為了將自然界的模擬信息輸入到象計(jì)算機(jī)那樣的數(shù)字電路，需要將信息數(shù)字化（模擬信號(hào)→數(shù)字信號(hào)）。進(jìn)行"模擬信號(hào)→數(shù)字信號(hào)"轉(zhuǎn)換的是 A/D 轉(zhuǎn)換器，A/D 轉(zhuǎn)換器按時(shí)間有規(guī)律地讀取（采樣）輸入信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成用"0"和"1"表現(xiàn)的數(shù)值（2 進(jìn)制）。

 

為了將連續(xù)值（模擬信號(hào)）轉(zhuǎn)換為離散值（數(shù)字信號(hào)），要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行"舍去"和"進(jìn)位"處理。這種處理造成信息缺失,而產(chǎn)生了誤差。而為了減少誤差，就需要縮短轉(zhuǎn)換間隔和增加轉(zhuǎn)換時(shí)的位數(shù)。

 

那么，"把模擬信號(hào)數(shù)字化"的好處在哪里呢？它的好處就在于，數(shù)字信號(hào)有較強(qiáng)的抗噪音能力，不容易被破壞，計(jì)算機(jī)處理起來(lái)比較容易。現(xiàn)在，隨著微處理器性能的不斷提高，已經(jīng)可以高速、大量地處理數(shù)字信息。由于在信號(hào)傳輸和再現(xiàn)的過(guò)程中都不會(huì)造成信號(hào)質(zhì)量下降，從而使數(shù)字電路得到了十分廣泛的應(yīng)用。

 

強(qiáng)大的"2 進(jìn)制"

 

數(shù)字信號(hào)表現(xiàn)數(shù)值的方法之一是"2 進(jìn)制"。2 進(jìn)制是以"0"和"1"表現(xiàn)數(shù)值的，各位數(shù)都是 2 的階乘。比如，4 位 2 進(jìn)制可以表現(xiàn)的整數(shù)是從 0 到 15 的值（ 表 1）。更大的數(shù)值就要通過(guò)增加位數(shù)來(lái)表現(xiàn)了。

 

表 1：10 進(jìn)制的 2 進(jìn)制換算

 

最初在數(shù)字信號(hào)中使用 2 進(jìn)制的原因是因?yàn)殡娐返?quot;開(kāi)"和"關(guān)"可以很方便地用"1"和"0"來(lái)表示。并且，開(kāi)（"1"）和關(guān)（"0"）在實(shí)際的 IC 中分別用"H"和"L" 表現(xiàn)高電壓狀態(tài)和低電壓狀態(tài)。

 

在一般的 CMOS IC 中，當(dāng)電源電壓為 5V 時(shí)，L 表現(xiàn)為 1.35V 以下，H 表現(xiàn)為 3.15 以上。像這樣用"0" 和"1"表示一定的電壓范圍，就可以形成在一定范圍噪音下，不會(huì)發(fā)生誤操作的牢固電路結(jié)構(gòu)。

 

數(shù)字電路抗噪音強(qiáng)的理由，大家明白了嗎？沒(méi)錯(cuò)，是因?yàn)橛昧?2 進(jìn)制來(lái)表現(xiàn)數(shù)值。

 

什么是邏輯電路

數(shù)字電路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，也被稱(chēng)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(guò)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達(dá)式和電路符號(hào)（這里使用 MIL 符號(hào)，其他還有 JIS 符號(hào)）進(jìn)行表示。另外，我們把邏輯電路的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的一覽表稱(chēng)為真值表。

 

下面我們對(duì) 3 種基本邏輯電路進(jìn)行說(shuō)明。

1. AND 電路

AND 電路也被稱(chēng)為“ 邏輯與”，只有當(dāng)兩個(gè)輸入同時(shí)為 1 時(shí)，才會(huì)輸出 1。邏輯表達(dá)式用“?”表示，例：Y=A?B。

 

電路符號(hào)

 

真值表

 

讓我們仔細(xì)看一看 AND 電路的工作方式。如果用開(kāi)關(guān)和 LED 來(lái)表現(xiàn) AND 電路的話(huà)，就是如下圖 2 所示的串聯(lián)電路。

 

開(kāi)關(guān) A（SW A）的“開(kāi)”和“關(guān)”表示輸入 A 的“1”和“0”

開(kāi)關(guān) B（SW B）的“開(kāi)”和“關(guān)”表示輸入 B 的“1”和“ 0”

LED Y 的亮起和熄滅以輸出 Y 的“1”和“0”表示

 

圖 2：AND 電路的運(yùn)作方式

 

該 AND 電路的工作方式如下：

開(kāi)關(guān) A 和開(kāi)關(guān) B 都為“開(kāi)”時(shí)，LED Y 點(diǎn)亮

開(kāi)關(guān) A 或 B 只有一個(gè)為“開(kāi)”，另一個(gè)為“關(guān)”時(shí)，LED Y 熄滅

開(kāi)關(guān) A 和開(kāi)關(guān) B 都為“關(guān)”時(shí)，LED Y 熄滅

 

基本邏輯電路也稱(chēng)作門(mén)（gate）電路，可以通過(guò)單個(gè)輸入來(lái)固定輸出（關(guān)閉門(mén)），或反映輸出（打開(kāi)門(mén)）。AND 電路的門(mén)電路的工作情況可以用圖 2 的電路圖進(jìn)行說(shuō)明 —— A 或 B 的開(kāi)關(guān)之一固定為“關(guān)”，LED 保持熄滅，也就是說(shuō)輸出固定為“關(guān)”（關(guān)閉門(mén)）；相反，A 或 B 的開(kāi)關(guān)之一固定為“開(kāi)”，未固定的另一個(gè)輸入能夠直接反映輸出（打開(kāi)門(mén)）。

 

2. OR 電路

OR 電路也被稱(chēng)為“邏輯或”，只要有任何一個(gè)輸入為 1，或者都為 1 的情況下，都會(huì)輸出 1。邏輯表達(dá)式用“＋”表示，例：Y=A＋B。

 

電路符號(hào)

 

 

真值表

 

如果用開(kāi)關(guān)和 LED 來(lái)表現(xiàn) OR 電路的工作方式的話(huà)，就是如下圖 3 所示的并聯(lián)電路。由于是并聯(lián)電路，因此開(kāi)關(guān) A（SW A）或開(kāi)關(guān) B（SW B）中任意一個(gè)為“開(kāi)”，或兩者均為“開(kāi)”時(shí)，LED Y 就點(diǎn)亮。

 

圖 3：OR 電路的運(yùn)作方式

 

OR 電路的門(mén)功能與 AND 電路的工作方式正好相反 —— A 和 B 的開(kāi)關(guān)之一固定為“開(kāi)”時(shí)，LED 保持點(diǎn)亮，也就是說(shuō)輸出固定為“開(kāi)”（關(guān)閉門(mén)）；相反，A 和 B 的開(kāi)關(guān)之一固定為 “關(guān)”，未固定的另一個(gè)輸入能夠直接反映輸出（打開(kāi)門(mén)）。

 

3. NOT 電路

NOT 電路也被稱(chēng)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(shí)輸出 0，輸入 0 時(shí)輸出 1 的電路。邏輯表達(dá)式用“¯”表示 （例）Y=。 

 

 

電路符號(hào)

 

真值表