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。

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(shù)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。