1.1 数字电路概述

1.1.1 数字电路与模拟电路

电子电路根据其处理的信号不同可以分为模拟电子电路和数字电子电路。

1.模拟信号（analog signals）和模拟电路（Analog Circuit）

在时间和数值上都是连续变化的信号，称为模拟信号，如音频信号、视频信号、温度信号等。模拟信号电压波形如图1-1a所示。

处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，如各类放大器、稳压电路等。

2.数字信号（digital signals）和数字电路（Digital Circuit）

在时间上和数值上都是离散（变化不连续）的信号，称为数字信号，如脉冲方波、计算机和手机中的信号等。数字信号电压波形如图1-1b所示。

处理数字信号的电子电路称为数字电路。如各类门电路、触发器、寄存器等。

3.数字电路的特点

①数字电路内部的晶体管（包括单、双极型）主要工作在饱和导通或截止状态；模拟电路内部的晶体管主要工作在放大状态。

②数字电路的信号只有两种状态：高电平和低电平，分别对应于（或代表）二进制数中的1和0，表示信号的有或无，便于数据处理。

③数字电路结构相对简单，功耗较低，便于集成。

④数字电路抗干扰能力强。其原因是利用脉冲信号的有无传递1和0的数字信息，高低电平间容差较大，幅度较小的干扰不足以改变信号的有无状态。

⑤数字电路不仅能完成数值运算，还能进行逻辑运算和比较判断，从而在计算机系统中得到广泛应用。

4.数字电路的分类

①按电路的组成结构可分为分立元件电路和集成电路。目前分立元件组成的数字电路已彻底淘汰，本书只分析研究集成数字电路。

②按数字电路集成度可分为小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路。

③按集成电路内部器件可分为双极型和单极型。双极型数字集成电路有TTL、ECL、I2L、HTL等；单极型数字集成电路有NMOS、CMOS、HCMOS等。

④按电路的逻辑功能可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。

5.数字电路应用概述

数字电路已十分广泛地应用于数字通信、自动控制、家用电器、仪器仪表、计算机等各个领域，如手机、计算机、数字视听设备、数码相机等。数字电路的发展标志着电子技术发展进入了一个新的阶段，当今电子技术的飞速发展是以数字化作为主要标志的。当然这并不是说数字化可以代替一切，信号的放大、转换和功能的执行等都离不开模拟电路，模拟电路是电子技术的基础，两者互为依存，互相促进，缺一不可。

1.1.2 脉冲波形参数

数字电路信号中，研究的对象是一些不连续的突变的电信号，作用时间很短，所以也称为脉冲信号。

脉冲信号波形形状很多，主要有方波、矩形波、三角波、锯齿波等，现以图1-2矩形波为例，说明其波形参数。

①脉冲幅度U_m。脉冲电压变化的最大值，即脉冲波从波底至波顶之间的电压。

②上升时间t_r。脉冲波前沿从0.1U_m上升到0.9U_m所需的时间。

③下降时间t_f。脉冲波后沿从0.9U_m下降到0.1U_m所需的时间。

④脉冲宽度t_w。脉冲波从上升沿的0.5U_m至下降沿0.5U_m所需的时间。

⑤脉冲周期T。在周期性脉冲信号中，任意两个相邻脉冲上升沿（或下降沿）之间的时间间隔。

⑥重复频率f（单位：Hz）。每秒脉冲信号出现的次数，即脉冲周期的倒数：f=1/T。

⑦占空比q。脉冲宽度与脉冲周期的比值，q=t_w/T。

【复习思考题】

1.1 什么叫模拟信号？什么叫数字信号？

1.2 数字电路内部的晶体管主要工作在何种工作状态？这种工作状态有何特点？

1.3 为什么数字电路抗干扰能力强？

1.4 与模拟电路相比，数字电路主要有什么特点？