模擬信號與數字信號

　　例題1.1.1設周期性數字波形的高電平持續6ms，低電平持續10ms
，求占空比q？

解：根據給定的高電平持續時(shí)間有t_w= 6ms，而高電平與低電平持續時(shí)間之和即為周期T

　　所以有 Ｔ＝6ms＋10ms＝16ms

　　

　　到目前為止，我們所討論的數字波形都是理想波形，然而實(shí)際的數字系統中，數字波形的升降都要經(jīng)歷一段時(shí)間，也就是說(shuō)波形存在上升時(shí)間t_r和下降時(shí)間t_f 。
　　上升時(shí)間t_r的定義是：從脈沖幅值的10%到90%所經(jīng)歷的時(shí)間；下降時(shí)間t_f的定義剛好相反：從脈沖幅值的90%到10%所經(jīng)歷的時(shí)間。t_r和t_f的典型值約為幾個(gè)納秒（ns），視不同類(lèi)型的器件和電路而異。
　　脈沖寬度的定義是脈沖幅值為50%時(shí)前后兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)所跨越的時(shí)間。非理想脈沖如圖1.1.6所示：

　　例題1.1.2 試繪出一脈沖波形，設它的占空比為50%，脈沖寬度 t_w＝100ns，上升時(shí)間t_r＝10ns，下降時(shí)間t_f＝20ns。

解：根據題意，可繪出脈沖波形如下：

圖1.1.7 例1.1.2的波形圖

　　一般情況下波形的上升或下降時(shí)間均要比高電平或低電平的持續時(shí)間要小很多，畫(huà)波形的目的主要是為了了解高、低電平所經(jīng)歷的時(shí)間。因此在理想波形中就只有高、低電平，而忽略了上升和下降時(shí)間
。本課程中所用的數字波形將采用理想波形。
　　當然，實(shí)際中碰到的波形，不管從示波器上來(lái)看，其上升沿和下降沿是多么的直，t_r和t_f都不可能為零，只是在數字電路中，只需關(guān)注邏輯電平的高低，因此在畫(huà)波形時(shí)只需畫(huà)出高低電平所經(jīng)歷的時(shí)間即可，無(wú)需畫(huà)出上升沿和下降沿。

(a)

(b)

圖1.1.8 用邏輯1和0表示的二值位行圖
(a) 對稱(chēng)方波 (b) 二值數據

　　上圖為一個(gè)二值位形圖，其中１或１占用的最小時(shí)間稱(chēng)為位時(shí)間
，也就是１位數據所占用的時(shí)間。我們將每秒鐘所傳輸的位數稱(chēng)為數據率或比特率。
　　例題1.1.3 某通信系統每秒中傳輸1.544兆位數據，求每位數據的時(shí)間。

解：根據題意，只需將1.544M倒數，即可求得每位數據的時(shí)間為：

　　舉例來(lái)說(shuō)，象圖1.1.8b中看到的22位的二值位形圖，如果每一位數據所占用的時(shí)間是648ns，則22位共占用14256ns，也就是14.256微秒，而其數據率就是1.544兆。
　　在設計數字集成電路時(shí)，有時(shí)為了分析各種信號之間的邏輯關(guān)系
，需要將多個(gè)數字波形按時(shí)間排列在一起，用來(lái)表明相互間的時(shí)間關(guān)系，我們將這樣一種關(guān)系圖稱(chēng)為時(shí)序圖（Timing diagram）。
　　時(shí)序圖中的每一個(gè)波形都被稱(chēng)為時(shí)間信號。時(shí)序圖被廣泛運用在設計數字集成電路中，在設計存儲器、微處理機等數字應用電路時(shí)均須附有時(shí)序圖，以便數字系統的分析、應用和設計。
　　圖1.1.9就是一個(gè)時(shí)序圖的例子：

圖1.1.9 數字時(shí)序圖

　　圖中CP為時(shí)鐘脈沖信號，用作系統中的時(shí)間參考信號，一般由石英晶體振蕩器來(lái)產(chǎn)生，如圖所示波形為對稱(chēng)方波。關(guān)于圖中各個(gè)波形的具體作用，將在以后的課程加以介紹

3.模擬量的數字表示

　　為便于存儲、分析和傳輸，常常需要將模擬信號轉換為數字信號
。
　　在數字電路中用數字0、1的編碼來(lái)表示一個(gè)模擬量，這里的編碼所指的是數字0、1的字符串，圖1.1.3和圖1.1.8所示的數字波形即是這種編碼的圖形。這樣一種編碼實(shí)際上就是二進(jìn)制編碼。
　　下面通過(guò)圖1.1.10的圖示來(lái)了解用數字表示模擬信號的過(guò)程：

　　取其中Ａ、Ｂ、Ｃ３個(gè)取樣點(diǎn)。以Ｂ點(diǎn)為例，該點(diǎn)的模擬電壓為3V，將其送入一個(gè)模數轉換器后可得到以數字０、１表示的數字電壓
，如圖1.1.10b所示。同樣地也可以得到Ａ、Ｃ點(diǎn)的數字編碼。
　　當信號的取樣點(diǎn)數足夠多時(shí)，原信號就可以被較真實(shí)地復制下來(lái)
。
　　當然，必要的話(huà)還可以通過(guò)數模轉換器將已經(jīng)數字化的信號還原成模擬信號。