。
小规模集成电路ssl
小规模集成电路ssl小规模集成电路（Small Scale Integration，简称SSI）是指集成电路中的一种类型。
它是指在一个芯片上集成的门电路数量较少的集成电路。
与大规模集成电路（Large Scale Integration，简称LSI）和超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，简称VLSI）相比，小规模集成电路的规模较小，门电路数量较少。
小规模集成电路主要由几个逻辑门组成，逻辑门是构成数字电路的基本单元，可以实现与门、或门、非门等逻辑功能。
通过将多个逻辑门按照一定规则连接起来，可以构建出各种复杂的数字电路，实现各种逻辑功能。
小规模集成电路在各种电子设备中得到了广泛的应用。
它可以用于计算机、通信设备、工业控制等领域。
在计算机中，小规模集成电路可以用于构建中央处理器（CPU）、内存、输入输出接口等部分。
在通信设备中，小规模集成电路可以用于构建调制解调器、交换机等部分。
在工业控制中，小规模集成电路可以用于构建传感器接口、运动控制等部分。
小规模集成电路的优点之一是体积小，占用空间少。
由于门电路数量较少，所以芯片尺寸相对较小，可以在有限的空间内完成较复杂的逻辑功能。
这使得小规模集成电路在一些对体积要求较高的场合中得到了广泛应用，如便携式设备、汽车电子等。
另一个优点是功耗较低。
由于门电路数量较少，所以小规模集成电路的功耗相对较低，可以减少电子设备的能耗。
这对于一些对能耗要求较高的场合尤为重要，如移动设备、无线传感器网络等。
当然，小规模集成电路也有一些局限性。
由于门电路数量有限，所以它只能实现一些较为简单的逻辑功能，不能完成复杂的计算任务。
此外，小规模集成电路的集成度相对较低，所以在一些需要较高集成度的应用中可能无法满足需求。
为了满足不同的需求，小规模集成电路可以与其他规模的集成电路相结合使用。
通过将多个小规模集成电路组合在一起，可以构建出更复杂的逻辑功能，提高集成度和性能。
数字电路的应用
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什么是数字电路它有哪些常见的应用
什么是数字电路它有哪些常见的应用数字电路是由逻辑门构成的电路系统，用于处理和传输数字信号的电子元件集合。
它采用二进制编码方式，即利用0和1的数值来表示和处理信息。
数字电路的设计和应用广泛，涵盖了计算机、通信、控制系统以及嵌入式系统等领域。
本文将介绍数字电路的基本原理和常见应用。
一、数字电路的基本原理数字电路基于二进制逻辑运算，由逻辑门和触发器组成，实现各种逻辑功能。
常见的逻辑门有与门、或门、非门、异或门等。
这些门可以组合成更复杂的电路来实现不同的逻辑操作。
数字电路主要遵循以下原理：1. 数字信号的离散性：数字电路处理的是离散的数字信号，信号的数值只能是0或1。
2. 逻辑运算：数字电路通过逻辑门实现各种逻辑运算，包括与、或、非、异或等。
逻辑门的输出是根据输入信号进行逻辑运算得出的。
3. 存储和传输：数字电路可以存储和传输二进制数据。
触发器是一种常用的存储元件，可用于存储和延迟信号。
4. 时序控制：数字电路中的时序控制是通过时钟信号实现的，时钟信号会定时触发电路的运算和状态变化。
二、数字电路的常见应用数字电路在各个领域都有广泛的应用，下面列举了一些常见的应用场景：1. 计算机系统：数字电路在计算机中起到了至关重要的作用。
计算机CPU内部的控制逻辑、算术逻辑单元以及寄存器，都是由数字电路构成的。
数字电路对于计算机的数据处理和运算是不可或缺的。
2. 通信系统：数字电路在通信系统中用于信号的编码、解码和调制解调等处理。
例如，数字电路可以将模拟信号转换为数字信号进行传输，或者将数字信号转换为模拟信号用于音频、视频等传输。
3. 控制系统：数字电路在控制系统中用于实现逻辑运算和控制信号的处理。
例如，数字电路可以实现自动化控制系统中的逻辑判断，根据输入信号的条件来输出相应的控制信号。
4. 嵌入式系统：数字电路在嵌入式系统中广泛应用于各种设备和产品中。
例如，自动售货机、智能家居设备以及汽车电子设备等都需要数字电路来处理和控制输入输出信号。
数字电路的基本知识与应用
数字电路的基本知识与应用数字电路是电子技术中的一种重要技术，广泛应用于各个领域，如计算机、通信、工业自动化等。
掌握数字电路的基本知识与应用能够帮助我们理解和设计数字系统，提高工作效率。
本文将介绍数字电路的基本知识和应用，并分步详细列出相关内容。
一、数字电路的基本概念1.1 什么是数字电路？数字电路是由数字信号(即二进制信号)为基础的电路，其输入和输出信号只能取有限个离散值。
1.2 数字信号与模拟信号的区别数字信号是离散的，只能取有限个值，如0和1；而模拟信号是连续的，可以取无限个值。
1.3 逻辑门逻辑门是数字电路中的基本单元，用于对输入信号进行逻辑运算并产生输出信号。
常见的逻辑门有与门、或门、非门等。
二、数字电路的基本原理2.1 布尔代数布尔代数是数字电路设计的理论基础，它使用逻辑运算符(如与、或、非)来描述和分析逻辑关系。
2.2 逻辑门的真值表逻辑门的真值表是描述逻辑门在不同输入条件下输出的结果，通过真值表可以确定逻辑门的功能和特性。
三、数字电路的基本构成3.1 组合逻辑电路组合逻辑电路由逻辑门组成，其输出仅取决于当前输入状态。
常见的组合逻辑电路包括加法器、减法器、译码器等。
3.2 时序逻辑电路时序逻辑电路不仅取决于当前输入状态，还与之前的输入状态有关，它包括锁存器、触发器等。
四、数字电路的应用4.1 计算机计算机是数字电路的典型应用之一，其中包括中央处理器、存储器、输入输出设备等。
4.2 通信数字电路在通信系统中起到了关键作用，如调制解调器、电话交换机等。
4.3 工业自动化数字电路在工业自动化领域中广泛应用，如PLC(可编程逻辑控制器)、传感器、执行器等。
五、数字电路的设计步骤5.1 确定需求首先要明确设计的目的和需求，例如设计一个加法器还是译码器。
5.2 选择逻辑门根据需求选择适合的逻辑门，如与门、或门、非门等。
5.3 绘制逻辑图根据选定的逻辑门和功能需求，绘制逻辑图表示电路的工作原理和连接方式。
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6.2 典型的小规模数字电路及其应用一.74HC74: 八路D触发器(边沿触发) / Octal D-Type Flip-Flop With Clear(1)封装：16脚DIP(2)逻辑功能表：从逻辑表中可看出：上升沿翻转，低电平清零和置‘1’。
(3)应用举例：74HC74经常作为中断申请时的锁存信号！Handshaking上升沿向单片机提出中断请求INT1，单片机响应后，发出CLR_INT1清除Q，允许下次中断请求！二.74HC273: 八路D触发器(边沿触发) / Octal D-Type Flip-Flop With Clear(1)封装：20脚DIP(2)逻辑功能表：从逻辑表中可看出：上升沿翻转，低电平清零。
(3)逻辑电路框图(4)应用举例一作为单片机的输出锁存，可驱动一个8位LED数码显示，如下图：1D—8D接51单片机的数据总线D0—D7，CLK接地址线的译码CS和WR信号的组合，CLR接+5V，输出1Q—8Q通过限流电阻接共阴极LED数码管。
指令：MOV DPTR,#273_AddrMOVX @DPTR,A可将ACC中的数据打入到273中锁存。
(5)应用举例二：采用74HC273作为地址锁存器，扩展单片机的地址空间51系列单片机系统中要接入：1片大容量4M位的FLASH（AT29C040A），1片8K字节SRAM（HY6264），1片实时时钟芯片DS12C887，扩展1个串口外接Modem(采用16C550)，如何进行单片机的地址空间分配和地址译码？分析设计：单片机的地址线为16根：A0～A15，可直接访问的数据空间为64k，地址编码范围：0000H～FFFFH，必须进行扩展。
AT29C040A为4M位FLASH，即512Kx8位。
共有地址线19根：A0～A18。
HY6264：8KSRAMDS12C887：114字节16C550：几十个字节考虑将AT29C040A分页接入，每页32K,对应地址线为：A0～A14；占用单片机地址空间的低32K：0000H～7FFFH。
采用一片74HC273作为页面地址锁存器, 锁存FLASH的高位地址：A15～A18。
该锁存器也需要占用一部分地址空间，和其它几个芯片共享高32K地址：8000H～FFFFH。
为了译码简单化，设计每个器件都占用8K地址空间。
故采用GAL16V8来地址译码，ABEL语言的逻辑设计为：采用Equations（逻辑表达式地址译码）CS_FLASH = A15; //0000H～7FFFH:地址范围CS_MDM = (! A15）# A14 # A13 //8000H～9FFFHCS_273 = (! A15）# A14 # (!A13) # RD //A000H～BFFFH（只读）CS_RAM = (! A15）# (!A14) # A13 //C000H～DFFFHCS_RTC = (! A15）# (!A14) # (!A13) //E000H～FFFFHTruth_table（真值表方式：地址译码）([RD,WR,A15,A14,A13,RTC_WP]->[CS_FLASH,CS_MDM,CS_273,CS_RAM,CS_RTC])[ x, x, 0, x, x, x ]->[ 0, 1, 1, 1, 1 ];[ x, x, 1, 0, 0, x ]->[ 1, 0, 1, 1, 1 ];[ x, 0, 1, 0, 1, x ]->[ 1, 1, 0, 1, 1 ];[ x, 1, 1, 0, 1, x ]->[ 1, 1, 1, 1, 1 ];[ x, x, 1, 1, 0, x ]->[ 1, 1, 1, 0, 1 ];[ 0, 1, 1, 1, 1, x ]->[ 1, 1, 1, 1, 0 ];[ 1, 0, 1, 1, 1, 1 ]->[ 1, 1, 1, 1, 1 ];[ 1, 0, 1, 1, 1, 0 ]->[ 1, 1, 1, 1, 0 ];实际的地址扩展电路如下。
访问FLASH的过程：MOV DPTR,#273_Addr ；设置页面地址MOV A,#页面数据MOVX A，@DPTR ；写入到页面锁存器（该指令产生CS_273信号！！！）MOV DPTR,#FLASH_Addr ；访问FLASH三.74HC373和74HC573 带三态输出的八路透明锁存器(电平触发)（Octal Transparent Latch with TRI-STATE Outputs Non Inverting）(1)封装：20脚DIP(2)逻辑功能表从逻辑表中可看出：OE(输出使能Output Enable) 低电平有效。
=1,输出为高阻态；=0，输出为‘0’或‘1’态。
LE(锁存使能Latch Enable) =1,为透明态，输出跟随输入变化；=0，为锁存态，输出保持原态不变。
(3)逻辑电路框图(4)应用举例（地址锁存器分离地址和数据总线）微型计算机大多数CPU外部都有单独的地址总线，数据总线和控制总线，而MCS-51单片机由于受管脚的限制，数据线和地址线是复用的，而且用I/O口线兼用。
为了将它们分离出来．以便同单片机之外的芯片正确地连结，常常在单片机外部要增加地址锁存器，构成与一般CPU相类似的三总线，如下图所示。
根据单片机时序分析，有效的地址信号是在ALE信号变高的同时出现的，因此可在ALE信号由高变低时，将出现在P0口的地址信号锁存到外部地址锁存器中，直到下一次ALE变高时，地址才发生变化。
用作单片机地址锁存器的芯片一般有两类：一类是8D触发器，如74LS273．74LS377等；另一类是8位锁存器，如74LS373等。
1D—8D接51单片机的地址数据总线AD0—AD7，OE接地，LE接单片机的ALE 地址锁存脚，输出1Q—8Q作为地址线的低八位。
单片机的每个取指周期，总线AD0—AD7上先出现地址信号，同时ALE为高电平，573的输出跟踪地址A0—A7的变化。
在ALE变低的下降沿，573将稳定的地址锁存在输出上。
总线AD0—AD7上出现数据信号，或读或写。
四.74HC244: 八缓冲器/驱动器(三态同相输出) / Octal Bus Buffer/Drivers With NON-Invertered 3 State Output(1)封装：20脚DIP(2).逻辑功能表：OE(输出使能Output Enable) 低电平有效。
=1,输出为高阻态；=0，输出Y=A。
(3)逻辑电路框图(4)应用举例（采用DIP开关设定现场总线中节点的地址）单片机与低速的DIP开关相连。
若AT89C51单片机的引脚够用，则直接将DIP开关与CPU相连，如下图：若单片机引脚不够，则必须通过244将键盘挂到总线上去。
如下图：51单片机的数据总线AD0—AD7接1Y1-1Y4和2Y1-2Y4，OE接地址线的译码CS和RD信号的组合，输入：1A1-1A3接DIP开关输入。
程序指令：MOV DPTR,#244_AddrMOVX A，@DPTRANL A,#7可将74HC244的数据读入ACC中。
前面74HC273的单片机例子中需要再增加一片74HC244读入DIP开关设置信号，如何分配地址？如何GAL16V8的逻辑如何改变？解：GAL16V8增加一个输出脚CS_244，如下图。
采用Equations（逻辑表达式地址译码）CS_FLASH = A15; //0000H～7FFFH:地址范围CS_MDM = ! A15）# A14 # A13 //8000H～9FFFHCS_273 = (! A15）# A14 # (!A13) # RD //A000H～BFFFH（只读）CS_244 = (! A15）# A14 # (!A13) # WR //A000H～BFFFH（只写）CS_RAM = (! A15）# (!A14) # A13 //C000H～DFFFHCS_RTC = (! A15）# (!A14) # (!A13) //E000H～FFFFH注：273和244占用相同的地址空间，一个只读，一个只写！五.74HC245: 八总线收发器(三态同相输出) / Octal Bus Transceiver With NON-Invertering 3 State Output(1)封装：20脚DIP(3)逻辑功能表：OE(输出使能Output Enable) 低电平有效。
=1,输出为高阻态；=0，输出Y=A。
DIR(方向控制)。
=0，B=>A； =1，A=>B。
(3)逻辑电路框图(4)应用举例GPS同步数据采集系统中，采集的数据通过244写入SRAM，PC机通过245可以将数据写入或读出SRAM。
采集系统的工作方式（‘采集存储’或‘读写’）决定244或245是否工作。
在‘读写’方式下，PC机的RD和WR决定245的方向。
如下图。
六.74HC374:八上升沿D触发器(三态同相输出)/ Octal Positive-Edge-Triggered D-Type Flip Flop with 3 State Output 374 = 273 + 244(1)封装：20脚DIP(2).逻辑功能表：OE(输出使能Output Enable) 低电平有效。
=1,输出为高阻态；=0，输出Y=A。
CLK的上升沿有效。
(3)逻辑电路框图(4)应用举例：两个CPU之间进行数据交换的方式有串行方式或并行方式。
并行方式：双口RAM方案，FIFO方案和采用374方案。
374方案：该方案适合智能板卡上的低速单片机与高速的CPU（如：PC机）之间进行低速，小批量的数据交换。
如下图：374作为数据锁存和缓冲。
74作为标志位。