第1章 数字信号入门

问：老师，什么是数字电路呢？

答：数字电路是用来处理由“0”和“1”组成的二进制数的电路。

电子技术分为模拟电子技术和数字电子技术，我国的模拟电子技术发展相对较早且很成熟，在20世纪80～90年代，大量的电子制造企业采用模拟电子技术生产出大量物美价廉的电子产品，如收音机、录音机、电视机和录像机等，从而极大程度丰富了人们的物质和精神生活。

数字电子技术在我国发展较慢，进入21世纪后，数字电子技术开始迅速发展，日常生活中的数字电子产品也越来越多，家电消费类的数字电子产品如视盘机、数字电视机、计算机、移动电话、数码相机、数码摄像机、MP3、MP4和移动电话等日益普及。另外，在工业生产过程的自动控制系统、无线电遥感测量、智能化仪表、高科技军事武器和航空航天领域等都广泛采用到了数字电路技术，可以说21世纪将是数字电子技术的天下。

1.模拟信号与数字信号

模拟电路处理的信号是模拟信号，而数字电路处理的信号是数字信号。下面就以图1-1为例来说明模拟信号和数字信号的区别。

模拟信号是一种大小随时间连续变化的电流或电压，图1-1（a）所示的就是一种模拟信号。从图1-1（a）可以看出，在0～t1时间内，信号电压慢慢增大，在t1～t2时间内，信号电压慢慢减小，它们的变化都是连续的。

数字信号是一种突变的电压和电流，图1-1（b）所示的是一种数字信号。从图1-1（b）可以看出，在0～t1期间，信号电压大小始终为0.1V，而在t1时刻，电压突然瞬间上升至3V，在t1～t2期间，电压始终为3V，在t2时刻，电压又瞬间由3V降到0.1V。

由此可以看出，模拟信号的电压或电流大小是随时间连续变化的，而数字信号特点是保持（一段时间内维持低电压或高电压）和突变（低电压与高电压的转换瞬间完成）。为了分析方便，在数字电路中常将0～1V范围的电压称为低电平，用“0”表示，而将3～5V范围的电压称为高电平，用“1”表示。

2.正逻辑与负逻辑

数字信号只有“1”和“0”两个数值。在数字电路中，有正逻辑与负逻辑两种体制。

正逻辑体制规定：高电平为1，低电平为0。

负逻辑体制规定：低电平为1，高电平为0。

两种逻辑中，正逻辑更为常用，图1-2所示的数字信号用正逻辑表示就是010101。

3.三极管的3种工作状态

三极管的工作状态有3种：截止、放大和饱和。在模拟电路中，三极管主要工作在放大状态。图1-3是一个含三极管的电路，电源经R1为三极管VT1提供基极电压，VT1导通，有Ib、Ic电流流过，VT1处于放大状态，当模拟信号送到三极管基极时，信号能被它放大并从集电极输出。

在数字电路中，三极管工作在截止和饱和状态，也称为“开关”状态。图1-4也是一个含三极管的电路，三极管VT1的基极没有提供电压，所以它不能导通，处于截止状态，如果给VT1基极加一个图示的数字信号，当数字信号低电平（较低的电压）来时，VT1基极电压很低，发射结无法导通，无Ib、Ic电流，VT1仍处于截止状态；当数字信号的高电平来到VT1基极时，VT1基极电压很高，发射结导通，有很大的Ib、Ic电流流过，三极管处于饱和状态。

数字电路中的三极管很像开关，开关的通/断受输入的数字信号控制，当数字信号低电平来时，三极管处于截止状态，相当于开关S断开；当数字信号高电平来时，三极管处于饱和状态，相当于开关S闭合。