數(shù)字編碼系統(tǒng)
在本教程中,我們將學習數(shù)字系統(tǒng)、如何表示模擬值、如何使用數(shù)字系統(tǒng)表示數(shù)字值以及二進制數(shù)介紹。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202310/451567.htm我還將討論不同的數(shù)字電路邏輯,以及如何使用數(shù)字系統(tǒng)來表示模擬電壓。本教程將簡要介紹數(shù)字系統(tǒng),個別數(shù)字系統(tǒng)將在單獨的教程中討論。
簡介
人類最常見的交流方式是交談。兩個懂同一種語言的人通過交談比其他任何方法都能更迅速、更有效地進行交流。
古時,海軍使用信號旗、閃爍的燈光和手臂動作來進行艦船之間的通信(這被稱為 "信號",即手臂動作代碼)。當沒有無線電設備的飛機接近機場準備降落時,它可以從塔臺上的燈炮獲得信號。
數(shù)制基礎
數(shù)人、數(shù)材料的思想慢慢發(fā)展起來,經(jīng)過一段時間,數(shù)制在人類中占據(jù)了一席之地。因此,各種計算方法迅速得到改進和發(fā)展,并在科學和技術領域擴展出各種方法和解決方案。
最先進、最有效的方法就是利用數(shù)字系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)明的。計算機的誕生源于不同類型的可理解代碼。
我們在日常生活中使用的普通數(shù)字系統(tǒng)被稱為十進制,其中使用了十個基本符號,即 0、1、2、......9。
在這十位數(shù)字的幫助下,可以寫出任何數(shù)字,這種十進制也被稱為位值制,即數(shù)字所代表的值取決于數(shù)字在數(shù)字中的位置。
由于我們用 10 位數(shù)來表示數(shù)字,所以 10 被稱為十進制的基數(shù)。例如:2410,在十進制數(shù)制中表示 2*10 + 4 = 24。
第一批電子計算機的設計非常繁瑣,因為它們使用的是十進制,每個指令需要十個不同的級別。如何定義和維護這 10 個級別成了一個大問題。
因此,人們采用了簡單的開-關系統(tǒng),也稱為二進制系統(tǒng)。完整的計算機系統(tǒng)用這種新的革命性的二進制系統(tǒng)取代了十進制系統(tǒng)。在二進制運算中,一個量要么存在,要么不存在。
這種類型的決策在邏輯電路中比較容易實現(xiàn),在每個子邏輯塊的輸出端,電壓要么存在,要么不存在。這可以稱為 "基二 "系統(tǒng)。例如:112 在十進制數(shù)制(310)中表示 1*2 + 1 = 3。
二進制數(shù)
所有計算機系統(tǒng)都使用二進制數(shù)進行通信和操作,二進制數(shù)只使用數(shù)字 0 和 1。以下是這些設備的一些例子:
晶體管可以在截止或飽和狀態(tài)下工作,但不能在有效區(qū)域工作。
開關可以打開或關閉。
一個語句可以被描述為 "真 "或 "假"。
BIT 是表達二進制數(shù)字的一種簡單方式。它是一個信息單位,表示在兩種可能性中做出選擇。這里的信息有兩種可能性,要么是 "0",要么是 "1"。在這種二進制語言中,第一種(或關)狀態(tài)稱為 "0",第二種(或開)狀態(tài)稱為 "1"。
模擬輸出
電子信號代表現(xiàn)實。例如,溫度或壓力可以用 "等效 "電子信號來表示。這種表示有兩種基本類型。它們是模擬和數(shù)字。也就是說,所有的電子電路和系統(tǒng)都可以分為兩大類。即模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)。
顧名思義,所有模擬系統(tǒng)和電路在本質(zhì)上都是類比的,這意味著電路和元件之間是相互依存的。由于它們相互依存,所有元件都遵循某種負載線(即某種方程),因此輸出電壓是連續(xù)的,因為該電壓可以有無數(shù)個值。
例如,吊扇的轉(zhuǎn)速會根據(jù)風扇調(diào)節(jié)器的位置而變化。調(diào)節(jié)器旋鈕旋轉(zhuǎn)得越多,轉(zhuǎn)速就越高,這意味著吊扇會通過降低調(diào)節(jié)器的電阻來獲得更多的電壓。旋鈕的位置表示風扇的轉(zhuǎn)速。
模擬輸出表示法
模擬輸出的另一個例子是一個簡單的電位分壓器,通常用于將直流電壓降至所需電平。
這里,Vin = 直流輸入電壓,Vout = 直流輸出電壓;
輸出電壓為 Vout = Vin x R? / (R? + R?)
例如,如果 Vin = 15 V 直流電壓,R? = 10 kΩ,R? = 5 kΩ、
則輸出電壓 Vout 為 5 V 直流。
在這里,輸出電壓 Vout 根據(jù)電阻 R1 和 R2 上的輸入電壓 Vin 連續(xù)變化。因此,電位分配器的輸出是模擬性質(zhì)的。
數(shù)字輸出表示法
數(shù)字信號是現(xiàn)代計算機的基礎。數(shù)字電壓輸出電平總是 "0 "或 "1",表示電壓存在或不存在。
為了更好地理解二進制輸出,可以考慮用相同的電位分配器示例來解釋數(shù)字輸出(0 或 1)。如圖所示,一個恒定的 5V 直流輸入被饋送到電位器,電位器上有一個電阻 R1 和另一個電阻 R2。
如果電阻 R? 為零,R? 的末端將出現(xiàn)接地電壓 0 伏,電壓輸出將變?yōu)?0 伏,數(shù)字語言將此電壓稱為低電平。
相反,如果從上述電路中消除電阻 R?,即電阻 R?為開路或無窮大,那么輸出電壓將與輸入電壓相同,因為沒有發(fā)生任何動作,這個電壓在數(shù)字語言中稱為 "高"。
數(shù)字邏輯電平
電子學領域出現(xiàn)了許多革命性的發(fā)展,其中一些改變了歷史進程。第一個固態(tài)設備是晶體管(其名稱由 "轉(zhuǎn)移電阻 "一詞組成)。
通常,人們開始稱便攜式收音機為晶體管。下一次革命是 60 年代初的集成電路(IC)。集成電路進一步推動了高速計算機的發(fā)明。
集成電路是一個單一的功能模塊,包含晶體管、電阻器、電容器等多種元件。
電子元件需要外部連接引線,因為它們需要輸入、輸出、電源電壓等(例如:二極管需要兩條引線,晶體管需要三條引線)。在集成電路中,操作所需的端子由外部提供。
在大多數(shù)現(xiàn)代邏輯系統(tǒng)中,邏輯 "1 "和 "0 "由電壓電平表示。在數(shù)字系統(tǒng)中,這些邏輯電平的定義有一些可接受的規(guī)則。它們是正邏輯或有源高電平和負邏輯或有源低電平,分別為 "1 "和 "0"。
將邏輯指定轉(zhuǎn)換為其他邏輯指定的最簡單方法是,對所有邏輯功能進行互補。根據(jù)這些邏輯指定,設計這些邏輯電路可分為五大類。它們是
直接耦合晶體管邏輯 (DCTL)
電阻晶體管邏輯 (RTL)
電阻電容晶體管邏輯(RCTL)
二極管晶體管邏輯(DTL)
晶體管-晶體管邏輯 (TTL)
晶體管 - 晶體管邏輯 (TTL) 電平
1964 年,Taxas Instruments 推出了晶體管-晶體管邏輯 (TTL),并廣泛應用于數(shù)字設備系列。大多數(shù)集成電路制造商都提供 TTL 電路;因此,所有分銷商都能輕易買到。
典型的 TTL 集成電路對輸入和輸出特性進行了標準化,使互換性成為可能,也便于采購。TTL 使用的標準編號系統(tǒng)是兩個字母,后面跟 54 或 74。TTL 邏輯的基本電路是 NAND 門。
正常的 TTL 邏輯電平如下:
電源電壓: 5.0 V
邏輯 0 輸出電壓: 0 - 0.8V
邏輯 1 輸出電壓: 2 - 5V
抗噪能力:0.9 - 1.9V
下表介紹了常用的邏輯系列。
二進制數(shù)概要
我們?nèi)粘I钪惺褂玫钠胀〝?shù)字系統(tǒng)稱為十進制,包含 0 至 9 位數(shù)字(10 位數(shù)字)。
這種系統(tǒng)也稱為位值系統(tǒng),意思是數(shù)字所代表的值取決于數(shù)字在數(shù)字中的位置。
與十進制系統(tǒng)不同,二進制系統(tǒng)只包含兩個數(shù)字,即 0 和 1,這兩個數(shù)字被稱為 BIT。
電子電路和計算機系統(tǒng)中有兩大類系統(tǒng)。它們被稱為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)。
模擬系統(tǒng)是輸出信號連續(xù)變化的系統(tǒng)。在數(shù)字系統(tǒng)中,輸出信號只有兩個電平。它們是高電平和低電平。
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