1.1.2 数字信号的描述方法

数字信号的描述方法有二值数字逻辑和数字波形两种。

1.二值数字逻辑

数字信号可以用0和1来表示。这里的0和1不是数值，而是逻辑0和逻辑1，代表事物的两种不同状态，如是和非、真和假、开和关、低和高、通和断等。这种只有两种对立逻辑状态的逻辑关系称为二值数字逻辑，简称数字逻辑。注意，用0和1组成的二进制数也可以用来表示数量的大小，这将在1.2节讨论。

在数字电路中，二值数字逻辑可以很方便地用电子器件的开关特性来实现，也就是以高、低电平分别表示逻辑1和逻辑0两种状态。高、低电平统称为逻辑电平（logic level）。

高、低电平的最简单形式是在电压信号范围的中间直接定义一个阈值电压。如果电压值高于这个阈值，用高电平表示；如果电压值低于这个阈值，就用低电平表示。但为了提高抗干扰能力，在实际的数字电路中，高、低电平通常分别与一定范围内的电压值相对应，如图1.1.2所示。电压在0～VL(max)范围内称为低电平，用逻辑0表示；电压在VH(min)～+VDD范围内称为高电平，用逻辑1表示。电压在VL(max)～VH(min)范围内则没有定义，不能使用。这种表示称为正逻辑体制，是一种常用的表示方法。例如，对5 V供电的CMOS器件，电压范围与逻辑电平的关系如表1.1.1所示。电压在3.5V～5V范围内，都表示高电平；在0V～1.5V范围内，都表示低电平；在1.5V和3.5V之间的电压则没有定义，不能使用。注意，逻辑电平不是物理量，而是物理量的相对表示。

图1.1.2 逻辑电平

在另一种负逻辑体制中，低电平用逻辑1表示，高电平用逻辑0表示。本书不予讨论。

表1.1.1 电压范围与逻辑电平的关系

2.数字波形

数字波形是逻辑电平相对于时间的图形表示。图1.1.3所示为理想的数字波形。其中，逻辑0对应着低电平，逻辑1对应着高电平。图1.1.3（a）所示波形标出了时间及幅值。在一个数字系统中，通常采用统一的逻辑电平标准，因此一般可以不标出高、低电平的电压值，时间轴也可以省略，如图1.1.3（b）所示。

图1.1.3 理想的数字波形

在实际的数字系统中，数字信号是利用电子器件的开关特性产生的，其波形并没有那么理想。矩形脉冲从低电平跳变到高电平（上升沿），或从高电平跳变到低电平（下降沿）时，边沿没有那么陡峭，而要经历一个过渡过程。我们在只关注各信号之间的逻辑关系时，通常将数字波形画成理想波形；只有在研究数字电路的动态特性时，才会关注信号的过渡过程。