UPD61051GD-LML數字技術的發展及其應用,電子技術是20世紀發展最迅速、應用最廣泛的技術,已使工業、農業、科研、教育、醫療、文化娛樂以及人們的日常生活發生了根本的變革。特別是數字電子技術,在近四十多年來,取得了令人矚目的進步。

電子技術的發展是以電子器件的發展為基礎的。20世紀初直至中葉,主要使用的電子器件是真空管,也稱電子管。隨著固體微電子學的進步,第一只晶體三極管于1947年問世,開創了電子技術的新領域。隨后60年代初,模擬和數字集成電路相繼上市。到70年代末微處理器的問世,電子器件及其應用出現了嶄新的局面。1988年,集成工藝可在1 cm2的硅片上集成3500萬個元件,說明集成電路進人甚大規模階段。當前的制造技術已使集成電路芯片內部的布線細微到亞微米和深亞微米(0.13~0,09 um)量級。隨著芯片上元件和布線的縮小,芯片的功耗降低而速度大為提高。最新生產的微處理器的時鐘頻率高達3 GHz(109 Hz)。

數字技術應用的典型代表是電子計算機,它是伴隨著電子技術的發展而發展的。數字電子技術的發展衍生出計算機的不斷發展和完善,計算機技術的影響已遍及人類經濟生活的各個領域,掀起了一場“數字革命”。數字技術被廣泛地應用于廣播、電視、通信、醫學診斷、測量、控制、文化娛樂以及家庭生

活等方面。由于數字信號具有便于存儲、處理和傳輸的特點,使得許多傳統使用模擬技術的領域轉而運用數字技術,例如:

照相機 傳統的模擬相機是用鹵化銀感光膠片記錄影像,膠片成像過程需要嚴格的加工工藝和技術,而且膠片不便于保存和傳輸。數字相機是將影像的光信號轉換為數字信號,以像素陣列的形式進行存儲。存儲的信息包括色彩、光強度和位置等。例如640×480的像素陣列中,每個像素的紅、綠、藍三元色均是8位,則該陣列的數據超過700萬。如果用JPEG圖形格式進行壓縮處理后,數據量只為原來的5%,便于進行網絡的遠距離傳輸。隨著計算機處理照片技術的推廣,外置大容量小體積硬盤的普及,激光數字彩色照片沖放設各的廣泛應用,數字相機將取代模擬相機。

數字邏輯概論,數字電路,數字電路的發展不僅在集成度方面,而且在半導體器件的材料、結構和生產工藝上均有所體現。數字集成器件所用的材料以硅材料為主,在高速電路申,也使用化合物半導體材料,例如砷化鎵等。

邏輯門是數字集成電路的主要單元電路,按照結構和工藝分為雙極型、MOs型和雙極一MOs型。晶體管一晶體管邏輯門電路(TTL①)問世較早,其工藝經過不斷改進,是至今仍在使用的基本邏輯器件之一。隨著金屬一氧化物一半導體(MOs)工藝特別是CMOs②工藝的發展,使得集成電路具有很高的電路集成度和工作速度,并且功耗很低,因此TTL的主導地位已被CMOs器件所取代。

數字集成電路的特點,與模擬電路相比,數字電路主要有下列優點:

穩定性高,結果的再現性好,數字電路的工作可靠,穩定性好。一般而言,對于一個給定的輸人信號,數字電路的輸出總是相同的。而模擬電路的輸出則隨著外界溫度和電源電壓的變化,以及器件的老化等因素而發生變化。

易于設計,魏宇:電路又稱為數字邏舞曳路,它主要是對用0和1表示的數字信號進行邏輯送學知識,廣泛使用的數學工具是邏輯代數。

數字電路能夠可靠地區分0和1兩種狀態就可以正常工作,電路的精度要求不高。因此,數字電路的分析與設計相對較容易。

大批量生產,成本低廉,數字電路結構簡單,體積小,通用性強,容易制造,便于集成化生產,因而成本低廉。

可編程性,現代數字系統的設計,大多采用可編程邏輯器件,即廠家生產的一種半成品芯片。用戶根據需要用硬件描述語言(HDL③)在計算機上完成電路設計和仿真,并寫人芯片,這給用戶研制開發產品帶來了極大的方便和靈活性。

高速度,低功耗,隨著集成電路工藝的發展,數字器件的工作速度越來越高,而功耗越來越低。集成電路中單管的開關速度可以做到小于10-11s。整體器件中,信號從輸人到輸出的傳輸時間小于2×10-9s。百萬門以上超大規模集成芯片的功耗,TTL系△msistor-Transistor Logic的縮寫。

CMOS系Complementary Metal-0xide-semiconductor的縮寫。

HDL系Hardware Descnption Languagc的縮寫。