和計算機技術(shù)相結(jié)合

1、10 緒緒 言言和計算機技術(shù)相結(jié)合，數(shù)字技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)在科學(xué)和計算機技術(shù)相結(jié)合，數(shù)字技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)在科學(xué)計算、信息處理和生產(chǎn)過程控制等領(lǐng)域中的應(yīng)用，將會計算、信息處理和生產(chǎn)過程控制等領(lǐng)域中的應(yīng)用，將會更普遍，也會更加深入到日常生活的各個方面。更普遍，也會更加深入到日常生活的各個方面。數(shù)字電路作為數(shù)字技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)課程，越數(shù)字電路作為數(shù)字技術(shù)和數(shù)字系統(tǒng)的基礎(chǔ)課程，越來越受到人們關(guān)注和重視。來越受到人們關(guān)注和重視。 本節(jié)主要討論模擬信號和數(shù)字信號及其特點，數(shù)字本節(jié)主要討論模擬信號和數(shù)字信號及其特點，數(shù)字電路及其特點，數(shù)字電路分析及測試技術(shù)。電路及其特點，數(shù)字電路分析及測試技術(shù)。0.1 模擬信

2、號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號2 0.1.1 信息信號信息信號信息：事物及其相互聯(lián)系的反映。信息的變化方式信息：事物及其相互聯(lián)系的反映。信息的變化方式可可歸結(jié)歸結(jié)為連續(xù)的或離散的兩種情況。為連續(xù)的或離散的兩種情況。信號：是指按一定方式信號：是指按一定方式( (如物理的、生物的等如物理的、生物的等) )加工加工處理后的信息。信息轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?，不僅和信息本身有關(guān)，處理后的信息。信息轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?，不僅和信息本身有關(guān)，也和對信息的采集方式有關(guān)。信號的變化方式一般也歸也和對信息的采集方式有關(guān)。信號的變化方式一般也歸結(jié)為連續(xù)的或離散的兩種情況。結(jié)為連續(xù)的或離散的兩種情況。 連續(xù)方式變化的信號對應(yīng)的原始信息不一

3、定是連續(xù)連續(xù)方式變化的信號對應(yīng)的原始信息不一定是連續(xù)方式變化的；離散方式變化的信號對應(yīng)的原始信息不一方式變化的；離散方式變化的信號對應(yīng)的原始信息不一定是離散方式變化的；例如：時間是連續(xù)方式變化的，定是離散方式變化的；例如：時間是連續(xù)方式變化的，但電子表計時信號的變化是離散方式變化的；速度和溫但電子表計時信號的變化是離散方式變化的；速度和溫度可以突變，但速度表和溫度計測量表示是連續(xù)的。度可以突變，但速度表和溫度計測量表示是連續(xù)的。3 0.1.2 模擬信號模擬信號模擬信號模擬信號( (Analog Signal) )：在時間和數(shù)值上都是：在時間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的一類信號。連續(xù)變化的一類信號。

4、模擬信號的主要參量：幅度、頻率和相位。模擬信號的主要參量：幅度、頻率和相位。圖圖0.1 模擬信號模擬信號u t Um T u t 在電子技術(shù)中，典型的模擬信號主要有：工頻信號、在電子技術(shù)中，典型的模擬信號主要有：工頻信號、射頻信號、視頻信號等。射頻信號、視頻信號等。 4 0.1.3 數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號(Digital Signal)：在時間和數(shù)值上都是不：在時間和數(shù)值上都是不連續(xù)變化的一類信號。連續(xù)變化的一類信號。 數(shù)字信號的主要參量：幅度、頻率、時序和占空比數(shù)字信號的主要參量：幅度、頻率、時序和占空比圖圖0.2 數(shù)字信號數(shù)字信號u t Um TTWu t 高電平高電平/ /邏輯

5、邏輯“1”低電平低電平/ /邏輯邏輯“0”方波脈沖信號方波脈沖信號 電子技術(shù)中，典型的數(shù)字信號主要有：時鐘信號、電子技術(shù)中，典型的數(shù)字信號主要有：時鐘信號、序列脈沖信號等。實際電路中，數(shù)字信號是非理想方波序列脈沖信號等。實際電路中，數(shù)字信號是非理想方波信號，如圖信號，如圖0.3所示。所示。5 tf tr 0.90.50.1 Um TW T t u圖圖0.3 數(shù)字信號波形的一般形式數(shù)字信號波形的一般形式例例0.1.1：試?yán)L出一脈沖波形，設(shè)占空比為：試?yán)L出一脈沖波形，設(shè)占空比為50%，脈，脈沖寬度沖寬度100ns，上升沿時間，上升沿時間20ns ，下降沿時間，下降沿時間10ns 。例例0.1.2：

6、某通信系統(tǒng)傳輸速率為：某通信系統(tǒng)傳輸速率為0.192Mbt，試傳，試傳輸一位數(shù)據(jù)的時間。輸一位數(shù)據(jù)的時間。60.1.4 數(shù)字信號的主要特點數(shù)字信號的主要特點和計算機技術(shù)相結(jié)合，最典型的是和計算機技術(shù)相結(jié)合，最典型的是“二進制二進制”數(shù)字信號。數(shù)字信號。數(shù)字信號不僅可以表示離散變化的一類信息，數(shù)字信號不僅可以表示離散變化的一類信息，也可以表示連續(xù)變化的一類信息。也可以表示連續(xù)變化的一類信息。數(shù)字信號的加工、處理非常方便?？梢詫崿F(xiàn)模數(shù)字信號的加工、處理非常方便。可以實現(xiàn)模/ /數(shù)、數(shù)數(shù)、數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換。模轉(zhuǎn)換。數(shù)字信號的抗干擾能力強。數(shù)字信號的抗干擾能力強。數(shù)字信號的傳輸效率高，在相同功率時，覆蓋

7、數(shù)字信號的傳輸效率高，在相同功率時，覆蓋面積（距離）是模擬信號的面積（距離）是模擬信號的5倍以上。倍以上?？梢约m錯、預(yù)測?？梢约m錯、預(yù)測。7 0.1.5 模擬量的數(shù)字表示模擬量的數(shù)字表示取樣、量化取樣、量化A/ /D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 K u t 0000 0010542量化量化0000 01000000 0101A/ /D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換問題：問題：舉例說明，哪些信息是模擬的舉例說明，哪些信息是模擬的? 哪些信息是數(shù)哪些信息是數(shù)字的字的? 圖圖0.4 A/ /D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換8已學(xué)習(xí)過的物理量中，哪些是模擬量已學(xué)習(xí)過的物理量中，哪些是模擬量(Analog Quantity)? 哪些物理量是數(shù)字量哪些物理量是數(shù)字

8、量 (Digital Quantity)?0.2 模擬理論和數(shù)字理論的研究方法模擬理論和數(shù)字理論的研究方法處理方法也分為兩種：模擬理論和數(shù)字理論。處理方法也分為兩種：模擬理論和數(shù)字理論。模擬理論研究對象及方法：模擬理論研究對象及方法： 研究對象研究對象正弦波信號。其他的模擬信號可以由正弦波信號。其他的模擬信號可以由正弦波信號疊加形成。正弦波信號疊加形成。 數(shù)學(xué)工具數(shù)學(xué)工具數(shù)學(xué)分析。已知條件求結(jié)果。數(shù)學(xué)分析。已知條件求結(jié)果。 電路形式電路形式放大電路、差動電路。放大電路、差動電路。9數(shù)字理論研究對象及方法：數(shù)字理論研究對象及方法： 研究對象研究對象方波脈沖信號。方波脈沖信號。 數(shù)學(xué)工具數(shù)學(xué)工具邏

9、輯代數(shù)、離散數(shù)學(xué)。已知條件和結(jié)邏輯代數(shù)、離散數(shù)學(xué)。已知條件和結(jié)果，尋求二者關(guān)系或電路分析與設(shè)計。果，尋求二者關(guān)系或電路分析與設(shè)計。 電路形式電路形式組合電路、時序電路。組合電路、時序電路。0.3 數(shù)字電路及其特點數(shù)字電路及其特點0.3.1 數(shù)字電路：處理數(shù)字信號的一類電子電路。數(shù)字電路：處理數(shù)字信號的一類電子電路。0.3.2 數(shù)字電路的特點數(shù)字電路的特點10數(shù)字電路工作在一些確定的穩(wěn)定的狀態(tài)，可靠數(shù)字電路工作在一些確定的穩(wěn)定的狀態(tài)，可靠性高，抗干擾能力強。如二進制數(shù)字電路中，元器件和性高，抗干擾能力強。如二進制數(shù)字電路中，元器件和電路不是工作在截止?fàn)顟B(tài)，就是工作在飽和狀態(tài)，分別電路不是工作在截止?fàn)顟B(tài)，就是工作在飽和狀態(tài)，分別表示二進制數(shù)碼表示二進制數(shù)碼“1”和和“0”。數(shù)字電路對元器件的參數(shù)精度要求不高，因此，數(shù)字電路對元器件的參數(shù)精度要求不高，因此，制作方便，成本低，易于大規(guī)模集成化。制作方便，成本低，易于大規(guī)模集成化。工作速度快。工作速度快。不僅可以實現(xiàn)一定的邏輯功