二值數(shù)字邏輯和邏輯電平
與模擬信號相反,數(shù)字?jǐn)?shù)字信號在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的,而離散信號的值只有真或假,是與不是,因此可以使用二進(jìn)制數(shù)中的0和1來表示。需要注意的是這里的0和1并非通常意義上的0和1
,也就是說并不像在十進(jìn)制中0和1有大小之分,這里的0和1指的是邏輯0和邏輯1。
因此我們可以將其稱之為二值數(shù)字邏輯或簡稱為數(shù)字邏輯。
二值數(shù)字的產(chǎn)生,是基于客觀世界中存在許多可以用彼此相關(guān)又互相對立的兩種狀態(tài)來描述的事物,比如人的性別,不是男的就是女的,開關(guān)的開與關(guān)等,就是這樣一種關(guān)系。很顯然,這些都具有明顯的二值特性,因此完全可以用電子器件的開關(guān)特性來表示。比如,利用晶體管的非線性特性制作成的開關(guān)二極管,工作時(shí)僅有兩種狀態(tài),不是導(dǎo)通就是關(guān)斷,也是一個二值特性,因此可以用其來表示人的性別等。
當(dāng)開關(guān)器件起作用時(shí),電路中只可能出現(xiàn)兩種電壓值,當(dāng)開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí),開關(guān)后的電路中將有電流流過(比如串聯(lián)于三極管發(fā)射極的負(fù)載),因而將可得到一個較高的電壓值,而當(dāng)開關(guān)器件關(guān)斷時(shí),開關(guān)后的電路中將沒有電流流過,因而將只能得到一個較低的電壓值
,從而在電路中將形成離散的電壓信號,也叫數(shù)字電壓,通常稱之為邏輯電平。
應(yīng)該注意的是邏輯電平不是一個具體的物理量,而是物理量的相對表示。比如,當(dāng)使用示波器測量一個音響設(shè)備的輸出時(shí),你可觀察到一個輸出電壓幅值連續(xù)變化的波形,但是將該輸出信號量化成二值信號后,你觀察到的只是一系列電壓值不是5V就是0V的離散電壓值,很顯然我們不能因此就說該音響設(shè)備的輸出就是5V。
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表1.1.1 邏輯電平與電壓值的關(guān)系
從表中可以看到,+5V的電壓值可以用二值邏輯中的1或0來表示,就看你使用的是正邏輯還是負(fù)邏輯。在邏輯電平中則使用高電平來表示。事實(shí)上高電平并非就只等于+5V,可以是3V,還可以是其它任何值。
圖1.1.3表示用邏輯電平描述的數(shù)字波形,其中圖1.1.3a的邏輯0表示0V,邏輯1表示5V;圖1.1.3b的邏輯0表示5V,邏輯1表示0V;圖1.1.3c 則是一個16位長數(shù)據(jù)的圖形表示。
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