什麼是"模擬"和"數字"
在自然界中,象聲音、溫度、光等資訊是以連續的值進行變化的。這種連續值就稱作"模擬"。而在計算機的世界裡,資訊是以一段一段的離散值表示的。這種離散值就稱作"數字"。
比方說模擬和數字就相當於實數與整數的關係。實數可以表示直線上的每乙個點,就象是模擬,而整數只能表示直線上的特定點,就象是數字。
於是,我們把處理連續資訊的 —— 模擬訊號的電路稱作"模擬電路",把處理離散資訊 —— 數碼訊號的電路稱作"數位電路"。
圖1:模擬與數字的不同為了將自然界的模擬資訊輸入到象計算機那樣的數位電路,需要將資訊數位化(模擬訊號→數碼訊號)。
進行"模擬訊號→數碼訊號"轉換的是a/d轉換器,a/d轉換器按時間有規律地讀取(取樣)輸入訊號,並將其轉換成用"0"和"1"表現的數值(2進製)。
為了將連續值(模擬訊號)轉換為離散值(數碼訊號),要對模擬訊號進行"捨去"和"進製"處理。這種處理造成資訊缺失,而產生了誤差。而為了減少誤差,就需要縮短轉換間隔和增加轉換時的位數。
那麼,"把模擬訊號數位化"的好處在**呢?它的好處就在於,數碼訊號有較強的抗噪音能力,不容易被破壞,計算機處理起來比較容易。現在,隨著微處理器效能的不斷提高,已經可以高速、大量地處理數字資訊。由於在訊號傳輸和再現的過程中都不會造成訊號質量下降,從而使數位電路得到了十分廣泛的應用。
強大的"2進製"
數碼訊號表現數值的方法之一是"2進製"。2進製是以"0"和"1"表現數值的,各位數都是2的階乘。比如,4位2進製可以表現的整數是從0到15的值( 表1)。更大的數值就要通過增加位數來表現了。
表1:10進製的2進製換算
最初在數碼訊號中使用2進製的原因是因為電路的"開"和"關"可以很方便地用"1"和"0"來表示。並且,開("1")和關("0")在實際的 ic中分別用"h"和"l" 表現高電壓狀態和低電壓狀態。
在一般的cmos ic中,當電源電壓為5v時,l表現為1.35v以下,h表現為3.15以上。像這樣用"0" 和"1"表示一定的電壓範圍,就可以形成在一定範圍噪音下,不會發生誤操作的牢固電路結構。
數位電路抗噪音強的理由,大家明白了嗎?沒錯,是因為用了2進製來表現數值。
什麼是邏輯電路
數位電路進行邏輯運算,也被稱為邏輯電路。邏輯電路的基本要素只有and電路、or電路和not電路這三種,通過這三種電路的不同組合可以做出具有各種功能的電路。
邏輯電路使用邏輯表示式和電路符號(這裡使用mil符號,其他還有jis符號)進行表示。另外,我們把邏輯電路的輸入訊號和輸出訊號的一覽表稱為真值表。
下面我們對3種基本邏輯電路進行說明。
1.
and電路
and電路也被稱為「 邏輯與」,只有當兩個輸入同時為1時,才會輸出1。
邏輯表示式用「・」表示,例:y=a・b。
電路符號
真值表讓我們仔細看一看and電路的工作方式。如果用開關和led來表現 and電路的話,就是如下圖2所示的串聯電路。
圖2:and電路的運作方式該and電路的工作方式如下:
基本邏輯電路也稱作門(gate)電路,可以通過單個輸入來固定輸出(關閉門),或反映輸出(開啟門)。and電路的閘電路的工作情況可以用圖2的電路圖進行說明 ——
a或b的開關之一固定為「關」,led保持熄滅,也就是說輸出固定為「關」(關閉門);相反,a或b的開關之一固定為「開」,未固定的另乙個輸入能夠直接反映輸出(開啟門)。
2.
or電路
or電路也被稱為「邏輯或」,只要有任何乙個輸入為1,或者都為1的情況下,都會輸出1。
邏輯表示式用「+」表示,例:y=a+b。
電路符號
真值表如果用開關和led來表現or電路的工作方式的話,就是如下圖3所示的併聯電路。由於是併聯電路,因此開關a(sw a)或開關b(sw b)中任意乙個為「開」,或兩者均為「開」時,led y就點亮。
圖3:or電路的運作方式or電路的門功能與 and電路的工作方式正好相反 ——
a和b的開關之一固定為「開」時,led保持點亮,也就是說輸出固定為「開」(關閉門);相反,a和b的開關之一固定為 「關」,未固定的另乙個輸入能夠直接反映輸出(開啟門)。
3.
not電路
not電路也被稱作變頻或反向電路,具有將輸入反向輸出的功能。是輸入為1時輸出0,輸入0時輸出1的電路。
邏輯表示式用「¯」表示 (例)y=
電路符號
真值表
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