1.1.2　数字信号与数字电路

1.数字信号

数字信号在时间上和数值上都是离散的和量化的，它们的值是阶跃变化并发生在某一瞬间，图1-5（a）的矩形波是数字信号的典型代表。图1-5（a）所示的数字信号与图1-6所示的模拟信号是不同的，因为模拟信号在时间上和数值上都随时间连续变化，即它是连续函数。由图1-5所示的数字信号波形可见它是跃变信号，并且持续时间短暂，可短至几微秒（μs）甚至几纳秒（ns，1ns=10-3s），也可把矩形波称为脉冲波形。

图1-5（a）所示的波形是理想的数字信号波形，图1-5（b）所示的是图1-5（a）的实际波形，下面以图1-5（b）说明数字信号波形的一些参数。

（1）波形的幅度A——脉冲信号变化的最大值。

（2）脉冲上升沿tr——从脉冲幅度的10％上升到90％所需的时间。

（3）脉冲下降沿tf——从脉冲幅度的90％下降到10％所需的时间。

（4）脉冲宽度tp——从上升沿的脉冲幅度的50％到下降沿的脉冲幅度的50％所需的时间，这段时间也称为脉冲持续时间。

（5）脉冲周期T——周期性脉冲信号相邻两个上升沿（或下降沿）的脉冲幅度的10％两点之间的时间间隔。

（6）脉冲频率f——单位时间的脉冲数，f=1/T。

此外，数字信号有正负之分，图1-7（a）为正脉冲，图1-7（b）为负脉冲。

人们把工作在数字信号下的电路称为数字电路。数字电路广泛应用于电子计算机、数字自动控制系统、工业逻辑系统和数字式仪表中。

2.数字集成电路的分类

数字集成电路按集成度来分有以下几种：

小规模集成电路（Small-ScaleIntegrated Circuit，SSI）：在一块硅片上有10～100个元件，例如逻辑门、计数器、加法器等。

中规模集成电路（Medium-ScaleIntegrated Circuit，MSI）：在一块硅片上有100～1000个元件，例如小型存储器、门阵列等。

大规模集成电路（Large-ScaleIntegrated Circuit，LSI）：在一块硅片上有1000个以上元件，例如大型存储器、微处理器。

超大规模集成电路（VeryLarge-ScaleIntegrated Circuit，VLSI）：在一块硅片上有105个以上元件。例如，可编程逻辑器件、多功能集成电路等。

3.数字电路的特点

1）同时具有算术运算和逻辑运算功能

数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算，又能方便地进行逻辑运算（与、或、非、判断、比较、处理等）。

2）实现简单，系统可靠

以二进制0和1两个数码来表示电路的两个状态，如电压的高低（若以高电平为“1”态，则低电平就为“0”态）、晶体管的饱和与截止、开关的接通与断开等，电路简单可靠，准确性高。

3）集成度高、功耗低、体积小，功能实现容易

集成度高、功耗低、体积小是数字电路突出的优点之一。电路的设计、维修、维护灵活方便。随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。只须采用一些标准的集成电路块单元连接即可组成电路。对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。

由于数字电路容易实现对数字信号的存储、传输和处理，因此，数字电路是电子计算机的基本电路。