关于数字电路中的“数字”

日期:2017-11-02 16:16:19 来源:大学生学习网

体未考证“数字电路”是何时出现的,但至少本人读书时那玩意儿可并不是那么的吃香。现在回想起来稍许悟出点道理来,那就是当时的器件规模实在是太小,以至于很难和“数字”攀亲。记得,当时CPU(PDP11/34)是板级的,一块大板上密密麻麻地布满了各种小规模IC;内存是磁芯的,两快大板夹着磁芯组件的那种“三明治”结构。记得当初有两门重要的课程——模拟电路和脉冲电路,它们的最大差异也仅在于模拟电路注重于连续量和线性分析而脉冲电路则注重于离散态和非线性分析。

现在不妨再考察一下数字电路中的“数字”是如何产生的。首先看物理信号(就电而言),有电压或电流的幅度,频率和相位等,这些本质上都是连续信号。若不考虑任何附加标准,这些物理量的意义仅是其自身所体现的物理意义而已,无其它含义。但若能给出一定的“标准”,则其含义就不再仅限于其自身的物理意义,其可以表示距离、速度、力、温度、真假....等等。这里实际上已经涉及到两类量,即连续量(如距离、、速度、力、温度)和离散量(如真假)。下面给出具体的离散量判别标准。

考虑电压信号,给出四个“门限”,即Uih(输入高)、Uil(输入低)、Uoh(输出高)、Uol(输出低),附加给出电源电压Vcc。当输入信号Ui在范围0~Uil之间时,系统认为其表示低(按正逻辑为假);而当输入信号Ui在范围Uih~Vcc之间时,则系统认为其表示高(按正逻辑为真)。对于输出则要求,低(按正逻辑为假)时输出电压Uo必须在0~Uol范围内;而高(按正逻辑为真)时则输出电压Uo必须在Uoh~Vcc之间。

对于上述门限,必须满足下列几个关系:

Uih > Uil

Uoh > Uih

Uol < Uil

此外,Uil必须低于器件的实际门限临界点,Uih则必须高于器件的相应临界点,且必须考虑器件的离散性,以保证门限标准的一致性。为此,各个器件厂商会在其器件数据手册中给出相关的统一参数供参考。

有了那么一套门限标准,“模拟信号”才可能得以离散化成逻辑信号——真和假。脉冲电路随即也就演变成了逻辑电路。推而广之,“数字电路”也就应运而生了(一串逻辑量就是二进制的数字量)。

——————by 21ic网友 HWM

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具体内容:

开设本群(21学堂)的主旨是为了能给初学者(包括学生和自学者)提供一个答疑解惑的平台。现初步从基础(本科通识)阶段入手,成熟后逐步扩展到各个相关专业领域。

目前首先暂定七个科目,其基本涵盖了电子硬件类的基础。作为软件基础的《离散数学》、《逻辑电路》、....等会在适当时候加入。当然,若有相关问题,不妨也可在此提出。

下面简单介绍一下这七个科目:

《高等数学》——这是一门涵盖整个“连续性”数学的非数学专业基础课程,其范围比《数学分析》要大,譬如它包含了《常微分方程》,而数学专业是把其作为一门独立课程设置的??梢运?,《高等数学》是所有其他课程的基础(可谓基础之基础),这是应该将其溶入血液中去的。

《线性代数》——这是所有线性分析的基础和工具。没有它也就没有“线性”,它的重要性可见一斑。

《概率与统计》——这个世界本就是不确定的(至少就“量”而论),这是一门对付不确定性的基础工具学科,是噪声分析、可靠性分析、算法分析乃至操作系统等的基础。

《电磁学》——严格来说,这是物理学的一个分支,通常作为《普通物理》的一个部分出现。但作为学习电子专业的,这则是其基础的非常重要的组成部分。

《电路分析》——电路模型化后的“电磁学”,是一切电路的基础。

《模拟电路》——《电路分析》中的电路原理加有源器件模型,在此基础上建立和分析各种相关的功能性电路。需注意的是,模拟电路不等于“线性电路”。

《射频和微波》——真正的“高频电路”。

附加说明:

原本应该加入《脉冲电路》的,但似乎不太合时宜,故暂未包括。若有相关问题,自然也可以在此讨论。

关于《数字电路》,本人看法,若有《脉冲电路》、《逻辑电路》、《布尔代数》等基础,基本就是查相关数据手册的事情。同样,若有相关基础问题,也可以在此讨论。