數(shù)字邏輯第0章

導(dǎo)言自然界中的大部分物理量都是模擬信號，例如溫度、時間、流量、壓力、速度、距離和聲音等。所謂模擬信號，是指在時間上和數(shù)值上都是連續(xù)的信號，可以在一定范圍內(nèi)任意取值。工程上，為便于處理和分析，常用傳感器將模擬信號轉(zhuǎn)換為與之成比例的電壓或電流信號，然后再送到電子系統(tǒng)進行進一步的處理。由于時下絕大多數(shù)電子系統(tǒng)都采用計算機對信號進行處理，而計算機運行、處理的是數(shù)字信號，因此需將模擬信號轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的數(shù)字信號。圖0.1（a）中實線所示為由熱電偶檢測到的對應(yīng)某點溫度變化的電壓信號。顯然，這描述的是一個模擬信號，電壓曲線是連續(xù)平滑的。如果用整點時刻的值代表每小時時間內(nèi)的電壓，若對模擬信號進行取樣，便會得到如圖0.1（a）中虛線對應(yīng)點所示用取樣值表示的電壓與時間對應(yīng)的關(guān)系圖。然后對取樣值進行量化，即數(shù)字化。選取一個量化單位（例如1mV），將取樣值除以量化單位（1mV）并取整數(shù)結(jié)果，即可得到一個對應(yīng)的，時間離散、數(shù)值也離散的數(shù)字量。最后對得到的數(shù)字量進行編碼，便生成了用0和1表示的數(shù)字信號（例如用8位二進制數(shù)表示），如圖0.1（b）所示。顯然，無論從時間上還是從大小上看，數(shù)字信號的變化都是離散不連續(xù)的。圖0.1模擬信號的數(shù)字表示(a)模擬信號；(b)數(shù)字信號數(shù)字電路具有以下一些特點：

（1）在數(shù)字電路中處理的是二進制表示的數(shù)字信號，只有“0”和“1”兩種取值的可能。反映到電路上，就是電平的高、低或脈沖的有、無兩種狀態(tài)。因此，凡是具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的器件，都可用其狀態(tài)來表示二進制的兩個數(shù)碼、兩種對立的狀態(tài)。因沒有數(shù)值上的大小，故其基本單元電路較為簡單，對元器件的精度要求不高。因此，數(shù)字電路便于集成化和系列化生產(chǎn)。（2）在數(shù)字電路中，半導(dǎo)體器件一般都工作在截止或?qū)顟B(tài)，即相當于開關(guān)的開或關(guān)狀態(tài)。而研究數(shù)字電路時所關(guān)心的僅是輸出和輸入之間的邏輯關(guān)系。

（3）數(shù)字電路不但能進行數(shù)值運算，而且能進行邏輯判斷和邏輯運算，這在計算機技術(shù)及很多方面是不可或缺的，因此，也常把數(shù)字電路稱為數(shù)字邏輯電路。（4）由于數(shù)字電路傳遞、加工和處理的是“0”和“1”兩種信號，在實際電路中只需用高、低兩種電平表示，而高、低電平都有一個允許的變化范圍，只有當外來干擾相當強烈，超出了高、低電平允差范圍時，才有可能改變電路的工作狀態(tài)，所以數(shù)字電路工作可靠、精度高，并且具有較強的抗干擾能力。數(shù)字信號也便于長期儲存，可使大量的信息資源得以妥善保存，保密性好，使用方便，通用性強。應(yīng)當指出，大多數(shù)物理量轉(zhuǎn)換生成的信號多為模擬信號，電路最終的執(zhí)行信號或與人相關(guān)的視聽信號也多是模擬信號。若要對信號進行數(shù)字化處理，則需將預(yù)處理后的模擬信號（A）通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（D），輸入至計算機或其他數(shù)字系統(tǒng)處理后，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號，以驅(qū)動負載。實