第1章 微型計算機基礎

1.1 數字信號

在自然界中存在許多物理量，它們在時間和數值上均是離散的，也就是說，它們的變化在時間上不連續，總是在一系列離散的瞬間發生，這類物理量被稱為數字量，用來表示數字量的信號被稱為數字信號。數字信號在電路中往往表現為突變的電壓或電流，數字信號如圖1-1所示，該信號有以下兩個特點。

① 信號只有兩個電壓值，+5V和0V，也常被稱為邏輯電平，分別表示邏輯1和邏輯0。

② 信號從高電平變為低電平或者從低電平變為高電平以脈沖波形的方式表現。數字信號波形與脈沖波形的區別只是表達方式不同，前者用邏輯電平表示，后者用電壓值表示。

圖1-1 數字信號

1.數字信號的優點

數字信號的優點很多，首先它抗干擾的能力特別強。數字信號只有0、1兩個狀態，它的值通過閾值判斷。即使混入了其他干擾信號，只要干擾信號的值不超過閾值范圍，就可以再現原來的信號；即使干擾信號的值超過閾值范圍且出現了誤碼，只要采用一定的編碼技術，也很容易將出錯的信號檢測出來并加以糾正。因此，與模擬信號相比，數字信號在傳輸過程中具有更高的抗干擾能力和更遠的傳輸距離，且失真幅度小。

數字信號便于進行各種邏輯和算術運算。所謂邏輯運算，就是按照邏輯規則進行邏輯推理和邏輯判斷。在現代技術的信號處理中，數字信號發揮的作用越來越大，復雜的信號處理幾乎都離不開數字信號；或者說，只要解決問題的方法能用數學公式表示，就能用計算機來處理代表物理量的數字信號。

數字信號便于存儲。現在流行的CD和MP3唱盤、VCD和DVD視盤及電腦光盤都是用數字信號來存儲信息的。此外，數字信號還可以兼容電話、電報、數據和圖像等多類信息的傳送，能在同一條線路上傳送電話、有線電視、多媒體等多種信息。

數字信號還便于加密和糾錯，具有較強的保密性和可靠性。

2.數字信號的表示方法

通常把脈沖的出現和消失分別用1和0來表示，這樣一串脈沖就變成一串由1和0組成的數碼，這樣的信號就是數字信號，數字信號在時間和數值上是離散的、不連續的。典型的數字信號在電路中通常表現為只有高電平和低電平跳變的電壓或電流。

數字信號只有兩個離散值，即高電平和低電平，是一種二值信號。常用數字0和1分別表示低電平和高電平。數字信號的0和1沒有大小之分，只代表兩種對立的狀態，稱為邏輯0和邏輯1，也稱為二值數字邏輯。圖1-1所示為用電壓值表示數字信號的例子，其中0V表示二進制0，+ 5V表示二進制1。