基于數(shù)字電子技術(shù)中的數(shù)字信號(hào)和數(shù)字電路分析

梁洪 彭森

摘 要：伴隨國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，電子技術(shù)發(fā)展迅猛。特別是近些年，數(shù)字電子技術(shù)的出現(xiàn)，進(jìn)一步滿足了時(shí)代發(fā)展的需要，被廣泛的應(yīng)用開來(lái)。目前，該技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在電視、手機(jī)、計(jì)算機(jī)等電子領(lǐng)域中，并取得了不小的成績(jī)。本文將就數(shù)字電子技術(shù)中的數(shù)字信號(hào)和數(shù)字電路展開深入研究，以期能為未來(lái)國(guó)內(nèi)數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展提供一定的參考意見。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù)；數(shù)字信號(hào)；數(shù)字電路

自然界中，千變?nèi)f化的物理量廣泛存在于我們的生活中。其安裝變化的規(guī)律來(lái)看，大致可分為兩大類別，一種是時(shí)間與數(shù)值的連續(xù)變化，如我們常見的電視信號(hào)、計(jì)算機(jī)信息等。這些信號(hào)具有連續(xù)變化的特點(diǎn)，這種變化是平緩的而非劇烈的。這種信號(hào)被稱為模擬量，而通過模擬量產(chǎn)生的信號(hào)就是模擬信號(hào)。語(yǔ)音信號(hào)和模擬信號(hào)就相當(dāng)于正弦波信號(hào)，承載模擬信號(hào)的電力，也被稱之為模擬電路。

1 數(shù)字信號(hào)和數(shù)字電路的概念

1.1數(shù)字信號(hào)概念

數(shù)字信號(hào)主要由斷斷續(xù)續(xù)的物理量組成的，其在時(shí)間和數(shù)字上是離散的。該信號(hào)的自變量，通常由整數(shù)組成，而因變量由一個(gè)有限數(shù)字表示。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用中，數(shù)字信號(hào)的大小表示，通常是由有限的二進(jìn)制組成，如，用2位字長(zhǎng)的二進(jìn)制，描述四中不同大小的數(shù)字信號(hào)，00、01、10和11。不難看出，信號(hào)的大小變化區(qū)間在-1到1之間。因此，上述四個(gè)二進(jìn)制數(shù)，所代表的數(shù)字信號(hào)范圍也應(yīng)該分為四段，即、、和。數(shù)字信號(hào)又被稱之為離散信號(hào)，被分為電位型以及脈沖型兩種類型。電位型的數(shù)字信號(hào)中，運(yùn)用和表示電位數(shù)字的變化情況。而脈沖型的數(shù)字信號(hào)中，運(yùn)用和表示脈沖信號(hào)是否存在[1]。

1.2數(shù)字線路概念

數(shù)字線路是指數(shù)字信號(hào)通過算術(shù)和邏輯運(yùn)算之后，將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為電路的線路形式。數(shù)字電路通常由多個(gè)邏輯門組成，極具復(fù)雜性。其與一般的模擬信息對(duì)比分析可知，其主要是為處理數(shù)字信號(hào)服務(wù)，其對(duì)外界的干擾抵抗能力較強(qiáng)。同時(shí)，數(shù)字線路的邏輯運(yùn)算以及處理分析能力較強(qiáng)，其又被稱之為數(shù)字邏輯電路。

在數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行中，受時(shí)脈的驅(qū)動(dòng)影響，其控制部件會(huì)發(fā)揮其控制作用，對(duì)運(yùn)算部件加以控制，致使完成相應(yīng)的動(dòng)作。其次，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器可以為數(shù)字電路與模擬電路搭建溝通的橋梁。當(dāng)前，普遍應(yīng)用的數(shù)字電路中，多由若干數(shù)字集成器件構(gòu)成。數(shù)字邏輯電路的單元是邏輯門，存儲(chǔ)器主要通過數(shù)字電路，將二進(jìn)制數(shù)存儲(chǔ)起來(lái)。從分類上看，數(shù)字電路可大致分為組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路兩種類型。

2 數(shù)字電路的主要特點(diǎn)

2.1算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能

數(shù)字電路的建立基礎(chǔ)，是以數(shù)學(xué)運(yùn)算中二進(jìn)制數(shù)為基礎(chǔ)前提的。通過二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，一方面可以為算術(shù)運(yùn)算提供便利，另一方可以為邏輯運(yùn)算提供方便?？梢姡瑪?shù)字電路的應(yīng)用范圍主要適用于：運(yùn)算、比較、存儲(chǔ)、傳輸、控制、決策等領(lǐng)域中。

2.2系統(tǒng)安全可靠，簡(jiǎn)單實(shí)用

通過上述闡述，我們可知數(shù)字電路的建立基礎(chǔ)是二進(jìn)制數(shù)據(jù)。其可以保證系統(tǒng)運(yùn)行的整體安全。而電源電壓的幅度波動(dòng)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，同時(shí)，溫度以及工藝的差異性，對(duì)系統(tǒng)的相應(yīng)工作和功能的發(fā)揮影響，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于模擬電路。

2.3集成度高，更有利于功能的實(shí)現(xiàn)

數(shù)字電路的凸出優(yōu)勢(shì)在于，其集成度較高，而體積占比卻較小，功耗也比模擬電路要低很多。在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維修等多個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)中，操作更為便捷。伴隨數(shù)字電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)字電路的集成度將得到進(jìn)一步提高。繼承電路快的功能將得到更多的完善[2]。其將伴隨不同規(guī)模集成電路的分類和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)元件級(jí)、器件級(jí)、部件級(jí)、板卡級(jí)的升級(jí)與進(jìn)步。數(shù)字電路的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需要將標(biāo)準(zhǔn)的集成電路塊單元拼組、連接即可完成設(shè)計(jì)任務(wù)工作。而針對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)的集成電路，則可運(yùn)用系統(tǒng)編程的方式，組合成為邏輯陣列電路，從而使其邏輯功能得以發(fā)揮。

3 數(shù)字電路的不同種類

3.1分立電路與集成電路

從數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)上看，其可以大致分為分立電路和集成電路兩種電路形式。分立電路中包含：電阻、電容、二極管、三極管等元器件。這些元器件通常被設(shè)置在固定的基板上，通過管腳的連接作用，使元器件組成一個(gè)完整的電路，我們稱其為集成電路。在集成電路的基板上，元器件的數(shù)量和組合形式各有所異，其可以導(dǎo)致分為大型的集成電路、中型的集成電路以及小型的集成電路。同城情況下，基板上的元器件個(gè)數(shù)為1000到10000個(gè)的為大型集成電路，如中央存儲(chǔ)器、控制器等；基板上的元器件個(gè)數(shù)為100到1000個(gè)的為中型集成電路，如，計(jì)算器、編發(fā)器等；基板上的元器件個(gè)數(shù)為10到100個(gè)的為小型集成電路，如邏輯門電路、集成觸發(fā)器等。

3.2單極性電路和雙極性電路

數(shù)字電路上由于半導(dǎo)體元件組成情況的差異，我們可以此為依據(jù)，將其分為單極性電路和雙極性電路兩種電路形式。在數(shù)字電路工作時(shí)，其內(nèi)部會(huì)形成兩種載流子的二極以及三極管電路，也被稱之為雙極性電路。而依照導(dǎo)電溝道工作的場(chǎng)效應(yīng)管，則其可以形成單極性電路。雙極性電路中，主要包含：、、電路形式。單極性電路，主要包含：、、電路形式。

3.3時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路

將數(shù)字電路以記憶功能的劃分形式分類，可將其分為時(shí)序邏輯與組合邏輯兩種電路形式。時(shí)序邏輯電路的信號(hào)輸出呈現(xiàn)時(shí)序性特點(diǎn)，即其與輸出狀態(tài)的時(shí)間有關(guān)，如當(dāng)時(shí)時(shí)間、過去時(shí)間等等，典型代表有觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器。這些電路可以記憶過去的某一時(shí)間的信號(hào)形態(tài)。而組合邏輯電路的信號(hào)輸出，僅與當(dāng)時(shí)的信號(hào)輸出情況有關(guān)，典型代表有譯碼器、編碼器[3]。

結(jié)語(yǔ)：伴隨經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)步與發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)作為一種新興的電子技術(shù)方式，被運(yùn)用在各行各業(yè)的發(fā)展中。目前，我國(guó)在數(shù)字電路運(yùn)用上，還存在諸多不足，為進(jìn)一步提升數(shù)字電路的運(yùn)用效果，應(yīng)掌握好數(shù)字電路的自身特點(diǎn)，使系統(tǒng)發(fā)揮更好的功能效果，使其更好的為數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域提供客觀保證。在數(shù)字電路中，數(shù)字信號(hào)主要由和組成電位型以及脈沖型，兩種類型的信號(hào)形式。在數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行中，受時(shí)脈的驅(qū)動(dòng)影響，其控制部件會(huì)發(fā)揮其控制作用，對(duì)運(yùn)算部件加以控制，完成相應(yīng)的動(dòng)作。

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作者簡(jiǎn)介

梁洪，邵陽(yáng)學(xué)院信息工程學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生