数字电子电路的特点、分类及应用

数字电子电路要实现数字的量，主要是由数字信息来完成的，并且要对其进行相应的运算，不但是算术的还有逻辑的，所以，又叫做数字系统，由于具有的功能有两个方面，所以，又称之为逻辑电路。

如今，数字电子电路的合成是由半导体工艺制作的，构成非常复杂，是由非常多个数字集成器件组成。数字逻辑电路中逻辑门是最基本的单元。存储器的功能主要是存储二进制的数字，总的来讲，数字电子电路主要由两个类型合成，一个是逻辑电路，一个是时序电路。

逻辑电路又叫做组合电路，它的逻辑门也是最为基本的电路单元，主要特点是输出值直接关系着输入值，电路在记忆方面的功能是不具备的，但是，输出的状态会发生一定的变化，与电阻性的电路类似。

关于时序逻辑电路，又叫做时序电路，它的构成是逻辑门电路与反馈逻辑回路，与组合电路最大的不同就是时序电路具备记忆的功能。其特点是输出不但取决于当时的输入值，并且与电路过去的状态也有关系。它与含储能元件的电感电路有一定的关系，时序电路较为典型的器件就是储存器、计数器、触发器、移位寄存器等。

数字电子电路的发展经历了由电子管、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。电子器件的发展是电子技术的发展基础。

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。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。

逻辑门是数字电子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。

数字电子电路的发展将向着更快、更密、更复杂的方向前进。随着数字电子技术的迅猛发展，在半导体工艺、平版印刷、金属化和封装等技术进步的支持下，比以往更快、更复杂的数字电子电路正在成为现实。

1、不但具备算术运算的巨大功能，而且也具有逻辑方面进行运算的功能，数字电子电路运算的基础就是二进制的逻辑，这种信号的运用，是对算术进行运算的主要工具，并且，在进行逻辑的运算的过程中也是很方便的，因此，在运算或是存储时都需要相应的控制，这一点是非常重要的。

2、在实现的过程中也不是太复杂，系统具有很好的可靠性，数字逻辑电路主要是以二进制为主，可靠性非常的高。电源电压在波动非常小的情况下不会受严重的影响，而且温度上具有的偏差会给其可靠性带来巨大的影响。

3、较高的集成度，非常容易实现功能，较小的体积，数字电子电路还有一个非常大的优点就是功耗非常低，电路在进行设计与维修时，也具有一定的灵活性，集成电路技术的发展速度非常的快，数字逻辑电路的集成度也得到快速的提升，集成的电路规模同样发生很大的变化，从元件级一步一步发展到系统级。

电路设计只靠一些标准的集成电路块单元组成。并且通过编程的方法使得逻辑功能的实现。

1、按功能分为组合逻辑电路和时序逻辑电路

前者在任何时刻的输出，仅取决于电路此刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，它们不具有记忆功能，常用的组合逻辑器件有加法器、译码器、数据选择器等。后者在任何时候的输出，不仅取决于电路此刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关，它们具有记忆功能。

2、按结构分为分立元器件电路和集成电路

前者是将独立的晶体管、电阻等元器件用导线连接起来的电路。后者将元器件及导线制作在半导体硅片上，封装在一个壳体内，并焊出引线的电路。集成电路的集成度是不同的。

数字电路主要研究对象是电路的输出与输入之间的逻辑关系，因而在数字电路中不能采用模拟电路的分析方法，如小信号模型分析法。由于数字电路中的器件主要工作在开关状态，因而采用的分析工具主要是逻辑代数，用功能表、真值表、逻辑表达式、波形图等来表达电路的主要功能。

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;在自动控制中，可以利用数字电路的逻辑功能，设计出各种各样的数字控制装置;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，并已带来了许多方面根本性能的变革。

必须指出，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，首先必须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。

应该说明的是，随着中、大规模集成电路的飞速发展，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，逻辑设计方法在不断发展。此外，数字电子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发展也在不断变化，类型层出不穷，所以数字技术是一门发展很快的学科。

数字技术的快速发展，使得半导体工艺、平版印刷等技术都得到快速的进步，数字电子电路实现了更加复杂的功能，运算的速度越来越高，能够集成近一个亿的微处理器是晶体管的64位，快闪存储器最大的特点就是具有较大的容量，可以达到的容量有2个多GB，并且，部分ASIC所拥有的门电路的数量也是相当的高，已高出了了1000万，而目前FPGA的门电路和数就达到了300万个。

将来台式电脑与服务器CPU的时钟频率也会提高很多，集成度的不断提高导致设计人员能在一块芯片上放置至少一个的CPU，高速缓冲存储器也能达到三级。这样能够使在片以外对数据进行读取的数量不断缩减，这样一来就可以提高处理器的吞吐量，对于处理器的性能的提升也是非常有利的。

曾经在一块芯片上就集成了4个CPU的六十四位处理器，很多公司正准备把几十个三十二位嵌入式处理器的内核提高到一个新的高度。DSP芯片在不断的向更高的架构进行转变，主要是通过两种方式进行，在很多场合中指令字的方式是使用非常普遍的一种方式，在同一块芯片上有多数个处理单元存在，这也是一种非常常见的单指令阵列处理。

目前，计算的能力在持续的提升，由于很多新型的存储单元结构相继出现，对于快闲存储器的单片来讲，密度也得到很大的提升。无论是多级存储单元还是镜像位，这两各方案都是这一技术中最为前沿的，在多级的存储中有很多种方法在被使用，各比特在编码的过程中使用是四个电荷级，能够对任何一个存储单元进行数据的存储，并且，每一个镜像位的方案是把每一个比特存在一个绝缘栅上。

虽然DRAM的存储器的密度不会一下跳到1GB，但是，可以对下一代的DRAM的运算速度进行预设，并且，其运算的速度也会越来越快。此种存储器会使用第二代的DDR接口。同时，人们还在不断的开发出运行速度更快的接口，为引出更高的带宽而打基础。

尽管与DRAM相比不是特别的明显，然而，非动态的随机存储器在密度方面会进行不断的升级。如今，6MB的芯片是可以投入市场的，相信在不久的将来无论是32MB的芯片，还是64MB的芯片都会投入市场，对于众多的SRAM来讲，接口运行速度的不断加强是非常关键的。目前，通过降低绝缘材料的介电常来来使得电子电路性能的提升是非常关键的，也是其中的焦点。

总而言之，在存储器的领域中，新型非易失性技术为设计人员提供了更多新的选择，铁电技术也在一些试验性的磁阻存储单元中非常快速的兴起，这样的技术有一种可能存在，就是会把易失性的存储器从理想走向现实，也就是一种可能跟RAM一样可以进行读写操作，可以有与快闪存储器一样的功能，可以在不接通电源的情况下进行对数据的保存，并且是无限期的保存，同时，还不会出现任何数据的耗。