數字電路（Digital Circuit）又稱數字邏輯電路，是傳遞和處理數字信號的電路。數字電路的基本構成單元主要由半導體工藝制成的數字集成器件構造而成，同時包括電阻、電容、二極管、三極管等元件。它具備邏輯運算能力以及具有抗干擾能力強、功耗低、電路結構簡單、通用性強、保密性好等特點，是研究各部分單元電路之間狀態的電路。數字電路的設計則通常需考慮硬件電路結構與軟件方案、電路連接和微型機接口的邏輯電平轉換、可靠性、抗干擾等原則，并遵循電子電路先靜態、后動態的原則。
數字電路的發展與模擬電路一樣經歷了由電子管、晶體管、半導體分立器件到集成電路等幾個時代。1847年，喬治·布爾提出的布爾代數為數字電路提供了理論及分析基礎。1946年，電子計算機的誕生開啟了數字時代的大門，緊接著在1947年，晶體管的問世為電路設計帶來了革命性的變化。1958年，人類歷史上第一個集成電路誕生，開始進入集成時代。而到了20世紀60年代，模擬和數字集成電路的商業化進一步推動了技術的發展。到20世紀90年代末，電路設計已經能夠實現千萬級晶體管的集成。
數字電路類按邏輯功能可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路；按電路結構可分為雙極型電路和單極型電路；按有無集成元器件分為分立組件電路和集成電路，其中以單極型電路CMOS電路最為常見。數字電路可采用邏輯圖、真值表、邏輯函數表達式和卡諾圖等方法進行分析。數字電路主要應用于計算機系統、數字通信設備、數字電視、數字照相機等領域。數字電路在設計、生產、使用過程中會受功耗、噪聲等因素的影響，然而也存在容易受噪聲容限、電磁干擾、熱效應等問題影響的局限性。
概述
數字電路，是傳遞和處理數字信號的電路，因其處理的信號為邏輯電平信號，所以也稱為數字邏輯電路。與電路所采用的信號形式相對應，將傳送、變換、處理模擬信號的電子電路叫作模擬電路，將傳送、變換、處理數字信號的電子電路叫作數字電路。
數字電路研究的重點就是確定輸出與輸入以及各部分單元電路之間的狀態（“0”與“1”）的關系，這種關系就叫做邏輯關系，因而在數字電路中不能采用模擬電路的分析方法，例如，小信號模型分析法。數字電路工作時通常只有兩種狀態：高電勢（又稱高電平）或低電位（又稱低電平）。通常把高電位用代碼“1”表示，稱為邏輯“1”；低電位用代碼“0”表示，稱為邏輯“0”。數字電路的研究對象廣泛，它包括脈沖信號的產生、放大、整形、控制、記憶、計數、顯示和電路輸入、輸出間的邏輯關系等問題。一個數字系統一般由控制部件和運算部件組成，在時脈的驅動下，控制部件控制運算部件完成所要執行的動作。通過模擬數字轉換器、數字模擬轉換器，數字電路可以和模擬電路互相連接。
發展歷程
數字電路經歷了由電子管時代、晶體管時代、半導體集成電路時代到集成電路時代的發展過程。
電子管時代
數字電路的發展離不開數字系統，數字系統的歷史最早可追溯到17世紀。1642年，布萊士·帕斯卡（Blaise Pascal）設計了一臺機械的數值加法器。之后在1671年，德國數學家喬治·布爾（George Boole）發明了一臺可進行乘法與除法的機器。1847年，喬治·布爾提出了布爾代數，布爾代數的出現為數字計算機和其它數字系統中的數字電路提供了設計理論以及分析方法。1854年，喬治·布爾在他的論文《思維規律的研究》中提出數字式電子系統中的二元系統概念，這個理論用二元數“1”表示“真”，以“0”表示“偽”。
1904年，英國工程師弗萊明制造出了世界上第一只實用的電子管，即二極管，由此開始進入電子技術時代。1906年，美國工程師德·福雷斯特改良了亞歷山大·弗萊明的二極管，通過在陰極和陽極之間增加一個柵極，因此發明出三極管，并發現三極管的放大作用，為電子工業的發展奠定了基礎。
1922-1923年，圣彼得堡Nizhegorod無線電實驗室的俄羅斯工程師奧列格·洛塞夫（Oleg Losev）發現點接觸紅鋅礦晶體二極管的特殊工作模式，該模式支持高達5MHz的信號放大。1926年，奧匈帝國裔美國物理學家物理學家利林菲爾德（Lilienfeld）申請了“控制電流的方法和裝置”專利，其中描述了一種使用硫化銅半導體材料的三電極放大裝置。
1938年，克勞德·香農（C.E.Shannon）將布爾代數應用于電話繼電器的開關電路，提出了“開關代數”。第二次世界大戰爆發以后，電子計算設備得到快速發展。1939年11月，美國的約翰·阿塔那索夫（John V.Atanasoff）和他的學生克利福特·貝瑞（Clifford Berry）完成了一臺16位的加法器，這是第一臺電子管計算機。1939年，祖思（Zuse）和施賴爾（Schreyer）開始在Z1計算機的基礎上發展Z2計算機，并用繼電器改進它的存儲和計算單元。
1940年，施賴爾利用電子管并使用了燈做存儲裝置完成了一個10位的加法器。1946年，世界上第一臺電子計算機ENIAC計算機在美國賓夕法尼亞大學研制成功，人類開始進入信息社會。
晶體管時代
1947年，約翰·巴丁和沃爾特·布拉頓在鍺晶體上測試時，偶然發現了一種不同類型的晶體管，稱為雙極器件。同年，第一個晶體管在美國貝爾實驗室誕生。這種晶體管不僅能實現電流放大功能，而且成功克服了電子管體積過大、能耗高、結構脆弱的缺點。1948年6月，貝爾實驗室公開宣布了他們稱之為“晶體管”的革命性固態設備。20世紀40年代末，晶體管問世并逐漸取代了電子管，并為集成電路的發展提供了工藝基礎。1952年，英國科學家達默（Dummer）第一次提出了集成電路（IC）這個想法，集成電路開始走上歷史舞臺。
半導體集成電路時代
1952年，英國雷達研究所的科學家達默在一次會議上提出“把分立元器件集中制作在一塊半導體品片上”的想法，這就是初期集成電路的構想。同年，貝爾實驗室的威廉·肖克利推出雙極結型晶體管，并成為后30年的主導晶體管。1958年9月，美國堪薩斯州的杰克·基爾比（Jack Kilby）使用“多片硅晶體”組成的電路單片，成功將晶體管、電阻與電容集成到同一個硅晶片之上，搭建出移相振蕩器電路，人類歷史上第一個集成電路由此誕生。
1959年1月，杰克·基爾比依靠電阻、電容、二極管和三極管，用鍺晶體設計一個新的觸發電路，并且成功觸發。2月，系統電路第一次出現“集成”概念，它可以用一種半導體材料就能將所有電子元器件組合起來。同年，貝爾實驗室的約翰·阿塔拉（M.John.Atalla）和江大原（Dawon Kahng）發現金屬氧化物半導體（MOS）。至20世紀50年代末，集成電路的出現，使集成電路開始由小規模、中規模向大規模和超大規模集成電路發展。
集成電路時代
1960年，卡爾·蔡寧杰（Karl Zaininger）和查爾斯·默勒（Charles Meuller）在RCA制造了mos晶體管，Fairchild的CT Sah制造了MOS控制的四極管。1961年，霍夫施泰因（Hofstein）與海曼（Fred Heiman）構建了單獨的晶體管和多個器件的互連陣列，第一個MOS集成電路誕生。從20世紀60年代開始，數字集成器件以雙極型工藝制成了小規模邏輯器件。隨后發展到中規模邏輯器件。這一時期，模擬和數字集成電路也相繼上市。
20世紀70年代初，Fairchild、IBM、飛利浦和RCA在內的許多公司解決了MOS可靠性問題。1970年，第一個被廣泛認可的使用CMOS的消費產品Hamilton Pulsar“腕上電腦”數字手表推出，當時售價高達2100美元。1971年，1100 Checkmate計算器板推出，1972年9月，首批單芯片MOS消費計算器Datamath 2500推出。1978年，世界上第一塊超大規模集成電路研制成功，這種集成電路可使邏輯電路都集中在1個芯片上，體積更小，應用更方便。至20世紀70年代末，微處理器的出現使數字模擬集成電路的性能產生了質的飛躍，微處理器的問世，使電子器件及其應用出現了嶄新的局面。
1987年，極大規模集成電路面世，它的晶體管集成度達到100萬個以上。20世紀80年代末，微處理器每個芯片的晶體管數目突破百萬大關。20世紀90年代美國又研制成集成度達250萬個晶體管的軍用超高速集成電路。到20世紀90年代末，人們可以制造包含千萬個晶體管的芯片。
相關概念
數字信號
數字信號是指離散的、不連續的信號，數字信號以一定的最小量值為量化單位。在數字電路與系統的分析與設計中，一般采用的是正邏輯體制。數字信號具有傳輸可靠、易于存儲、抗干擾能力強、穩定性好等優點。
邏輯代數
邏輯代數是布爾代數的一種特例，是研究數字系統邏輯設計的基礎理論。無論何種形式的數字系統都是由一些基本的邏輯電路所組成的。邏輯代數是解決數字系統分析和設計的數學工具，邏輯代數用字母表示變量。邏輯代數中定義了“與”“或”“非”三種基本運算。
二進制數制
數字電路中，都是采用二進制，這是因為實現數字電路的器件是與二進制相對應的。二進制系統也稱之為雙值邏輯系統。用這些器件與雙值邏輯系統的二進制相對應，容易實現各種邏輯電路的功能。所以，數字電路中用二進制的“0”“1”或“0”“1”的不同組合來表示數字信號，并遵循二進制的運算規則。數字電路中，二進制數碼的“0”和“1”不僅可以表示數量的大小，而且可以表示兩種不同的邏輯狀態，如分別表示一件事情的是和非、真和假，有和無、好和壞，或者表示電路的通和斷、電燈的亮和滅等。在數字電路中兩數相減的運算是用其補碼相加來完成的，補碼分為正數和負數兩種，正數的補碼和其原碼相同，為“0”；負數的補碼是由原碼的數值位逐位求反，然后在最低位上加“1”，為“1”。
正邏輯和負邏輯
數字信號只有兩個離散值，通常用數字“0”和“1”表示。這里的“0”和“1”代表兩種狀態而不代表具體數值，稱為邏輯“0”和邏輯“1”，也稱為二值數字邏輯。不同半導體器件數字電路中邏輯“0”和邏輯“1”對應的邏輯電平值。當規定高電平為邏輯“1”、低電平為邏輯“0”時，稱為正邏輯。當規定低電平為邏輯“1”、高電平為邏輯“0”時，稱為負邏輯。
邏輯電平
邏輯電平是指一種可以產生信號的狀態，通常由信號與PE線之間的電壓來體現，邏輯電平的浮動范圍由邏輯家族中不同器件的特性所決定。數字電路中電信號分為“0”和“1”，而邏輯家族中有不同的集成電路器件，在實際工作中，這些器件需要一個特定的電壓、電流標準去判定它的電信號是“0”還是“1”，這個標準就被稱為邏輯電平。數字邏輯電路的輸出只有兩種可能的狀態：高電平和低電平。輸入也只能接收高電平和低電平兩種電壓。不同類型的邏輯電路，高電平和低電平定義的電壓范圍也不同，所以存在不同的電平標準，如TTL電平標準為：電源電壓為；輸出電平高電平，低電平；輸入電平高電平，低電平。
基本組件
數字電路的基本構成單元主要有電阻、電容、二極管和三極管、脈沖信號、寄存器等元件。
電阻
電阻（resistance）是導體對電流的阻礙作用。導體的電阻越大，表示導體對電流的阻礙作用越大。電阻通常用表示，它的單位是歐姆，符號是。電阻器是所有電子電路中使用最多的元件。電阻器的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個耗能元件，電流經過它就產生熱能。電阻器在電路中通常起降壓限流的作用。電阻器都有一定的阻值，電阻的大小可以使用萬用表的電阻檔測量，測量時萬用表的量程要大于被測電阻器的阻值。電路上的電動勢除以通過該電路的電流即可定量地定義電阻的大小。表達式為：。數字電路常用的電阻為和的金屬膜電阻，、和線圈，通用電阻，熱敏電阻，排阻等。
電容
電容（capacitance）是電導體或一組導體的特性，通過分離的量來測量每單位電勢變化可以存儲在其上的電荷，電容器也是最常用的電能儲存元件，具有儲存電場能量的作用。電容還意味著相關的電能存儲。如果電荷在兩個最初不帶電的導體之間轉移，則兩者都會帶上相同的電荷，一個帶正電，另一個帶負電，并且它們之間會產生電勢差。電容是任一導體上的電荷量與導體之間的電勢差的比率，或者簡稱為。但是電容值與導體上所帶電荷及所加電壓無關，而與導體的形狀、尺寸、相互位置、介質材料有關，如平行板之間的距離相對于導電板的面積而言很小時，電容與這兩個參數及極板間介質之間的關系為。
二極管
整流管（Diode）是由半導體PN結構成的二端器件，具有單向導電性，外加正向電壓時導通，反向電壓時截止。這種特性常用于電源的整流、通信的檢波、控制的開關。根據結構的不同，可將二極管分為點接觸型、面接觸型和平面型三大類，其中，點接觸型二極管PN結面積小、結電容、工作電流小，但有較好的高頻性能，適用于高頻小功率工作，也可用作數字電路的開關器件；平面型二極管PN結面積可大可小，結面積大的主要用于大功率整流，結面積小的可用作數字脈沖電路的開關管。
三極管
三極管（triode）是由三個電極（陰極燈絲、陽極板和控制柵極）組成的電子管，當三極管外加電源時，三極管將呈現電流放大的作用。在一塊極薄的硅或鍺基片上經過特殊的加工工藝制作出兩個PN結構成三層半導體，對應的三層半導體分別為發射區、基區和集電區，從三個區引出的三個電極分別為發射極、基極和集電極，分別用符號E（e）、B（b）和C（c）表示，這種元件稱為三極管。三極管的突出特點是在一定的電壓條件下具有電流放大作用。
脈沖信號
在數字電路中，經常使用脈沖信號（Pulse Signal）進行信息傳送，或者將其作為時鐘脈沖，用來控制和驅動電路，使各部分協調動作。獲得矩形脈沖的電路通常有兩類。一類是自激多諧振蕩電路，它無須外加輸入信號的觸發，通過自激振蕩輸出一個連續的矩形脈沖。另一類是只有在外加觸發作用下才輸出脈沖的電路，它又可分為兩種：一種是邊緣觸發的單穩態電路，經輸入脈沖邊沿觸發后，輸出具有一定寬度的脈沖波形；另一種稱為施密特觸發器，它屬于整形電路，能將輸入的正弦信號形或三角波形等模擬波形進行整形，使電路輸出矩形波形。
寄存器
在數字電路中，用來存放二進制數據或代碼的電路稱為寄存器。寄存器是由具有存儲功能的觸發器組合起來構成的。一個觸發器可以存儲1位二進制代碼，存放位二進制代碼的寄存器，需用個觸發器來構成。按照功能的不同，可將寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大類。基本寄存器只能并行送入數據，需要時也只能并行輸出。移位寄存器中的數據可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數據既可以并行輸入—輸出、串行輸入—輸出、并行輸入—串行輸出、串行輸入—并行輸出。
分類
數字電路可按邏輯功能、使用的器件、組成結構分為多種類型，按電路的邏輯功能不同可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路；按電路所使用的器件不同可分為雙極型電路和單極型電路；按組成結構不同可分為分立組件電路和集成電路。
按邏輯功能分類
數字電路按電路的邏輯功能不同可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。
組合邏輯電路
組合邏輯電路簡稱組合電路，它由最基本的邏輯門電路組合而成。任何時刻的輸出狀態僅取決于該電路當時輸入各變量的狀態組合，而與電路過去的輸入、輸出狀態無關。該類電路沒有記憶功能，加法器、譯碼器、數據選擇器等都屬于此類。
時序邏輯電路
時序邏輯電路是數字系統中具有記憶和保存數字信息功能的數字電路，它可以使用數字邏輯門傳輸和處理二進制數碼信號，也可以保存這些數字信息。時序邏輯電路簡稱時序電路，它是由最基本的邏輯門電路加上反饋邏輯回路（輸出到輸入）或器件組合而成的電路，與組合電路最本質的區別在于時序電路具有記憶功能。時序電路的特點是：輸出不僅取決于當時的輸入值，而且還與電路過去的狀態有關。它類似于含儲能元件的電感或電容的電路，如觸發器、鎖存器、計數器、移位寄存器、儲存器等電路都是時序電路的典型器件。
按電路結構分類
數字電路按電路所使用的器件不同可分為雙極型電路與單極型電路，雙極型電路主要有DTL、TTL、ECL、IIL、HTL等電路，單極型電路主要有NMOS、PMOS、CMOS、HCMOS等電路。
雙極型電路
DTL電路
DTL電路是一種由二極管“門”電路完成“與”邏輯運算，晶體管放大電路完成“非”邏輯運算的電路。DTL電路“與非”門具有電路型式簡單、中等水平的功耗和抗擾度，但它的開關速度較低，一般適用于低速數字系統。
ECL電路
ECL電路是一種非飽和型的高速邏輯電路。ECL電路具有如下特點：高電平為，低電平為，閩值電壓。由于邏輯擺幅小，因此抗干擾能力差，一般噪聲容限在左右；由于電路的三極管工作于放大或淺截止狀態，且電路中電阻取值較低，邏輯擺幅小，故開關速度較高；由于電路是射極輸出，其輸出阻抗較低，帶負載能力強；采用非飽和型電路，且電路中電阻選取得較小，故功耗大，而且輸出電平穩定性較差。ECL門電路的產品主要用于高速、超高速的數字系統和設備當中。
TTL電路
TTL電路是雙極型邏輯電路的另一種類型，其電路簡單，功耗低，可以做成高集成度的電路。TTL門電路基本邏輯單元是一個PNP型三極管，和一個多集電極的NPN型晶體管組成，TTL門電路主要用于制作大規模集成電路。
IIL電路
IIL電路是雙極型數字集成電路的集成注入邏輯型電路，其基本單元是由一只多集電極三極管構成的反相器，反相器的偏流由另一只三極管提供。IIL電路結構簡單，各邏輯單元之間無需隔離，可在低電壓及微電流條件下工作，但存在抗干擾能力差、開關速度慢等缺點。IIL電路主要用于制作大規模集成電路的內部邏輯電路。
HTL電路
HTL電路與DTL電路相似，不同點在于HTL電路的輸入晶體管的發射極串聯了一個穩壓管，從而使電路的門限電平抬高到等于齊納二極管的額定電壓。HTL電路的主要缺點是速度低、功耗大。它主要用于工業自動化、程序控制和巡回檢測等方面。
單極型電路
CMOS邏輯電路是以金屬氧化物半導體場效應管為基礎的集成電路。由于場效應晶體管中只有一種載流子的運動，所以MOS邏輯電路屬單極型電路。單極型MOS集成電路具有工藝簡單、成本低、占用芯片面積小且集成度高、工作電源電壓范圍寬且輸出電壓擺幅大、輸入阻抗高、易于電路相連、抗能力強、帶負載能力強、溫度穩定性好和功耗低等一系列優點，因此到了廣泛的應用。
NMOS電路
NMOS門電路是全部使用N溝道增強型MOS管制成的集成門電路，又稱為N溝道金屬—氧化物—半導體集成電路。NMOS技術發展很快，其大規模集成電路的代表性產品是各種高速、低功耗、大容最存儲器和微處理器。
CMOS電路
CMOS 門電路是由PMOS管和NMOS管構成的互補MOS集成門電路CMOS門電路具有功耗低、抗干擾能力強、工作電源電壓范圍寬、負載能力強、溫度穩定性好等一系列優點，其使用范圍包括各種工業控制設備和民用電子產品。
PMOS電路
PMOS電路是以P溝道MOS場效應管為基本元件的集成電路，稱為PMOS集成電路，也稱P溝道金屬—氧化物—半導體集成電路。PMOS電路邏輯擺幅大，充電放電過程長，工作速度低，在NMOS電路出現后，逐漸被其取代。
按有無集成元器件分類
數字電路按組成結構不同可分為分立組件電路（Discrete circuit）和集成電路兩大類，其中集成電路按集成度（在一塊硅片上包含組件數量的多少）可分為小規模、中規模、大規模和超大規模集成電路。
分立組件電路
在數字電路中，所謂“門”就是指實現基本邏輯關系的電路。最基本的邏輯門是與門、或門和非門。用基本的門電路可以構成復雜的邏輯電路，完成任何邏輯運算功能，這些邏輯電路是構成計算機及其他數字系統的重要基礎。邏輯門可以用電阻、電容、二極管、三極管等分立元件構成，這種門稱為分立元件門。
集成電路
集成電路（Integrated circuit）簡稱“IC”，該電路由電子元件組裝，包括微型有源器件（例如晶體管和二極管）和無源器件（例如電容器和電阻）及其互連構建在薄基板上半導體材料（通常是硅），產生的電路是一個小的單片“芯片”，各個電路元件的尺寸通常非常微小。按電路有無集成器件可分為分立元件數字電路和集成數字電路：按集成電路的集成度可分為小規模集成數字電路、中規模集成數字電路、大規模集成數字電路和超大規模集成數享電路。
設計原則
數字電路設計原則應依以下原則進行：
（1）硬件電路結構要結合軟件方案一并考慮，盡可能選用典型電路和集成電路。
（2）微型機系統的擴展與外圍設備配置的水平應充分考慮測控系統的功能要求，并留有適當修改的余地，在把設計好的單元電路與別的單元電路相連時要考慮它們是否能直接連接。
（3）數字電路連接和微型機接口電路要考慮邏輯電平轉換，是否加驅動器、鎖存器和緩沖器等；在數字信號傳送距離較遠時，要考慮采用“線動器”；并采用可靠性設計和抗干擾設計。
特點
數字電路是一個具備邏輯運算能力的電路，還具有抗干擾能力強、功耗低、電路結構簡單、通用性強、保密性好等特點。
邏輯運算能力
數字電路是以二進制邏輯代數為數學基礎，使用二進制數字信號，不僅能夠完成算術運算，而且能夠方便地進行邏輯運算（與、或、非、判斷、比較、處理等），具有邏輯推理和邏輯判斷的能力，因此被稱為數字邏輯電路或邏輯電路，極其適合于運算、比較、存儲、傳輸、控制、決策等應用。計算機也因為這種邏輯思維能力而被稱為電腦。
抗干擾能力強
模擬電路主要研究的是輸出、輸入之間的數量關系，而在數字電路中，是根據數字信號的脈沖寬度、脈沖頻率、脈沖個數等條件研究輸出、輸入之間的邏輯關系。數字信號在傳輸和處理過程中，來自不同方面的干擾往往只會影響到脈沖的幅度，而對數字脈沖信號的個數、頻率、脈寬等表征邏輯關系的參數沒有影響，即使出現大的干擾導致脈沖信號發生改變，也能通過糾錯的方法進行校正，所以數字電路的抗干擾能力較強，便于使用、維護和進行故障診斷。
功耗低
在模擬集成電路中，由于晶體管等半導體器件基本工作在放大狀態，整體上功耗較大。而在數字電路中，晶體管等半導體器件一般工作在開關狀態，即交替工作在飽和狀態和截止狀態，數字電路的功耗較低，所以目前數字電路的集成度可以做得很高。
電路結構簡單、通用性強
數字電路傳輸、處理的數字信號實質上就是二值數據即高電平和低電平，具有穩定的高、低電平輸出的電路都可作為數字電路的基本單元，數字電路的很多功能都能模塊化、單元化，復雜的數字電路都可以由這些基本模塊組成。它便于集成和系列化生產，通用性強，成本低，使用方便。除此之外，數字電路對元器件參數精度的要求不高，因為高、低電平的取值有一定的容限范圍。
保密性好
對數字信號可以采取很多方法進行加密處理，所以數字電路對數字化的信息有很強的保密性。
分析方法
不同的電路有不同的分析方法，但是它們都是以邏輯代數為基礎的。在設計和分析數字電路的邏輯關系時，常使用五種方法，即真值表、卡諾圖、邏輯函數表達式、邏輯圖、波形圖。此外，還可采用硬件描述語言（如ABEL語言）借助計算機分析、仿真與設計數字系統。
真值表
真值表能直觀地說明門電路的邏輯功能，因此是分析數字電路的一種重要和方便的工具。每個布爾函數都可以被指定為一個表，假設函數有個參數，然后每個參數都有兩個可能的值，那么只有種可能的參數組合，可以全部列出。對于每個列表條目，可以添加函數值，形成函數的真值表。真值表是對函數的一個完整而明確的定義，因為它給出了每個可能情況下的函數值。它顯示了輸入狀態的每種可能組合的輸出狀態。符號“0”（假）和“1”（真）通常用于真值表中。
卡諾圖法
在分析數字電路時，人們會用到邏輯分析的一種數學工具，即邏輯代數，而卡諾圖即為邏輯函數常用的方法之一。卡諾圖的創建是基于布爾函數的真值表，通過覆蓋所有變量的最小項來簡化邏輯表達。卡諾圖在表達和最小化布爾函數時使用格雷碼來排列變量的值。卡諾圖的畫法遵循下面3條原則：每個變量都把全圖分為兩半，一半代表原變量，另一半代表反變量；把變量的符號分別標注在方格圖的左上角斜線兩側，并在方格圖上方和左側的每個方塊的邊沿，標注每個變量的取值；每個方塊的編號，就是真值表中變量每種組合的二進制所對應的十進制數。
邏輯圖
邏輯圖就是用門電路的邏輯符號表示邏輯函數的電路圖。數字電路的電路圖就是邏輯圖。邏輯圖與邏輯表達式的組合運用是設計、分析數字電路的基礎。邏輯圖是用二進制邏輯單元圖形符號繪制的、以實現一定邏輯功能的一種簡圖。它分為理論邏輯圖（純邏輯圖）和工程邏輯圖（詳細邏輯圖）兩類。理論邏輯圖以二進制邏輯單元，如各種門電路、觸發器、計數器、譯碼器等的邏輯符號繪制用以表達系統的邏輯功能、連接關系和工作原理等。
邏輯表達式
邏輯表達式既可以分析數字電路，又是設計數字電路的依據。邏輯函數表達式是用與、或、非等邏輯運算符和邏輯變量組成的表達式，共有以下8種類型：
波形圖
波形圖又稱為時序圖，是反映輸入信號和輸出信號波形變化規律的圖形，是在同一時間坐標前提下，由輸入變量的所有可能取值組合的高、低電平及其對應的輸出函數值的高、低電平所構成的圖形。波形圖能直接反映出變量之間的時間關系和函數關系，所以常在數字電路分析和調試時用到。波形圖直觀地表示出了數字電路輸入、輸出端電壓信號的變化，是分析數字電路的邏輯關系時的重要手段。
技術指標
數字集成電路在系統設計中主要需考慮工作速度、負載能力、供電電壓等技術指標。
工作速度
工作速度一般用輸入輸出的延遲時間來描述，延遲時間越短則工作速度越高。在一般的應用系統中，數字電路的延遲時間都可以小到忽略不計，但在高速應用系統中就影響較大，比如在高速計算機系統中，其主時鐘一般都在幾百MHz，甚至在1GHz以上。
負載能力
數字電路的負裁能力與兩個因素有關，即作為驅動源時所能提供的最大輸出電流和作為負載時消耗的電流。一個TTL系統可以全部使用CMOS電路來代替，但如果TTL系列和CMOS系列芯片混用時，則必須要考慮負載能力問題和電平匹配問題。
供電電壓
集成電路的供電電壓也是數字集成電路的重要技術指標，如74系列的數字集成電路芯片供電電壓的標稱值一般為，允許的變化范圍為。為保證邏輯可靠，其工作電壓的波動范圍必須滿足此要求。
測試與驗證
數字電路的調試，主要是檢測電路能否滿足設計要求的邏輯功能以及電路能否正常工作通過必要的調整，達到設計要求。數字電路的調試也應遵循一般電子電路“先靜態、后動態”的原則。如果對電路的測試目的只是為了檢查電路是否發生了故障，則稱這種測試為數字電路的故障檢測；對電路的邏輯功能的測試稱為功能測試或靜態測試；對電氣特性或時間特性的測試稱為動態測試；如果測試的目的不僅是為了檢查電路是否有故障，而且還要確定發生故障的部位，則稱這種測試為故障定位。
集成門電路測試
靜態測試
通常涉及模擬開關輸入高低電平，并使用發光顯示器或邏輯測試筆檢測輸出。通過比對輸出與門電路的真值表，驗證其邏輯正確性。
動態測試
將規定的脈沖信號輸入各端口，使用數字存儲示波器直觀觀察輸入與輸出波形。通過分析這些波形的時序關系圖，確認輸入輸出是否符合預定邏輯關系。
組合邏輯電路測試
靜態測試
組合邏輯電路的靜態測試可分為：將電路的輸入端分別接到邏輯電平開關，注意按照真值表中輸入信號的高低位順序排列；將電路的輸入端和輸出端分別接到“0-1”電平顯示器，分別顯示電路的輸入狀態和輸出狀態；根據真值表，用邏輯電平開關給出所有狀態組合，觀察輸出端電平顯示是否滿足所規定的邏輯功能。
動態測試
組合邏輯電路的動態測試是在輸入端分別輸入合適信號，用脈沖示波器測試電路的輸出響應。輸入信號可由脈沖信號發生器或脈沖序列發生器產生。測試時，用脈沖示波器觀察輸出信號是否跟得上輸入信號的變化，輸出波形是否穩定并且是否符合輸入邏輯關系。
時序邏輯電路的測試
靜態測試
時序邏輯電路的靜態測試主要測試電路的復位、置位功能。測試步驟主要為：把輸入端分別接到邏輯電平開關，輸入信號由邏輯電平開關提供；把時鐘脈沖輸入端CP接到手動單次脈沖輸出端；把輸入端、時鐘脈沖CP端與輸出端分別連接到邏輯電平顯示器；測試時，依次按動邏輯電平開關和手動單次脈沖按鈕，從顯示器上觀察輸入、輸出狀態的變化和轉換情況。若全部轉換情況都符合狀態轉換表的規定，則該電路的邏輯功能符合要求。
動態測試
時序邏輯電路動態測試是指在時鐘脈沖的作用下，測試各輸出端的狀態是否滿足功能要求。在測試過程中，應首先用數字頻率計和示波器觀察時基信號的波形和頻率，調整可調元件，動態測試通常用示波器進行觀察，若所有輸入端都接適當的脈沖信號，則稱為“全動態測試”。而一般情況下，多數屬于半動態測試，全動態與半動態測試的區別在于時鐘脈沖改為連續的時鐘脈沖信號源提供，輸出由示波器進行觀測。
影響因素
數字電路受諸多的因素影響，其中對其影響較大的有功耗、噪聲因素等。
功耗
數字電路中功耗分動態功耗和靜態功耗兩種類型，一般情況下動態功耗是主要影響因素。控制功耗可以節約能源、延長電池使用時間、提高系統可靠性、減少電磁干擾，控制動態功耗的兩種基本方法為降低系統工作電壓和降低系統工作的時鐘頻率。
噪聲
數字電路工作時，其信號電平相對很高，數字電路中混入噪聲電壓時，只要噪聲電壓不超過噪聲裕量，就不會影響其正常工作。內部噪聲干擾則是影響電路的最主要的因素。產生內部噪聲的原因有電源總線噪聲、地總線噪聲、傳輸線反射、竄擾等。解決內部噪聲的主要方法為：從PCB布線和裝配工藝上，盡可能地減小門電路的分布電容和接地電感，從而降低噪聲電壓；在輸出端串聯阻尼電阻R，以抑制振鈴現象的產生。
局限性
數字電路在設計、生產、使用過程中會存在噪聲容限、電磁干擾、熱效應等局限。
噪聲容限問題
數字電路的抗干擾能力受限于其噪聲容限。每個電子器件都有其固有的噪聲容限指標。為了確保電路正常工作，輸入信號在包含噪聲的情況下，其幅值必須保持在電路的閾值電壓范圍內。如果超出這個范圍，電路可能無法正確識別信號狀態，導致性能下降。
電磁干擾
在設計電路時，數字電路和系統通常會受到電磁干擾問題的局限，電磁干擾是指當電子設備處于另一電子設備生成的射頻電磁場中時，工作狀態遭到破壞的現象。這種局限可以通過減小電流回路尺寸、電流和噪聲頻率等方法來降低。
熱效應
數字電路通常都由集成電路來實現，數字電路在使用過程中由于每片集成電路是單獨封裝的，若集成電路產生的熱功率比封裝可發散的功率大，會產生熱效應現象，它可以通過添加冷卻裝置來解決，但會為數字電路增加生產成本，因此熱效應也成為設計數字電路的局限之一。
應用
計算機系統
數字電路是構成數字電子計算機硬件系統的主體之一。其基本邏輯元件是門電路和雙穩態觸發器。數字電路的中小規模半導體集成電路，其少量作為獨立的計算機元件使用，而在構成計算機組合電路、時序電路及大規模集成電路上會大量使用數字電路。計算機中用到的組合電路有字級門、編碼器、譯碼器、多路數據選擇器、加法器、比較器、奇偶發生/校驗器等；用到的時序電路有數據寄存器、移位寄存器、分頻器、計數器、節拍信號發生器等等。計算機中用到的半導體集成存儲器（ROM、RAM、SAM）屬于大規模數字集成電路，內含組合電路和時序電路。
通信設備
在數字通信中，可以利用數字電路傳輸信息和圖像；在自動控制中，可以利用數字電路的邏輯功能，設計出各種各樣的數字控制裝置；在儀器儀表中，可以利用數字電路對測量信號進行處理，并將結果顯示。數字通信設備大多由數字電路構成，而數字電路比模擬集成電路更易于集成化。DSP技術（DSP）和各種中央處理芯片（CPU）的迅速發展為數字通信設備的智能化創造了良好條件。大規模集成電路和超大規模集成電路的出現為數字通信設備小型化的實現奠定了堅實的基礎。
電子產品
數字電路是計算機技術和各種測策、數顯、數控技術的基礎。隨著集成技術的進一步發展，數字電路、計算機技術已在各個領域得到廣泛應用，通信、控制和各種電器產品的數字化已是大勢所趨，數字電視、數字照相機DVD等數字電子產品已經成為家庭中的常見設備。
參考資料 >
Who Invented the Transistor?.Computer History Museum..2024-04-27
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1960: METAL OXIDE SEMICONDUCTOR (MOS) TRANSISTOR DEMONSTRATED. Computer History Museum.2024-04-27
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