第1章 数制与编码

本章介绍脉冲信号和数字信号的特点、数制及其转换、二-十进制编码和字符编码。

1.1 概述

1.1.1 模拟电子技术和数字电子技术

电子技术可以分为模拟电子技术和数字电子技术。模拟电子技术是分析和处理模拟信号的技术。模拟信号具有在数值上和时间上都连续的特点。正弦波是模拟信号的典型代表。在模拟电路中，使用的主要器件是晶体管，而且控制晶体管工作在线性区（即放大区），构成信号的放大和正弦振荡电路。

数字电子技术是分析和处理数字信号的技术。数字信号具有在数值上和时间上都不连续的特点。矩形波是数字信号的典型代表。在数字电路中，使用的主要器件也是晶体管，但控制晶体管工作在非线性区（即截止区和饱和区），构成信号的开关电路。

1.1.2 脉冲信号和数字信号

从狭义上讲，脉冲信号是指在短时间内突然作用的信号，如图1.1（a）所示。从广义上讲，除了正弦波或若干个正弦波合成的信号以外的信号都可以称为脉冲信号，例如，矩形波（参见图1.1（b））、锯齿波（参见图1.1（c））、三角波（参见图1.1（d））、尖峰波（参见图1.1（e））、钟形波（参见图1.1（f））等。由图1.1可见，脉冲波形是不连续的，但一般都有周期性。

图1.1 各种脉冲信号波形

数字信号是指由高、低两种电平构成的矩形波，通常用“1”表示高电平，用“0”表示低电平。把矩形波按周期划分，就可以得到由0和1构成的符号组合，如图1.2所示。图中的符号组合是“110100011”，它可以代表二进制数字，所以把矩形波称为数字信号。数字信号也是一种脉冲信号，因此一些教材取名为“脉冲与数字电路”。

图1.2 数字信号波形

1.1.3 数字电路的特点

数字电路有以下主要特点：

① 数字电路只有“与”“或”“非”三种基本电路，这些电路对元件的精度要求不高，允许有较大的误差，只要在工作时能可靠地区分高、低两种电平状态就可以了，因此电路简单，而且容易实现。

② 数字电路容易实现集成化，数字集成电路具有体积小、功耗低、可靠性高等特点。

③ 数字电路用0 和1 两种状态来表示信息，便于信息的存储、传输和处理。因此，许多现代技术都向着数字技术发展，如数字电话、数字电视等。

④ 数字电路能够对输入的数字信号进行各种算术运算和逻辑运算。所谓逻辑运算，就是按照人们设计好的规则，进行逻辑推理和逻辑判断，得出相应的输出结果。因此，数字电路具有逻辑思维能力，它是计算机以及智能控制电路的基本电路。

由于具有这些显著的特点，数字电路已广泛地应用在计算机、数字通信、智能仪器仪表、自动控制、汽车电子、家用电器、航天航空等领域中。