绪论

目前，人类已经进入数字时代，在过去的30年里，数字技术的发展速度是十分惊人的。在人们的日常生活中，生活用品已逐渐从模拟形式变化为数字形式，如数字摄像机、数码相机、数字化的移动电话、数字化的X光片、磁共振成像仪（MRI），以及医院使用的超声系统等，数字技术的应用随处可见，它已渗透到国民经济及人民生活的所有领域，并起着越来越重要的作用。可以这样说数字化程度的高低，已成为衡量一个国家科学技术水平高低的一个重要标志。

随着集成电路的发展，特别是大规模和超大规模集成电路的发展，数字技术将在通信、商贸、交通控制、导航、医疗、天气检测、因特网等领域，在商业、工业和科研部门取得更大的成就。有理由相信，数字技术未来的发展速度会更快，对人类产生的影响将越来越深刻。

自然界中大部分的物理量都是模拟量，例如温度、时间、压力、距离和声音等。图1表示的是某一天中一个城市的温度变化情况，可以看出这是一条平滑的曲线，也就是说在给定的时间内温度值的变化是连续的。如果用整点时刻的值代表每个小时时间内的温度（这个过程称为“抽样”），便会得到如图2所示的用抽样值表示的温度与时间的关系图。如果再对整点时刻的温度值进行四舍五入（这个过程称为“量化”），并将其表示为二进制数值（这个过程称为“编码”），便会得到如图3所示温度变化的数字量图。可以看出一个模拟的物理量在经过抽样、量化、编码后，便会得到一个与之对应的数字量。

图1 温度和时间的关系图（用模拟量表示）

图2 温度和时间的关系图（用抽样值表示）

图3 温度和时间的关系图（用数字量表示）

信号是传载信息的函数，信号常分为模拟信号、连续时间信号、离散时间信号和数字信号。电子电路中的信号一般分为两类：模拟信号，指该信号是时间的连续函数，在一定动态范围内幅值可取任意值；处理模拟信号的电路，称为模拟电路。数字信号，指该信号无论从时间上还是从大小上看其变化都是离散的，即不连续，信号的幅值只可以取有限个值；处理数字信号的电路称为数字电路。

和模拟电路相比，数字电路具有以下一些特点：

（1）在数字电路中，工作信号是二进制的数字信号，即只有0和1两种可能的取值。反映到电路上，就是电压的高、低或脉冲的有、无两种状态。因此，凡是具有两个稳定状态的元件，其状态都可以用来表示二进制的两个数码，故其基本单元电路简单，这对实现电路的集成化十分有利。

（2）数字电路中处理的是二进制的数字信号，在稳态时，数字电路中的半导体器件一般都工作在截止和导通状态，即相当于开关工作时的开和关状态。而研究数字电路时关心的仅是输出和输入之间的逻辑关系。

（3）数字电路不仅能进行数值运算，而且能进行逻辑判断和逻辑运算，这在计算机技术及很多方面是不可缺少的，因此，也常把数字电路称为“数字逻辑电路”。

（4）数字电路工作可靠，精度高，并且具有较强的抗干扰能力。数字信号便于长期储存，可使大量的信息资源得以妥善保存，保密性好，使用方便，通用性强。

由于数字电路具有上述特点，其发展十分迅速。但是，数字电路也有一定的局限性。与此同时，模拟电路也有其优于数字电路的一些特点。因此，实际的电子系统往往是数字电路和模拟电路的结合。