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1、数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用第第 1 次讨论课报告次讨论课报告讨论组成员讨论组成员选课号选课号姓名姓名学号学号张志鹏张志鹏2013050204010闫青闫青2013050204026庞哲庞哲20130501020072015 年年 3 月月 22 日日1 1数字电路和模拟电路区别和优势，要求多方面列数字电路和模拟电路区别和优势，要求多方面列举举1.11.1 数字电路和模拟电路区别和优势数字电路和模拟电路区别和优势数字电路是模拟电路的基础上发展起来的，数字电路是以模拟电路为基础的它们的基础就是电流和电压，但它们有着本质的区别。无论数字电路还是模拟电路，都只是电路的一种形式而已，本质都是对
2、电信号的处理来达到设计所需的目的，实现控制。 现在的嵌入式系统，电子电路设计一般都是数字电路，只有数字信号，高低两种电平，只要分析输入输出信号的逻辑关系，不需要自己设计复杂的电子电路，简化了硬件设计的工作量、复杂度和调试周期。1.21.2 数模对比数模对比1.电路的输入、输出信号的类型不同数电：工作信号是数字信号“0” “1” ，且信号的幅度只有高低两种电平，数值上是离散的。模拟：随时间缓慢变化的信号，数值上是连续的。 2.对电路的要求不同数电：是实现输入输出的数字量之间实现一定的逻辑关系。模电：要求电路实现模拟信号的放大、变换、产生。3.电路中三极管的作用和工作区域不同数电：三极管作为开关使
3、用且工作在截至和饱和区。模电：三极管作为放大元件，其工作在放大区。4.所有的分析方法不同数电：主要分析输入输出信号之间的逻辑关系，使用逻辑代数，真值表、卡诺图等分析方法。 模电：通常采用图解法和微变等效电路法。5.数模信号传输优势比对数字传输的主要优点数字传输的主要优点是数字信号只取离散值，信号传输不失真，误码率低等。但是传输数字信号比传输模拟信号所要求的频带要宽的多，因此数字传输的信道利用率较低模拟传输的主要优点模拟传输的主要优点是信道的利用率较高，但是传输过程中信号会衰减，会受到噪声干扰，且信号放大时噪声也会同时被放大。6.功耗比对数电：功耗小。数字电路中的晶体管都工作在开关状态，即工作在
4、截止和饱和两种状态。截止时管子两端电压虽然很高，但流过管子的电流却基本为零，饱和时虽然有电流流过管子，但此时管子两端的电压却基本为零，所以管耗就极小，仅在两种状态互相转换时经过放大区的一瞬间有微小的功耗存在。另外，数字电路还常用单极型晶体管电路，即 MOS 电路，使一种电压控制器件，在数字状态下工作功耗更小模电：功耗大模拟电路中的晶体管工作在放大区，管子两端的电压和流过管子的电流均较大，为防止信号在传输、放大过程中失真，还给管子建立静态工作点，所以，其功耗明显高于数字电路。由于数字电路功耗低，因而可以有很高的集成度很高的集成度，也就是功能更强大。另外，数字信号处理具有稳定、不需要调试、设置和修
5、改处理具有稳定、不需要调试、设置和修改方便、容易实现自适应处理等特点方便、容易实现自适应处理等特点，这些都是数字电路比模拟电路优越的地方。1.31.3 模数转换模数转换信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、语音、图像等，从表现形式上可归结为两类：模拟信号和数字信号。模拟信号与数字信号的区别可根据幅度取值是否离散来确定。 模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表示） 。时间上连续的模拟信号连续变化的图像（电视、传真）信号等。时间上离散的模拟信号是一种抽样信号，对模拟信号每隔时间 T 抽样一次所得到的信号，虽然其波形在时间上是不连续的，但其幅度取值是连续的，所以仍是模拟信号，称之为脉
6、冲幅度调制（PAM，简称脉幅调制）信号。 数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。 数字电路顾名思义是处理离散量，模拟电路处理连续变化的量，数字电路的原理就是逻辑门电路，与，或，非，这些量的产生必然就是电路的导通与截止就会产生 0 和 1 的状态变化，这就是数字电路。模拟电路就像自来水管，水位的变化是连续的，自来水的开关就像是模拟电路与数字电路的接口，一端是模拟电路，把水关死以后就断开产生开关量 0，把水开到最大就导通变成 1，模拟数字之间就相互转换了。1.41.4 模拟通信优
7、劣模拟通信优劣模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。 （1） 保密性差 模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。 （2） 抗干扰能力弱 电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多。 1.51.5 数字通信优劣数字通信优劣 （1） 数字化传输与交换的优越性数字化传输与交换的优越性 加强了通信的保密性。语音信号经 AD 变换后，可以先进行加密处理，再进行传输，在接收端解密后再经 D/A 变换还原成模拟信号。 数字加密处理可简单描述如
8、下，Y1 表示语音变成的数字信号Y11011101100001，采用 8 位密码 C10001101。在送到传输线路之前，将密码“加”到语音码中去，XY1C（密码 C 连续重复） ，则传输的数字信号为 XY1C1011101100001 Y1 1000110110001 C 0011011010000 X 显然 XY1，即便有人窃听到 X 码，也不能马上得到 Y1 码。在接收端，只要再将相同密码 C 与数码 X 相加，就能丰碑成原来的语音数码 Y1，即 Y1XC0011011010000 X 1000110110001 C 1011101100001 Y1 可见，语音数字化为加密处理提供了十分
9、有利的条件，且密码的位数越多，破译密码就越困难。 提高了抗干扰能力。数字信号在传输过程中会混入杂音，可以利用电子电路构成的门限电压（称为阈值）去衡量输入的信号电压，只有达到某一电压幅度，电路才会有输出值，并自动生成一整齐的脉冲（称为整形或再生） 。较小杂音电压 到达时，由于它低于阈值而被过滤掉，不会引起电路动作。因此再生的信号与原信号完全相同，除非干扰信号大于原信号才会产生误码。为了防止误码，在电路中设置了检验错误和纠正错误的方法，即在出现误码时，可以利用后向信号使对方重发。因而数字传输适用于较远距离的传输，也能适用于性能较差的线路。 可构建综合数字通信网。采用时分交换后，传输和交换统一起来，
10、可以形成一个综合数字通信网。 （2 2） 数字化通信的缺点数字化通信的缺点 占用频带较宽。因为线路传输的是脉冲信号，传送一路数字化语音信息需占 20?64kHz 的带宽，而一个模拟话路只占用 4kHz 带宽，即一路 PCM 信号占了几个模拟话路。对某一话路而言，它的利用率降低了，或者详它对线路的要求提高了。 技术要求复杂，尤其是同步技术要求精度很高。接收方要能正确地理解发送方的意思，就必须正确地把每个码元区分开来，并且找到每个信息组的开始，这就需要收发双方严格实现同步，如果组成一个数字网的话，同步问题的解决将更加困难。 进行模/数转换时会带来量化误差。随着大规模集成电路的使用以及光纤等宽频带传
11、输介质的普及，对信息的存储和传输，越来越多使用的是数字信号的方式，因此必须对模拟信号进行模/数转换，在转换中不可避免地会产生量化误差。1.61.6 模电数电在电流电压这一基本性质上的区别模电数电在电流电压这一基本性质上的区别1. 在一个周期内模拟电路的电流和电压是持续不变的，而数字电路中它的电流和电压是脉动变化的。2. 模拟电路和数字电路它们同样是信号变化的载体，模拟电路在电路中对信号的放大和削减是通过元器件的放大特性（如三极管）来实现操作的，而数字电路是对信号的传输是通过开关特性（如三极管）来实现操作的。3. 在模拟电路中， 电压。电流。频率，周期的变化是互相制约的，而数字电路中电路中电压。
12、电流。频率。周期的变化是离散的。4. 模拟电路可以在大电流高电压下工作，而数字电路只是在小电压，小电流底功耗下工作，完成或产生稳定的控制信号。5. 摸拟电路是为数字电路供给电源而又完成执行机构的执行。而数字电路是通过它特有的逻辑运算来完成整个电路的操作过程，所以我们在维修中清楚了数字电路和模拟电路的界限资料文档：闫青资料文档：闫青审阅：张志鹏，庞哲审阅：张志鹏，庞哲2.2.数字电路及系统采取了哪些机制使其抗干扰能力优数字电路及系统采取了哪些机制使其抗干扰能力优于模拟系统于模拟系统2.12.1 数字系统与模拟系统数字系统与模拟系统模拟器件和系统处理的是时变信号，这种信号在电压、电流或其他度量的连
13、续范围内可取任意数值。数字电路和系统处理的也是时变信号，但不同的是，对其取值可以有限制。所谓数字信号，就是在任一时刻只呈现两种离散值之一，如“0”和“1” 。因此数字系统处理的是离散型的信号幅度，而模拟系统处理的是连续型的信号幅度。2.22.2 数字系统的抗干扰机制分析数字系统的抗干扰机制分析在信号的处理与传输过程中，噪声会和信号叠加产生影响，对于连续型的模拟信号来说，即使噪声很小，就会有轻微的波形失真，难以完全恢复。对于离散型的数字信号而言，只要噪声的干扰没有到一定的程度，就可以从接受的信号中判断源信号是 0 还是 1（或者低还是高等等） ，从而正确的接受了源信号，并使有噪声的信号“再生”为
14、源信号。2.32.3 总结总结总结来说，首先数字电路及系统将信号进行了离散化的处理，在一定的信噪比下让信号可以不失真的被接收。再者由于接收时不会失真，可让信号不断“再生” ，从而不产生噪声的积累，让信噪比在可以判决的范围内。相对而言模拟系统哪怕噪声很小，也不能不失真的接受，在噪声累积后也会对信号产生较大干扰。因此数字系统的抗干扰能力比模拟系统更强。资料文档：庞哲资料文档：庞哲审阅：张志鹏，闫青审阅：张志鹏，闫青3.3.理解理解 P99P99 TABLE3-3TABLE3-3 及及 P168P168 TABLE3-11TABLE3-11 表中各参数表中各参数意义意义3.13.1 数据表数据表 3
15、-33-3 及参数意义（及参数意义（CMOSCMOS 器件）器件）VIH：输入为高电平，VIHMIN=3.15V 表示保证能被识别为高态的最小输入电压VIL：输入为低电平，VILMAX=1.35V 表示保证能被识别为低态的最大输入电压IIH：输入高电流，在电源电压 VCC=MAX，输入电压 VI=VCC 情况下，高态时流入输入端的最大电流为 1AIIL：输入低电流，在 VCC=MAX，VI=0V 情况下，低态时流入输入端的最大电流为-1AVIK：夹断电压，使 MOS 管关断截止的最大电压VIOS：短路时 CMOS 可以流过的最大电流VOH：输出高电平，其中 VOHMIN表示输出为高态时的最小输
16、出电压并有两个值，具体取决于输出电流 IOH的大小VOL：输出低电平，其中 VOLMAX表示输出为低态时的最大输出电压并有两个值，具体取决于输出电流 IOL的大小ICC：静态电流，CMOS 管静态工作时最大电流范围3.23.2 数据表数据表 3-113-11 及参数意义（及参数意义（TTLTTL 器件）器件）表中 VCC、VIH、VIL、VIK等参数与 CMOS 管中的同名参数意义相同TA：器件工作温度范围IOHMAX：输出端在高态并保持其输出电压不低于 VOHMIN时，能提供的最大电流IOLMAX：输出端在低态并保持其输出电压不高于 VOLMAX时，能吸收的最大电流II：高态时输入电压很高时的最大输入电流IOS：高态时输出端与地短接时的输出电流ICCH：所有输出为高态时的电源电流（每个输出为给出数值的四分之一）ICCL：所有输出为低态时的电源电流资料文档：庞哲资料文档：庞哲审阅：张志鹏，闫
