数字电路基本知识

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一、数字信号与数字电路

电子技术中电子电路分为两大类,一类是传输和处理模拟信号的电路,称为模拟电路;另一类是传输和处理数字信号的电路,称为数字电路。模拟信号是指在时间和数值上都连续变化的信号,如正弦波、三角波;数字信号是指在时间和数值上都不连续变化的离散的脉冲信号。

数字信号也叫脉冲信号,持续时间短。在数字电路中,最常见的数字信号是矩形波和尖顶波,如图7-1所示。

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实际的波形并不是那么理想,图7-2为实际的矩形波。以矩形波为例,数字信号即脉冲信号的基本参数如下:

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(1)脉冲幅度A脉冲信号变化的最大值。

(2)脉冲上升时间tr从脉冲10%的幅度上升到90%所需的时间。

(3)脉冲下降时间tf 从脉冲90%的幅度下降到10%所需的时间。

(4)脉冲宽度tp从上升沿50%幅度到下降沿50%幅度所需的时间。

(5)脉冲周期T周期性脉冲信号前后两次出现的间隔时间。

(6)脉冲频率f单位时间内的脉冲数,f=1/T。
电路中没有脉冲信号时的状态称为静态,静态时的电压值可以为正、为负或为零(一般在0V左右)。脉冲出现时电压大于静态电压值称为正脉冲,小于静态电压值称为负脉冲。如图7-3。

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数字电路通常是根据脉冲信号的有无、个数、频率、宽度来进行工作的,而与脉冲幅度无关,所以抗干扰能力强,准确度高。
以矩形波表示的数字信号只有高、低电平两种状态,可以利用晶体管的开关特性来实现,因此数字电路的基本元件比较简单,且适于集成化和批量生产。
目前,数字电路广泛应用与数字通讯、自动控制、数据的采集和处理、数字计算机等技术领域。随着电子技术的发展,数字电路的重要性显得越来越突出。
二、数制
数值可以表示长度、质量、表示数值大小的各种计数方法最常用的是十进制,它有1,2,3……9十个数码,用来组成不同的数。称为计数体制,简称数制时间、温度等物理量的大小程度。在数字电路中采用二进制,还有八进制,十进制。
 1、二进制

 (1)有两个数码:0和1。它们与电路的两个状态(开和关、电平高和低)直接对应。

 (2)进位规则:逢二进一。1+1=10

 2、二进制转换为十进制:按权展开,再求各位数值之和
  例:(11011)2=1×24+1×23+1×22+1×21+1×20=(27)10
 3、十进制转换为二进制除二取余法
  将十进制数连续除以2,并依次记下余数,一直除到商为0为止。
  以最后所得的余数为最高位,依次从后向前排即为转换后对应的二进制数。(28)10=(11100)2
三、码
  数字系统中的信息,除数据外还包括文字、符号和各种对象、信号等。用数字或某种文字和符号来表示某一对象或信号的过程就称为编码。
 1、二—十进制编码(BCD码)
  在数字电路中一般采用二进制数。用二进制数表示十进制数的编码方式,称为二—十进制编码,即BCD码。用一组(4位)二—十进制码表示一位十进制数。
  其中8421码每组(4位)内8421码符合二进制规则,而组与组之间是十进制。
  二—十进制码与自然二进制数形式相似,但本质不同。二进制数是按二进制的规则表示数值的大小,而二—十进制码是用二进制数表示十进制数码,它们的值并不一定相等。
  (18)10=(00011000)8421=(10010)2 

表7-1几种常用的二-十进制码

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2、字符码
目前广泛应用的表示字母、符号的二进制代码是ASCII码。
ASCII码采用7位二进制数编码,可以表示128个字符。
3、其他代码
在数字系统中,任何信息包括各种特定的对象、信号等都要转化为二进制代码来代理。
如:现代汽车上都配备自诊断系统,汽车的电子控制单元(ECU)能够自动检测汽车本身的故障,而各种故障在ECU中是以代码形式存储、处理的,这些代码称故障码。
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