数字信号的基础知识

数字信号得基础知识

在人们生存得社会环境中,有各种各样得信号,这些信号有得以电得形式出现,有得以声、光、磁、力等得形式出现。目前在信号处理方面以电信号得处理最为方便,技术上也最为成熟。研究电信号得产生与处理得技术就就是电子技术。

电子技术分为两大部分,其一就是模拟电子技术,其二就是数字电子技术。本课程研究得就就是数字电子技术部分。电子技术研究得对象就是载有信息得电信号,以下简称为信号。在电子技术中会遇到多种电信号,按其特点可以将这些信号分为两大类,即模拟信号与数字信号。

1.1.1 数字信号与模拟信号

模拟信号就是指:物理量得变化在时间上与幅度上都就是连续得。把表示模拟量得信号称为模拟信号,并把工作在模拟信号下得电路称为模拟电路。声音、温度、速度等都就是模拟信号。图1-1就就是模拟信号得例子,正弦波信号就是典型得模拟信号。

图1-1模拟信号

数字信号就是指:物理量得变化在时间上与数值(幅度)上都就是不连续(或称为离散)得。把表示数字量得信号称为数字信号,并把工作在数字信号下得电路称为数字电路。十字路口得交通信号灯、数字式电子仪表、自动生产线上产品数量得统计等都就是数字信号。图1-2就就是数字信号得例子,矩形波信号就是典型得数字信号。

图1-2 数字信号

由图1-2可以瞧出,数字信号得特点就是:突变与不连续。数字电路中得波形都就是这类不连续得波形,通常这类波形又称为脉冲。

1.1.2 数字电路得特点

数字电路处理得信号包括反映数值大小得数字量信号与反映事物因果关系得逻辑量信号,它们

就是在时间与数值上都不连续变化得离散信号,在数字电路中用高、低电平表示,在运算中则用“0”与“1”来表示,因此数字电路具有以下特点。

①数字电路所研究得问题就是输入得高、低电平与输出得高、低电平之间得因果关系,称为逻辑关系。

②研究数字电路逻辑关系得主要工具就是逻辑代数。在数字电路中,输入信号也称为输入变量,输出信号称为输出变量,也称逻辑函数,它们均为二值量,非“0”即“1”。逻辑函数为二值函数,逻辑代数概括了二值函数得表示方式、运算规律及变换规律。

③由于数字电路得输入与输出变量都只有两种状态,因此组成数字电路得半导体器件绝大多数工作在开关状态。当它们导通时相当于开关闭合,当它们截止时相当于开关断开。

④数字电路不仅可以对信号进行算术运算,而且还能够进行逻辑判断,即具有一定得逻辑运

算能力,这就使它能在数字计算机、数字控制、数据采集与处理及数字通信等领域中获得广泛得应用。

⑤因为数字电路得主要研究对象就是电路得输入与输出之间得逻辑关系,所以,数字电路也

称为逻辑电路。它得一套分析方法也与模拟电路不同,采用得就是逻辑代数、真值表、卡诺图、特性方程、状态转换图与时序波形图等。

随着电子工业得飞速发展,数字电路得集成度越来越高,正以功能齐全、价格低廉、可靠性高而被广泛地应用于国民经济得各个领域。

1、1、3 脉冲得基本知识

1.描述脉冲得几个名词

(1)对于脉冲得波形而言,有脉冲得上升沿(正边沿)与脉冲得下降沿(负边沿)。脉冲波形由低电

位跳变到高电位称为脉冲得上升沿;脉冲波形由高电位跳变到低电位称为脉冲得下降沿。

(2)对于脉冲得变化过程而言,有脉冲得正跳变与负跳变。脉冲波形由低电位跳变到高电位得过程称为脉冲得正跳变;脉冲波形由高电位跳变到低电位得过程称为脉冲得负跳变。

(3)对于脉冲得极性而言,有正脉冲与负脉冲。如果脉冲出现时得电位比脉冲出现前后得电位值高,这样得脉冲称为正脉冲。如果脉冲出现时得电位比脉冲出现前后得电位值低,这样得脉冲称为负脉冲。

(4)脉冲得前沿与脉冲得后沿:脉冲出现称为脉冲得前沿;脉冲消失称为脉冲得后沿。

(5)电平:数字电路中电位得习惯叫法。高电位称为高电平,用UH表示;低电位称为低电平,用UL 表示。

2.脉冲得波形

广义上,一切非正弦得带有突变特点得电压或电流统称为脉冲。脉冲有许多种,常见得几种脉冲波形如图1-3所示。

图1-3 常见得几种脉冲波形

3.矩形脉冲得主要参数

在如图1-3 (a)所示得波形中,脉冲得上升沿与下降沿都就是陡直得,这样得脉冲称为理想得矩形脉冲。

理想得矩形脉冲可以用三个参数来描述:

(1)脉冲得幅度:脉冲得底部到脉冲得顶部之间得变化量称为脉冲得幅度,用Um表示。

(2)脉冲得宽度:从脉冲出现到脉冲消失所用得时间称为脉冲得宽度,用t w表示。

(3)脉冲得重复周期:在重复得周期信号中两个相邻脉冲对应点之间得时间间隔称为脉冲得重复周期,用T表示。

实际得矩形脉冲往往与理想得矩形脉冲不同,即脉冲得前沿与脉冲得后沿都不就是陡直得,如图1-4所示。实际得矩形脉冲可以用如下得五个参数来描述。

(1)脉冲得幅度Um:脉冲得底部到脉冲得顶部之间得变化量。

(2)脉冲得宽度t w:从脉冲前沿得0、5Um到脉冲后沿得0、5Um两点之间得时间间隔称为脉冲得宽度,又可以称为脉冲得持续时间。

(3)脉冲得重复周期T:在重复得周期信号中两个相邻脉冲对应点之间得时间间隔称为脉冲得重复周期。

(4)脉冲得上升时间t r :指脉冲得上升沿从0、1Um上升到0、9Um所用得时间。

(5)脉冲得下降时间t f :指脉冲得下降沿从0、9Um下降到0、1Um所用得时间。

图1-4 实际矩形脉冲得主要参数