把模拟信号数字化的电路称作“数字电路”。

在本文中,我们将从“数字是什么意思?”开始。并解释设计数字电路的基础知识。什么是“模拟”和“数字”。在自然界中,声音、温度、光线等信息是随数值连续变化的。这样的连续值称为“模拟”。

在计算机世界中,信息被逐段表示为离散值。这样的离散值称为“数字”。

例如,模拟和数字等价于实数和整数之间的关系。实数可以表示直线上的每个点,就像模拟一样,而整数只能表示直线上的特定点,就像数字一样。

因此,我们将处理连续信息(模拟信号)的电路称为“模拟电路”,将处理离散信息(数字信号)的电路称为“数字电路”。

图1:模拟和数字的区别为了将来自自然界的模拟信息输入到计算机等数字电路中,需要将信息数字化(模拟信号→数字信号)。

进行“模拟信号→数字信号”转换的是A/D转换器。 A/D转换器定时读取(采样)输入信号,并将其转换为“0”和“1”表示的数值(二进制)。

为了将连续值(模拟信号)转换为离散值(数字信号),模拟信号被“截断”和“进位”。这种处理会导致信息丢失,从而导致错误。为了减少误差,需要缩短转换间隔,增加转换时的位数。

那么,“将模拟信号数字化”有什么好处呢?其优点是数字信号抗噪能力强,不易损坏,更易于计算机处理。

现在,随着微处理器性能的不断提高,高速、大批量处理数字信息成为可能。由于在信号传输和再现过程中不会降低信号质量,因此数字电路得到了广泛的应用。

强大的“二进制”

数字信号表示数值的方式之一是“二进制”。二进制用“0”和“1”表示数值,每个数都是2的阶乘。例如4位二进制数可以表示的整数是0到15之间的值(表1).更大的值用增加位数来表示。

表1:十进制二进制转换

二进制最初用于数字信号的原因是因为电路的“开”和“关”可以方便地用“1”和“0”表示。此外,在实际 IC 中,on(“1”)和 off(“0”)分别用“H”和“L”表示高压状态和低压状态。

在一般的CMOS IC中,电源电压为5V时,L为1.35V以下,H为3.15以上。通过这样用“0”和“1”来表示一定的电压范围,就可以形成在一定的噪声范围内不会引起误动作的坚固电路结构。

你了解数字电路抗噪能力强的原因吗?没错,就是因为二进制是用来表示值的。

什么是数字电路

数字电路执行逻辑运算,也称为逻辑电路。

逻辑电路的基本元素只有三种:AND电路、OR电路和NOT电路。这三种电路的不同组合可以创建具有各种功能的电路。

逻辑电路用逻辑表达式和电路符号表示(这里使用MIL符号。其他是JIS符号。)。此外,我们将逻辑电路的输入信号和输出信号列表称为真值表。

介绍以下三种基本逻辑电路。

串联电路,AND电路

与电路,也称为“逻辑与”,只有当两个输入同时为 1 时才会输出 1。

◇逻辑表达式

使用“?”表示(示例)Y=A?乙

◇电路符号

◇真值表

让我们仔细看看 AND 电路的工作原理。如果用开关和LED来表示AND电路,就是如下图2所示的串联电路。

◇开关A(SW A)的“on”和“off”分别代表输入A的“1”和“0”

◇开关B(SW B)的“ON”和“OFF”表示输入B的“1”和“0”

◇LED Y的亮灭用输出Y的“1”和“0”表示

图 2:AND 电路的操作 AND 电路的操作如下。

◇开关A和开关B都“on”时数字电路逻辑设计第二版课后答案,LED Y亮

◇当开关A或B中只有一个为“on”而另一个为“off”时数字电路逻辑设计第二版课后答案,LED Y熄灭

◇当开关A和开关B都“关闭”时,LED Y熄灭

基本逻辑电路,也称为门电路,可用于固定输出(关闭门)或镜像输出(打开门)与单个输入。

AND电路的门电路的操作可以用图1的电路图来描述。 2.

◇A或B的开关之一固定在“OFF”,LED保持熄灭,表示输出固定在“OFF”(关门)

◇相比之下,A或B的开关其中一个固定为“on”,另一个不固定的输入可以直接反映输出(开门)

并联电路,或电路

OR电路也称为“逻辑或”,只要任一输入为1,或两者均为1,就会输出1。

◇逻辑表达式

用“+”表示(例)Y=A+B

◇电路符号

◇真值表

如果用开关和LED来表示OR电路的工作,它是一个并联电路,如下图3所示。

◇由于是并联电路,当开关A(SW A)或开关B(SW B)任一“on”,或两者都“on”时,LED Y会亮。

OR 电路的门功能与 AND 电路的工作原理相反。

◇当A和B的开关之一固定在“ON”时,LED保持点亮,表示输出固定在“ON”(关门)

◇相反,A和B的开关中的一个固定为“off”,另一个不固定的输入可以直接反映输出(开门)

图 3:OR 电路 NOT 电路反向输出的操作

NOT电路又称变频或逆变电路,具有输入输出反相的功能。就是输入为1时输出0,输入为0时输出1的电路。

◇逻辑表达式

使用“¯”表示(示例)Y=

◇电路符号

◇真值表

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