电子数电部分分解.doc

第1章 数制与编码 内容提要： 本章首先解释模拟信号、数字信号及其之间的区别，以及数字电路的特点。接着从常用的十进计数制开始，讨论一般的进位计数规则和各种不同数制之间的转换方法，重点讨论二进计数制的基本特点及其在计算机中的表示形式。最后介绍十进制数的二进制编码表示：加权码、非加权码及字符代码。 数字电路基础知识 导读: 在这一节中，你将学习： 模拟信号与数字信号的概念及区别 数字电路的特点 1.1.1 模拟信号与数字信号 在近代电子工程中，按照所处理的信号形式，通常将电路分成两大类：模拟电路和数字电路。模拟电路处理的是模拟信号；数字电路处理的是数字信号。在电子应用中，可测量的信号分为模拟信号和数字信号。 1．模拟信号 模拟信号是指时间上和幅度上均为连续取值的物理量。在自然环境下，大多数物理信号都是模拟量。温度是一个模拟量，因为它的取值是连续的，在一天中的某个时间段内，温度的变化不是从一个值跳变到另一个值，而是在值域范围内连续变化。例如，温度不会在一瞬间从30℃跳变31℃，而是经历了30℃到31℃之间的所有值。图1-1是气象台记录某一天的温度在不同时间的变化情况，这是一条光滑、连续的曲线。其中，纵轴为温度值，横轴为一天的时间值。 模拟信号的另一个实例是速度，开车在公路上行驶时，计数器上显示车速，单位是千米每小时（kmph）。如果从50kmph加速到60kmph，车速不会从50kmph马上跳变到60kmph，而是经历了两者之间所有的速度值，最终到达60kmph。加速度越大，车速变化所需的时间就越短，但是仍然不可能瞬间完成加速的全过程。也就是说，速度总是连续变化的，因此是模拟量。其它模拟量的实例还有声波、压力、距离、时间等。几乎所有的自然现象都是模拟量。 2．数字信号 数字信号是指时间上和幅度上均为离散取值的物理量。尽管自然界中大多数物理量是模拟的，但仍可以用数字形式来表示。例如在图1-1中，不考虑温度变化的连续变化，只考虑时间轴上整点的温度值，这实际上是对温度曲线的特定点处进行采样，如图1-2所示。但应注意的是，它还不是数字信号，只有将各采样值用数字代码表示后才为数字信号。 数字信号可能是二值、三值或多值信号。但目前数字电路中只涉及到二值信号，即用0、1表示的数字信号，如图1-3所示。这里的0和1没有大小之分，只是表示逻辑关系，即逻辑0和逻辑1，因而称之为二值数字逻辑或简称数字逻辑。图示的波形为数字波形，是逻辑电平随时间变化的曲线。当电压值在高电平和低电平之间变化时，就产生了数字波形，数字波形由脉冲序列组成。如图1-3所示。 1.1.2 数字电路的特点 数字电子技术是一门快速发展的技术学科，数字电路的进步产生了计算机技术，计算机已经成为数字系统中最常见的、最有代表性的一种设备。大多数民用新产品、工业设备及控制、办公、医疗、军事以及通讯设备等都用到了数字电路，其广泛应用的主要原因是廉价集成电路的发展，以及显示、存储和计算机技术的应用。 数字电路的结构是以二值数字逻辑为基础的，其中的工作信号是离散的数字信号。电路中的电子器件工作于开关状态。数字电路分析的重点已不是其输入、输出间波形的数值关系，而是输入、输出序列间的逻辑关系，所采用的分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要是功能表、真值表、逻辑表达式、布尔函数以及波形图。但随着计算机技术的发展，现在则普遍采用硬件描述语言来分析、仿真和设计数字电路或数字系统。 数字电路主要有以下一些特点： 数字系统一般容易设计。这是因为数字系统所使用的电路是开关电路，开关电路中电压或电流的精确值并不重要。重要的是其所处的范围（高或低）。 信息的处理、存储和传输能力更强。数字电路在信息的处理、存储和传输方面都比模拟电路更有效、更可靠、更多。 数字系统的精确度及精度容易保存一致。信号一旦数字化，在处理过程中所包含的信息不会降低精度。在模拟系统中，电压和电流信号由于受到信号处理电路中元器件参数的改变及温度、湿度的影响产生失真。 很容易设计一个数字系统，其操作由编程指令进行控制。模拟系统也可被编程，但其操作实现变得很复杂。 数字电路抗干扰能力强。在数字系统中，因为电压的准确值并不重要，只要噪声信号不至于影响区别高低电平，则电压寄生波动（噪声）的影响就可忽略不计。 多数数字电路能制造在IC芯片上。事实上，模拟电路也受益于快速发展的IC工艺，但是模拟电路相对复杂一些，所用器件无法经济地集成在一起（如大容量电容、精密电阻、电感、变压器等），它阻碍了模拟系统无法达到与数字电路同样的集成度。 当涉及到模拟输入、输出时，如果利用数字电路来实现，必须采取下述三个步骤： 把实际中的模拟输入转换为数字形式； 数字信息处理； 把数字输出变换为模拟输出。 这种对输入、输出的变换技术将是后面所要学到的D/A或A/D转换部分。 自