1 模拟与数字：有什么区别？

空气温度、声音响度、光强度等，所有这些数量在一个范围内都平稳而连续地变化。此类数量称为"模拟"值。

相比之下，今天的计算机则使用离散数量。这些离散数量称为"数字"值。如果模拟测量是"看起来像"测量属性的平滑曲线，则数字测量是一系列不连续的水平。

换句话说：模拟值是真实数字，而数字值是整数。实际数字可以表示数字行上的任何点，而整数仅限于在线上均匀地表示这些特殊点。

模拟电路与值持续变化的模拟信号配合用。数字电路适用于数字信号，所有值都是离散的。

图1 ：模拟与数字

要将自然的模拟信息输入数字电路，首先需要将信息数字化：即将模拟信号转换为数字信号。模拟/数字 （A/D） 转换器对模拟信号进行采样（在设定的时间间隔内读取值），并将每个读数转换为相应的二进制数字（以 0 和 1 表示的基础 2 值）。

由于转换器正在更改可将任何分数值转换为数字信号的模拟信号，该信号只能接收离散值，一些信息将丢失。每个模拟读数必须向上或向下四舍五入到最接近的数字值。由于转换器仅在特定间隔读取模拟信号，因此它丢失了这些间隔之间存在的模拟信息。

因此，数字值只是模拟信号的近似值，始终包含转换错误。但是，通过缩短测量间隔，以及使用更精确（即更长的位长度）数字值，可以减少此误差。

但是，将平滑的模拟信号转换为跳跃和不精确的数字系列有什么意义呢？至少有两个优点：数字信号对噪音的抵抗力要强得多：而且，因为现代计算机只使用数字值。

当今强大的微控制器能够快速处理大量数字信息。这些微控制器使用数字电路，充分利用了这样一个事实，即与模拟信号不同，数字信号在传输和播放过程中不会丢失信息。

2 二进制号码

数字信号通常使用二进制（也称为"基数 2"）编号来表示值，其中每个数字仅使用 0 和 1 的编号书写。具体来说，数字的最右数字代表20，左下一个数字代表21，然后是22等。因此，四位数的二进制数字可以表示 16 个值，从 0 到 15，正如您在表 1 中看到的。高于 15 的值可以通过在必要时添加额外的数字来表示。

将数字信号视为二进制文件的一个优点是，设计具有二进制输出的逻辑电路很容易：电路是开还是关，对应于数字二进制数字的 1 和 0。开和关状态实际执行为两个电压状态：高（"H"）和低（"L"）。在具有 5 伏电源的典型 CMOS IC 中，"L"表示电压从 0 到 1.35 V，而"H"表示从 3.15 V 到 3.15 V 的电压。由于 0 和 1 对应于这些相对较宽的电压范围，因此即使线路上有中等噪声，电路也产生正确的输出。

表1：十进制值的二进制表示

3 数字电路 = 逻辑电路

数字电路，也称为逻辑电路，执行逻辑操作。三个元素电路-或，和不-可以结合，以建立任何所需的逻辑操作。

逻辑电路使用逻辑表达和电路符号表示。（在这里，我们使用MIL符号，虽然可能会使用JIS符号或其他符号。真相表指示电路的输出对于所有输入组合的输出。

4 AND电路，系列电路

AND 电路（也称为逻辑产品电路）需要两个输入，如果两个输入都是 1，则输出 1，否则则输出 0。

逻辑表达AND

使用"\"操作员编写。示例：Y = A B

AND电路符号

真值表

让我们看看和电路是如何工作的。图 2 显示了由两个开关（SW A 和 SW B）和一个 LED 指示器组成的和电路。请注意：

• 如果输入 A 为 1，则 SW A 处于打开;如果输入 A 为 0，则 SW A 关闭。

• 如果输入 B 为 1，则 SW B 处于打开上：如果输入 B 为 0，则 SW B 关闭。

• 如果输出 Y 为 1，则 LED Y 处于打开（亮） 上;如果输出 Y 为 0，则 LED Y 关闭（黑暗）

图2：一个AND电路

AND电路的工作原理如下。

• 如果 SW A 和 SW B 都处于打开，则 LED Y 已打开（亮）。

• 如果一个开关打开，而另一个开关关闭，则 LED Y 关闭（黑暗）。

• 如果两个开关都关闭，则 LED Y 关闭（黑暗）。

基本逻辑电路也称为门。请注意，您可以在控制另一个开关的同时关闭一个开关来控制输出值。图 2 说明了 AND 电路的门操作。

• 如果 SW A 或 SW B 固定在 Off 上，LED 将保持黑暗;即输出也将在关闭时固定（门已关闭）。

• 如果 SW A 或 SW B 固定在 On，则门将输出未固定 SW（闸门打开）的价值。

5 OR 电路，并行电路

OR 电路（也称为"逻辑和电路"）输出 1（如果其中一个或两个输入为 1）和输出 0（如果两个输入为 0）。示例：Y = A B。

逻辑表达 OR

使用" "操作员编写。示例：Y = A B

OR电路符号

真值表

由于这是一个并行电路，输出将打开（LED Y 将亮起），如果只有 SW A，只有 SW B，或 SW A 和 SW B 都开。图 3 显示 OR 电路：带两个开关和一个 LED 指示器的并行电路。

OR 电路的门操作是 AND 电路操作的反向。

• 如果 SW A 或 SW B 固定在 On 上，则 LED 将亮起;即输出也将固定在 On（门已关闭）。

• 如果 SW A 或 SW B 固定在 Off，则门将输出未固定 SW（门是打开的）值

图 3：一个OR电路

6 NOT电路，INV电路

NOT 电路（也称为"逆变电路"）仅需要一个输入，并输出输入的反向。如果输入为 1，输出为 0。如果输入为 0，则输出为 1。

不的逻辑表达

使用"—"操作员编写。示例：Y=

NOT电路符号

真值表