数字信号和数字电路

1.数字信号的表示方法

在自然界中存在许多物理量。例如温度、压力、时间等，一般都具有连续变化的特点，这种连续变化的物理量称之为模拟量。把表示模拟量的信号叫做模拟信号。

还有一种物理量，它们在时间上和数值上是不连续的，它们的变化总是发生在一系列离散的瞬间。它们的数值大小和每次的增减变化都是某一最小单位的整数倍，而小于这个最小量单位的数值是没有物理意义的。例如，工厂中生产的产品的个数，它们只能在一些离散的瞬间完成产品，而产品的个数也只能一个单位一个单位地增减。这一类物理量叫做数字量。把表示数字量的信号叫做数字信号。工作在数字信号下的电路叫做数字电路。

图1 数字信号 

在数字电路中只有0，1两种数值组成的数字信号。一个0或一个1通常称为1比特，有时也将一个0或一个1的持续时间称为一拍。对于0和1可以用开关的通断，电位的高低，脉冲的有无来表示，如图1中(a)为数字信号1101110010，(b)是以高电平表示1，低电平表示0的电位型数字信号，(c)是以有脉冲表示1，无脉冲表示0的脉冲型数字信号。

2.数字电路的特点

数字电路是用来处理数字信号的电路。可对数字信号进行算术运算及逻辑运算。数字电路的输入输出信号都是数字信号，通常将数字电路输入输出之间的关系称为逻辑关系。

一定数字电路可以完成一定的基本逻辑功能，并用相应的逻辑符号表示。由一系列的逻辑符号及它们之间的连线所构成的电路图称为逻辑图或逻辑电路。逻辑电路只反映数字电路或设备的逻辑功能，而不反映电气性能及参数等。所以，对数字电路的分析和设计需要考虑两方面的问题，一方面是电气性能，另一方面是逻辑功能。

由于数字信号只需要用两个不同状态来分别表示0和1即可，所以在电路上很容易实现。

(1)用晶体三极管饱和状态表示0，截止状态表示1。

(2)用数字集成电路：数字电路的基本单元比较简单，对元件的要求不严格，只要能区分0和1就够了，这样就能在一块硅片上把众多的基本单元制作在一起。

对基本数字集成电路中的集成逻辑门、集成触发器重点讨论其电气性能。对于较复杂的数字电路，侧重于逻辑功能的分析和设计。

逻辑电路的分析和设计完全不同于模拟电路的分析设计，由于逻辑电路的输入和输出信号只有0和1两种取值，所以可用“逻辑代数”这一数学工具来加以描述。常用真值表、卡诺图、特征方程和状态转换图等方法来分析和设计逻辑电路。