浅谈数字电路组成

杨俊

摘要：随着科学技术的发展，数字电路在现代科技中运用越来越广泛，本文就数字电路的发展形势简单讨论它的基本组成。数字电路包括逻辑代数的基本定律、组合逻辑电路设计和时序逻辑电路的设计。

关键字：数字电路；组合逻辑电路；时序逻辑电路

中图分类号：TN79文献标识码：A文章编号：1673-0992（2010）06A-0042-01

众所周知，近年，科学技术的不断进步带动许多行业发生了翻天覆地的变化，电子信息行业走在了科学发展的前列，表现尤为突出的是数字电子技术，科学进步的浪潮中它迅速前进，已成为当前发展最快的学科之一，数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路（SSI）发展到目前的中、大规模集成电路（MSI、LSI）及超大规模集成电路（VLSI）。那么，逻辑器件的变化也会影响整个数字逻辑电路的发展。

一、数字电路的状态

数字电路顾名思义就是对数字信号进行算术运算和逻辑运算的电路，它只有两个状态就是0和1。在数字电路中，低电平用0表示，高电平用1表示，有时低电位也用字母L（Light）表示，而高电位用字母H(High)表示。另外在对0和1理解时，还会有时间限制，因为数字0、1表示电路状态，结合时间看电路时，要明白电路工作时序。

二、数字逻辑电路的基本定律

数字电路的设计在生活中使用非常广泛，但是怎样设计出符合要求的电路，这就是一门技术活了。因此理解数字电路设计，重点在基本概念和基本方法上。数字设计中逻辑代数基本定律、组合逻辑和时序逻辑的概念是分析和设计数字系统的基础，也是设计大规模集成芯片的基础，所以我们在说数字电路设计之前就要先了解逻辑代数的基本知识定律。逻辑代数是英国数学家乔治.布尔（Geroge.Boole）于1847年首先进行系统论述的，也称布尔代数。所研究的是两值变量的运算规律，即0，1表示两种不同的逻辑状态，称这种只有两种对立逻辑状态的逻辑关系为二值逻辑。在逻辑代数中我们最先了解的就是进制的转换，计算机系统中一般二进制、八进制、十进制、十六进制是了解最多的，转换这些进制也是最容易的，掌握其中的计算方法就能得到。

三、数字电路设计—组合逻辑和时序逻辑

在做数字电路设计时主要就是组合逻辑电路设计和时序逻辑电路设计。从一方面说，这两种电路的设计是数字电路中的一个最基本的也是最重要的部分，只有会做这两种电路的设计才算是对数字电路入门了。所以我们先对这两种设计作下简单的介绍。

如果说逻辑电路设计是数字电路的最基础的组成部分，那么门电路就是带动这些部分运转的重要元素，就像是一部机器，门电路就是机器中的零件，大家都知道零件在机器的运转中起着不容小觑的作用，如果在某个部位因为一个小零件的出错，可能会导致整个机器出故障。逻辑电路中最基本的门电路通常是与门、或门、非门。与门是逻辑与运算的单元电路；或门是逻辑或运算的单元电路；非门，也叫反相器，是实现逻辑非运算的电路。在实际的应用中并不是把它们直接使用，而是将它们组合成复合逻辑运算与非、或非、与或非、异或、同或等常用的门来实现其功能。我们在日常生活中见得最多的就是交通灯的控制，就是用组合逻辑电路设计成的。在组合逻辑电路的设计中，利用门电路的组合完成的很多电路的设计，编码器、译码器就是组合逻辑电路中的器件，组成的液晶显示器LCD，数码显示器LED。

时序逻辑电路中，主要的零件就是集成触发器，在各种复杂的数字电路中不但需要对二值信号进行算术运算和逻辑运算，还经常需要将这些信号和运算结果保存起来，因此需要使用记忆功能的基本逻辑单元，而这种能储存信号的基本单元电路就是触发器。迄今为止，人们已经研制出了很多种触发器电路，根据电路结构形式的不同，可以分为基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、边沿触发器等。这些触发器的研制都是在前一种触发器的基础上改进而来的，通俗的说是后人在前人的研究发明中不断提炼出的新器件。因此同步触发器是建立在基本RS触发器的基础上的，基本RS触发器输入信号可以直接控制触发器的状态翻转，而在实际应用中往往要求在约定脉冲信号到来时，触发器才能翻转，所以才有同步RS触发器的出现。但是同步RS触发器有空翻现象，不能正常计数，因此人们又研制了主从触发器，同样为了克服主从触发器的一次性变化，就有了边沿触发器的产生。

四、数字集成电路

在很多人看来，数字集成电路是非常空洞的东西，因为只是一块芯片，却能实现如此多的功能。那在数字集成电路中主要有哪些电路呢？常用的数字集成电路一般有CMOS电路和TTL电路两种。CMOS电路有消耗功率低，工作电压范围广和噪声容限大的特点，虽然在CMOS电路的输入端已经设置了保护电路，但由于保护二极管和限流电阻的几何尺寸有限，它们所能承受的静电电压和脉冲功率均有一定限度。CMOS集成电路在储存运输、组装和调试过程中难免会接触到某些带静电高压的物体，所以一般要对输入的静电进行保护，另外CMOS还会出现电路锁定效应，一般为了使用安全和方便，人们一直在研究从CMOS电路本身的设计和制造上克服锁定效应方法。当然，集成电路一般的要求都非常高，它需要预先对芯片进行设计，编制一定的程序，而我们往往使用现成的电路，对它只做了一定的分析。

通过对数字电路的基本知识的解读，当然这只是很浅的一方面。而数字电路涉及到的一些专用的集成电路。由于专用集成电路（ASIC）是近期迅速发展起来的新型逻辑器件，这些器件的灵活性和通用性使它们已成为研制和审计数字系统的最理想器件。因此数字电路的发展在今后还有很大的空间，但是在发展的同时，数字电路的基础的知识是不会改变的，只会在原来的基础上得到更大的改进，这需要新新的电子人来改进数字电路的不足地方，将它所存在的每一个缺点进行弥补，使各个部分它的作用发挥到最大。

数字电路在实际运用中将越来越广泛，现在在要求普及的数字电视已经进入了千家万户，数字化已经成了必然的趋势。但是任何技术知识，基础都是最根本，最主要的，数字电路的组成刚好是是基础。数字化的时代已经到来，打好基础知识是数字电路发展的前提条件。

参考文献：

[1]朱春萍.脉冲与数字电路，北京：中国劳动和社会保障出版社，2004