【導讀】在自然界中,象聲音、溫度、光等信息是以連續(xù)的值進行變化的。這種連續(xù)值就稱作"模擬"。而在計算機的世界里，信息是以一段一段的離散值表示的。這種離散值就稱作"數(shù)字"。
在自然界中,象聲音、溫度、光等信息是以連續(xù)的值進行變化的。這種連續(xù)值就稱作"模擬"。而在計算機的世界里，信息是以一段一段的離散值表示的。這種離散值就稱作"數(shù)字"。
比方說模擬和數(shù)字就相當于實數(shù)與整數(shù)的關(guān)系。實數(shù)可以表示直線上的每一個點，就象是模擬，而整數(shù)只能表示直線上的特定點，就象是數(shù)字。
于是，我們把處理連續(xù)信息的模擬信號的電路稱作"模擬電路"，把處理離散信息數(shù)字信號的電路稱作"數(shù)字電路"。
圖 1：模擬與數(shù)字的不同
為了將自然界的模擬信息輸入到象計算機那樣的數(shù)字電路，需要將信息數(shù)字化（模擬信號→數(shù)字信號）。進行"模擬信號→數(shù)字信號"轉(zhuǎn)換的是 A/D 轉(zhuǎn)換器，A/D 轉(zhuǎn)換器按時間有規(guī)律地讀取（采樣）輸入信號，并將其轉(zhuǎn)換成用"0"和"1"表現(xiàn)的數(shù)值（2 進制）。
為了將連續(xù)值（模擬信號）轉(zhuǎn)換為離散值（數(shù)字信號），要對模擬信號進行"舍去"和"進位"處理。這種處理造成信息缺失,而產(chǎn)生了誤差。而為了減少誤差，就需要縮短轉(zhuǎn)換間隔和增加轉(zhuǎn)換時的位數(shù)。
那么，"把模擬信號數(shù)字化"的好處在哪里呢？它的好處就在于，數(shù)字信號有較強的抗噪音能力，不容易被破壞，計算機處理起來比較容易。現(xiàn)在，隨著微處理器性能的不斷提高，已經(jīng)可以高速、大量地處理數(shù)字信息。由于在信號傳輸和再現(xiàn)的過程中都不會造成信號質(zhì)量下降，從而使數(shù)字電路得到了十分廣泛的應(yīng)用。
強大的"2 進制"
數(shù)字信號表現(xiàn)數(shù)值的方法之一是"2 進制"。2 進制是以"0"和"1"表現(xiàn)數(shù)值的，各位數(shù)都是 2 的階乘。比如，4 位 2 進制可以表現(xiàn)的整數(shù)是從 0 到 15 的值（ 表 1）。更大的數(shù)值就要通過增加位數(shù)來表現(xiàn)了。
表 1：10 進制的 2 進制換算
最初在數(shù)字信號中使用 2 進制的原因是因為電路的"開"和"關(guān)"可以很方便地用"1"和"0"來表示。并且，開（"1"）和關(guān)（"0"）在實際的 IC 中分別用"H"和"L" 表現(xiàn)高電壓狀態(tài)和低電壓狀態(tài)。
在一般的 CMOS IC 中，當電源電壓為 5V 時，L 表現(xiàn)為 1.35V 以下，H 表現(xiàn)為 3.15 以上。像這樣用"0" 和"1"表示一定的電壓范圍，就可以形成在一定范圍噪音下，不會發(fā)生誤操作的牢固電路結(jié)構(gòu)。
數(shù)字電路抗噪音強的理由，大家明白了嗎？沒錯，是因為用了 2 進制來表現(xiàn)數(shù)值。
什么是邏輯電路
數(shù)字電路進行邏輯運算，也被稱為邏輯電路。邏輯電路的基本要素只有 AND 電路、OR 電路和 NOT 電路這三種，通過這三種電路的不同組合可以做出具有各種功能的電路。
邏輯電路使用邏輯表達式和電路符號（這里使用 MIL 符號，其他還有 JIS 符號）進行表示。另外，我們把邏輯電路的輸入信號和輸出信號的一覽表稱為真值表。
下面我們對 3 種基本邏輯電路進行說明。
1. AND 電路
AND 電路也被稱為“ 邏輯與”，只有當兩個輸入同時為 1 時，才會輸出 1。邏輯表達式用“?”表示，例：Y=A?B。
電路符號
真值表
讓我們仔細看一看 AND 電路的工作方式。如果用開關(guān)和 LED 來表現(xiàn) AND 電路的話，就是如下圖 2 所示的串聯(lián)電路。
開關(guān) A（SW A）的“開”和“關(guān)”表示輸入 A 的“1”和“0”
開關(guān) B（SW B）的“開”和“關(guān)”表示輸入 B 的“1”和“ 0”
LED Y 的亮起和熄滅以輸出 Y 的“1”和“0”表示
圖 2：AND 電路的運作方式
該 AND 電路的工作方式如下：
開關(guān) A 和開關(guān) B 都為“開”時，LED Y 點亮
開關(guān) A 或 B 只有一個為“開”，另一個為“關(guān)”時，LED Y 熄滅
開關(guān) A 和開關(guān) B 都為“關(guān)”時，LED Y 熄滅
基本邏輯電路也稱作門（gate）電路，可以通過單個輸入來固定輸出（關(guān)閉門），或反映輸出（打開門）。AND 電路的門電路的工作情況可以用圖 2 的電路圖進行說明 —— A 或 B 的開關(guān)之一固定為“關(guān)”，LED 保持熄滅，也就是說輸出固定為“關(guān)”（關(guān)閉門）；相反，A 或 B 的開關(guān)之一固定為“開”，未固定的另一個輸入能夠直接反映輸出（打開門）。
2. OR 電路
OR 電路也被稱為“邏輯或”，只要有任何一個輸入為 1，或者都為 1 的情況下，都會輸出 1。邏輯表達式用“＋”表示，例：Y=A＋B。
電路符號
真值表
如果用開關(guān)和 LED 來表現(xiàn) OR 電路的工作方式的話，就是如下圖 3 所示的并聯(lián)電路。由于是并聯(lián)電路，因此開關(guān) A（SW A）或開關(guān) B（SW B）中任意一個為“開”，或兩者均為“開”時，LED Y 就點亮。
圖 3：OR 電路的運作方式
OR 電路的門功能與 AND 電路的工作方式正好相反 —— A 和 B 的開關(guān)之一固定為“開”時，LED 保持點亮，也就是說輸出固定為“開”（關(guān)閉門）；相反，A 和 B 的開關(guān)之一固定為 “關(guān)”，未固定的另一個輸入能夠直接反映輸出（打開門）。
3. NOT 電路
NOT 電路也被稱作變頻或反向電路，具有將輸入反向輸出的功能。是輸入為 1 時輸出 0，輸入 0 時輸出 1 的電路。邏輯表達式用“¯”表示 （例）Y=。
電路符號
真值表
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