1.1 数字信号与数字电路概述

数字电路同模拟电路一样，也经历了由分立器件电路到集成电路的发展，且集成度已达到超大规模集成电路的水平。数字电路与系统的体积小，工作可靠性高，应用极其广泛。

1.1.1 数字信号

数字电路中处理的信号是数字信号。在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，几乎复杂的信号处理都离不开数字信号。

信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、语音、图像等。从表现形式上可归结为两类：模拟信号和数字信号。模拟信号与数字信号的区别可根据幅度取值是否离散来确定。

模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表示）。模拟信号常常是物理现象中被测量对变化的响应。例如，声音、光、温度、位移、压强，这些物理量可以使用传感器测量。时间上离散的模拟信号是一种抽样信号，它是对模拟信号每隔时间T抽样一次所得到的信号。虽然其波形在时间上是不连续的，但其幅度取值是连续的，所以仍是模拟信号。当然，在电学上所提的模拟信号往往是指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放大、相加和相乘等。图1.1.1就是模拟信号的例子，正弦波信号是典型的模拟信号。

数字信号指人们抽象出来的时间上不连续的信号，其幅度的取值是离散的，且幅值被限制在有限个数值之内。十字路口的交通信号灯、数字式电子仪表、自动生产线上产品数量的统计等都是数字信号。图 1.1.2 就是数字信号的例子，矩形波信号是典型的数字信号。由图1.1.2可以看出，数字信号的特点是突变和不连续。数字电路中的波形都是这类不连续的波形，通常这类波形又称为脉冲。

图1.1.1 模拟信号

图1.1.2 数字信号

1.1.2 数字电路与系统

传递与处理数字信号的电子电路称为数字电路或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。数字电路与模拟电路相比主要有下列优点。

① 数字电路是以二值数字逻辑为基础的，只有“0”和“1”两个基本数字，易于用电路来实现。例如，可用二极管、三极管的导通与截止这两个对立的状态来表示数字信号的逻辑“0”和逻辑“1”。

② 由数字电路组成的数字系统工作可靠，精度较高，抗干扰能力强。它可以通过整形很方便地去除叠加于传输信号上的噪声与干扰，还可利用差错控制技术对传输信号进行查错和纠错。

③ 数字电路不仅能完成数值运算，而且能进行逻辑判断和运算，这在控制系统中是不可缺少的。

④ 数字信息便于长期保存。例如，可将数字信息存入磁盘、光盘等长期保存。

⑤ 数字集成电路产品系列多、通用性强、成本低。

由于具有一系列优点，数字电路在电子设备或电子系统中得到了越来越广泛的应用，计算机、计算器、电视机、音响系统、视频记录设备、光碟、长途电信及卫星系统等，无一不采用了数字系统。

按照电路有无集成元器件来分，数字电路可分为分立元件数字电路和集成数字电路。现代的数字电路大多是由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。按集成电路的集成度进行分类，数字电路可分为小规模集成数字电路（SSI，Small Scale Integrated Circuits）、中规模集成数字电路（MSI，Medium Scale Integrated Circuits）、大规模集成数字电路（LSI，Large Scale Integrated Circuits）和超大规模集成数字电路（VLSI，Very Large Scale Integrated Circuits）。

数字电路根据逻辑功能的不同特点，又可以分成两大类，一类叫组合逻辑电路（简称组合电路），另一类叫时序逻辑电路（简称时序电路）。组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。而时序逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者说，还与以前的输入有关。