第1章 微型计算机基础

1.1 数字信号

在自然界中存在许多物理量，它们在时间和数值上均是离散的，也就是说，它们的变化在时间上不连续，总是在一系列离散的瞬间发生，这类物理量被称为数字量，用来表示数字量的信号被称为数字信号。数字信号在电路中往往表现为突变的电压或电流，数字信号如图1-1所示，该信号有以下两个特点。

① 信号只有两个电压值，+5V和0V，也常被称为逻辑电平，分别表示逻辑1和逻辑0。

② 信号从高电平变为低电平或者从低电平变为高电平以脉冲波形的方式表现。数字信号波形与脉冲波形的区别只是表达方式不同，前者用逻辑电平表示，后者用电压值表示。

图1-1 数字信号

1.数字信号的优点

数字信号的优点很多，首先它抗干扰的能力特别强。数字信号只有0、1两个状态，它的值通过阈值判断。即使混入了其他干扰信号，只要干扰信号的值不超过阈值范围，就可以再现原来的信号；即使干扰信号的值超过阈值范围且出现了误码，只要采用一定的编码技术，也很容易将出错的信号检测出来并加以纠正。因此，与模拟信号相比，数字信号在传输过程中具有更高的抗干扰能力和更远的传输距离，且失真幅度小。

数字信号便于进行各种逻辑和算术运算。所谓逻辑运算，就是按照逻辑规则进行逻辑推理和逻辑判断。在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，复杂的信号处理几乎都离不开数字信号；或者说，只要解决问题的方法能用数学公式表示，就能用计算机来处理代表物理量的数字信号。

数字信号便于存储。现在流行的CD和MP3唱盘、VCD和DVD视盘及电脑光盘都是用数字信号来存储信息的。此外，数字信号还可以兼容电话、电报、数据和图像等多类信息的传送，能在同一条线路上传送电话、有线电视、多媒体等多种信息。

数字信号还便于加密和纠错，具有较强的保密性和可靠性。

2.数字信号的表示方法

通常把脉冲的出现和消失分别用1和0来表示，这样一串脉冲就变成一串由1和0组成的数码，这样的信号就是数字信号，数字信号在时间和数值上是离散的、不连续的。典型的数字信号在电路中通常表现为只有高电平和低电平跳变的电压或电流。

数字信号只有两个离散值，即高电平和低电平，是一种二值信号。常用数字0和1分别表示低电平和高电平。数字信号的0和1没有大小之分，只代表两种对立的状态，称为逻辑0和逻辑1，也称为二值数字逻辑。图1-1所示为用电压值表示数字信号的例子，其中0V表示二进制0，+ 5V表示二进制1。