绪论

在现代社会中，数字电视、数码相机、数字手机等数字化电子产品正越来越多地影响着人们的生活。数字电路是数字电子设备的基本单元，数字电视和数码相机的信息存储和处理，计算机中的运算器、控制器、寄存器和存储器，数字通信中的编码器、译码器和缓存器等都是依靠数字电路来实现的。随着科学技术的发展，数字电子技术的应用将越来越广泛。

1.数字信号和数字电路

在电子技术应用中，电信号按其变化规律可以分为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号是在时间和数值上连续变化的信号，例如，电话线中的语音信号就是随时间作连续变化的模拟信号，它的电压信号在正常情况下是连续变化的，不会出现跳变。传输和处理模拟信号的电路称为模拟电路。

在时间和数值上都是离散（不连续）的信号称为数字信号，其高电平和低电平常用1和0来表示。矩形波、方波信号就是典型的数字信号。传输和处理数字信号的电路称为数字电路。它主要是研究输出与输入信号之间的逻辑关系的，因此，数字电路又称为数字逻辑电路。

图0-1所示为模拟信号和数字信号的波形。

2.数字电路的特点

数字电路与模拟电路相比主要有以下特点。

1）数字电路的信号只有两种状态，它表现为电路中电压的“高”或“低”、开关的“接通”或“断开”、晶体管的“导通”或“截止”等。将这种高和低、通和断对应的两种状态，分别对应1和0两个数码，表示电路中信号的有和无，便于数据处理。

2）数字电路利用脉冲信号的有和无传递1和0数字信息，在电路工作时只要能可靠区分1和0两种状态就可以了。高低电平间公差较大，幅度较小的干扰不足以改变信号的有无状态，所以数字电路工作可靠性高，抗干扰能力强。

3）数字电路的基本单元电路比较简单，便于集成制造和系列化生产。产品价格低廉、使用方便、通用性好。

4）由于数字逻辑电路构成的数字系统工作速度快、精度高、功能强、可靠性好，数字电路中的元器件处于开关状态，所以功耗较小。

5）数字电路不仅能完成算术运算，而且还能完成逻辑运算，具有逻辑推理和逻辑判断的能力。

数字电路具有上述优点，被广泛地应用在计算机、数字通信、数字仪表和数控装置等领域。

3.数字电路的分类

（1）按电路的组成结构分类

数字电路按组成结构可分为分立元器件电路和集成电路两大类。分立元器件电路由二极管、晶体管、电阻、电容等元器件组成；集成电路则通过半导体制造工艺将这些元器件做在一片芯片上。

分立元器件电路因体积大、可靠性不高而逐渐被数字集成电路所取代。

（2）按集成电路的规模分类

集成电路按集成度的不同可分为小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）。

1）小规模集成电路。它的集成度为1～10门/片或10～100个元器件/片。一般为一些逻辑单元电路，如逻辑门电路、集成触发器等。

2）中规模集成电路。它的集成度为10～100门/片或100～1000个元器件/片。主要是一些逻辑功能部件，如译码器、编码器、选择器、算术运算器、计数器、寄存器、比较器和转换电路等。

3）大规模集成电路。它的集成度大于100～10000门/片或1000～100000个元器件/片。主要是数字逻辑系统，如中央控制器、存储器、串并行接口电路等。

4）超大规模集成电路。它的集成度大于10000门/片或100000个元器件/片。主要是高集成度的数字逻辑系统，如单片计算机等。

（3）按使用的半导体类型分类

按数字电路使用半导体类型的不同，可分为双极型电路和单极型电路。使用双极型晶体管作为基本器件的数字集成电路，称为双极型数字集成电路，一般为TTL、ECL、HTL等集成电路。双极型电路生产工艺成熟，产品参数稳定，工作可靠，开关速度高，因此被广泛应用。使用单极型晶体管作为基本器件的数字集成电路，称为单极型数字集成电路。单极型电路有NMOS、PMOS、CMOS等集成电路。优点是功耗低，抗干扰能力强。

（4）按电路的逻辑功能分类

按电路的逻辑功能的不同，可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路没有记忆功能，其输出信号只与当时的输入信号有关，而与电路以前的状态无关；时序逻辑电路具有记忆功能，其输出信号不仅与当时的输入信号有关，而且与电路以前的状态有关。

4.数字电路的应用

目前，数字电路在数字通信、电子计算机、自动控制、电子测量仪器等方面已得到广泛的应用。

1）数字通信。用数字电路构成的数字通信系统与传统的模拟通信系统相比较，不仅抗干扰能力强，保密性能好，适于多路远程传输，而且还能应用于计算机进行信息处理和控制，实现以计算机为中心的自动交换通信网。

2）电子计算机。以数字电路构成的数字计算机，处理信息能力强，运算速度快，工作温度可靠，便于参与过程控制。

3）自动控制。以数字电路构成的自动控制系统，具有快速、灵敏、精确等特点，如数控机床、电参数的远距离测控、卫星测控等。

4）电子测量仪器。用数字电路构成的测量仪器与模拟测量仪器比较，不仅测量准确度高、测试功能强，而且便于进行数据处理，实现测量自动化和智能化。

以上仅概括说明了数字电路的一些应用。实际上，数字电路的应用是很广泛的。随着数字电路应用领域的扩大，数字电子技术将更深入地渗透到国民经济各个部门中，并产生越来越深刻的影响。因此，数字电子技术是现代电子工程技术人员必须掌握的一门基础知识。