模擬信號與數字信號

　　例題1.1.1設周期性數字波形的高電平持續6ms，低電平持續10ms
，求占空比q？

解：根據給定的高電平持續時間有t_w= 6ms，而高電平與低電平持續時間之和即為周期T

　　所以有 Ｔ＝6ms＋10ms＝16ms

　　

　　到目前為止，我們所討論的數字波形都是理想波形，然而實際的數字系統中，數字波形的升降都要經歷一段時間，也就是說波形存在上升時間t_r和下降時間t_f 。
　　上升時間t_r的定義是：從脈沖幅值的10%到90%所經歷的時間；下降時間t_f的定義剛好相反：從脈沖幅值的90%到10%所經歷的時間。t_r和t_f的典型值約為幾個納秒（ns），視不同類型的器件和電路而異。
　　脈沖寬度的定義是脈沖幅值為50%時前后兩個時間點所跨越的時間。非理想脈沖如圖1.1.6所示：

　　例題1.1.2 試繪出一脈沖波形，設它的占空比為50%，脈沖寬度 t_w＝100ns，上升時間t_r＝10ns，下降時間t_f＝20ns。

解：根據題意，可繪出脈沖波形如下：

圖1.1.7 例1.1.2的波形圖

　　一般情況下波形的上升或下降時間均要比高電平或低電平的持續時間要小很多，畫波形的目的主要是為了了解高、低電平所經歷的時間。因此在理想波形中就只有高、低電平，而忽略了上升和下降時間
。本課程中所用的數字波形將采用理想波形。
　　當然，實際中碰到的波形，不管從示波器上來看，其上升沿和下降沿是多么的直，t_r和t_f都不可能為零，只是在數字電路中，只需關注邏輯電平的高低，因此在畫波形時只需畫出高低電平所經歷的時間即可，無需畫出上升沿和下降沿。

(a)

(b)

圖1.1.8 用邏輯1和0表示的二值位行圖
(a) 對稱方波 (b) 二值數據

　　上圖為一個二值位形圖，其中１或１占用的最小時間稱為位時間
，也就是１位數據所占用的時間。我們將每秒鐘所傳輸的位數稱為數據率或比特率。
　　例題1.1.3 某通信系統每秒中傳輸1.544兆位數據，求每位數據的時間。

解：根據題意，只需將1.544M倒數，即可求得每位數據的時間為：

　　舉例來說，象圖1.1.8b中看到的22位的二值位形圖，如果每一位數據所占用的時間是648ns，則22位共占用14256ns，也就是14.256微秒，而其數據率就是1.544兆。
　　在設計數字集成電路時，有時為了分析各種信號之間的邏輯關系
，需要將多個數字波形按時間排列在一起，用來表明相互間的時間關系，我們將這樣一種關系圖稱為時序圖（Timing diagram）。
　　時序圖中的每一個波形都被稱為時間信號。時序圖被廣泛運用在設計數字集成電路中，在設計存儲器、微處理機等數字應用電路時均須附有時序圖，以便數字系統的分析、應用和設計。
　　圖1.1.9就是一個時序圖的例子：

圖1.1.9 數字時序圖

　　圖中CP為時鐘脈沖信號，用作系統中的時間參考信號，一般由石英晶體振蕩器來產生，如圖所示波形為對稱方波。關于圖中各個波形的具體作用，將在以后的課程加以介紹

3.模擬量的數字表示

　　為便于存儲、分析和傳輸，常常需要將模擬信號轉換為數字信號
。
　　在數字電路中用數字0、1的編碼來表示一個模擬量，這里的編碼所指的是數字0、1的字符串，圖1.1.3和圖1.1.8所示的數字波形即是這種編碼的圖形。這樣一種編碼實際上就是二進制編碼。
　　下面通過圖1.1.10的圖示來了解用數字表示模擬信號的過程：

　　取其中Ａ、Ｂ、Ｃ３個取樣點。以Ｂ點為例，該點的模擬電壓為3V，將其送入一個模數轉換器后可得到以數字０、１表示的數字電壓
，如圖1.1.10b所示。同樣地也可以得到Ａ、Ｃ點的數字編碼。
　　當信號的取樣點數足夠多時，原信號就可以被較真實地復制下來
。
　　當然，必要的話還可以通過數模轉換器將已經數字化的信號還原成模擬信號。