第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

1.1 數(shù)字信號(hào)

在自然界中存在許多物理量，它們?cè)跁r(shí)間和數(shù)值上均是離散的，也就是說(shuō)，它們的變化在時(shí)間上不連續(xù)，總是在一系列離散的瞬間發(fā)生，這類(lèi)物理量被稱(chēng)為數(shù)字量，用來(lái)表示數(shù)字量的信號(hào)被稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)在電路中往往表現(xiàn)為突變的電壓或電流，數(shù)字信號(hào)如圖1-1所示，該信號(hào)有以下兩個(gè)特點(diǎn)。

① 信號(hào)只有兩個(gè)電壓值，+5V和0V，也常被稱(chēng)為邏輯電平，分別表示邏輯1和邏輯0。

② 信號(hào)從高電平變?yōu)榈碗娖交蛘邚牡碗娖阶優(yōu)楦唠娖揭悦}沖波形的方式表現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)波形與脈沖波形的區(qū)別只是表達(dá)方式不同，前者用邏輯電平表示，后者用電壓值表示。

圖1-1 數(shù)字信號(hào)

1.數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)很多，首先它抗干擾的能力特別強(qiáng)。數(shù)字信號(hào)只有0、1兩個(gè)狀態(tài)，它的值通過(guò)閾值判斷。即使混入了其他干擾信號(hào)，只要干擾信號(hào)的值不超過(guò)閾值范圍，就可以再現(xiàn)原來(lái)的信號(hào)；即使干擾信號(hào)的值超過(guò)閾值范圍且出現(xiàn)了誤碼，只要采用一定的編碼技術(shù)，也很容易將出錯(cuò)的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)并加以糾正。因此，與模擬信號(hào)相比，數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中具有更高的抗干擾能力和更遠(yuǎn)的傳輸距離，且失真幅度小。

數(shù)字信號(hào)便于進(jìn)行各種邏輯和算術(shù)運(yùn)算。所謂邏輯運(yùn)算，就是按照邏輯規(guī)則進(jìn)行邏輯推理和邏輯判斷。在現(xiàn)代技術(shù)的信號(hào)處理中，數(shù)字信號(hào)發(fā)揮的作用越來(lái)越大，復(fù)雜的信號(hào)處理幾乎都離不開(kāi)數(shù)字信號(hào)；或者說(shuō)，只要解決問(wèn)題的方法能用數(shù)學(xué)公式表示，就能用計(jì)算機(jī)來(lái)處理代表物理量的數(shù)字信號(hào)。

數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)?，F(xiàn)在流行的CD和MP3唱盤(pán)、VCD和DVD視盤(pán)及電腦光盤(pán)都是用數(shù)字信號(hào)來(lái)存儲(chǔ)信息的。此外，數(shù)字信號(hào)還可以兼容電話(huà)、電報(bào)、數(shù)據(jù)和圖像等多類(lèi)信息的傳送，能在同一條線(xiàn)路上傳送電話(huà)、有線(xiàn)電視、多媒體等多種信息。

數(shù)字信號(hào)還便于加密和糾錯(cuò)，具有較強(qiáng)的保密性和可靠性。

2.數(shù)字信號(hào)的表示方法

通常把脈沖的出現(xiàn)和消失分別用1和0來(lái)表示，這樣一串脈沖就變成一串由1和0組成的數(shù)碼，這樣的信號(hào)就是數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和數(shù)值上是離散的、不連續(xù)的。典型的數(shù)字信號(hào)在電路中通常表現(xiàn)為只有高電平和低電平跳變的電壓或電流。

數(shù)字信號(hào)只有兩個(gè)離散值，即高電平和低電平，是一種二值信號(hào)。常用數(shù)字0和1分別表示低電平和高電平。數(shù)字信號(hào)的0和1沒(méi)有大小之分，只代表兩種對(duì)立的狀態(tài)，稱(chēng)為邏輯0和邏輯1，也稱(chēng)為二值數(shù)字邏輯。圖1-1所示為用電壓值表示數(shù)字信號(hào)的例子，其中0V表示二進(jìn)制0，+ 5V表示二進(jìn)制1。