数字编码系统

在本教程中，我们将学习数字系统、如何表示模拟值、如何使用数字系统表示数字值以及二进制数介绍。

我还将讨论不同的数字电路逻辑，以及如何使用数字系统来表示模拟电压。本教程将简要介绍数字系统，个别数字系统将在单独的教程中讨论。

简介

人类最常见的交流方式是交谈。两个懂同一种语言的人通过交谈比其他任何方法都能更迅速、更有效地进行交流。

古时，海军使用信号旗、闪烁的灯光和手臂动作来进行舰船之间的通信（这被称为 "信号"，即手臂动作代码）。当没有无线电设备的飞机接近机场准备降落时，它可以从塔台上的灯炮获得信号。

数制基础

数人、数材料的思想慢慢发展起来，经过一段时间，数制在人类中占据了一席之地。因此，各种计算方法迅速得到改进和发展，并在科学和技术领域扩展出各种方法和解决方案。

最先进、最有效的方法就是利用数字系统架构发明的。计算机的诞生源于不同类型的可理解代码。

我们在日常生活中使用的普通数字系统被称为十进制，其中使用了十个基本符号，即 0、1、2、......9。

在这十位数字的帮助下，可以写出任何数字，这种十进制也被称为位值制，即数字所代表的值取决于数字在数字中的位置。

由于我们用 10 位数来表示数字，所以 10 被称为十进制的基数。例如：2410，在十进制数制中表示 2*10 + 4 = 24。

第一批电子计算机的设计非常繁琐，因为它们使用的是十进制，每个指令需要十个不同的级别。如何定义和维护这 10 个级别成了一个大问题。

因此，人们采用了简单的开-关系统，也称为二进制系统。完整的计算机系统用这种新的革命性的二进制系统取代了十进制系统。在二进制运算中，一个量要么存在，要么不存在。

这种类型的决策在逻辑电路中比较容易实现，在每个子逻辑块的输出端，电压要么存在，要么不存在。这可以称为 "基二 "系统。例如：112 在十进制数制（310）中表示 1*2 + 1 = 3。

二进制数

所有计算机系统都使用二进制数进行通信和操作，二进制数只使用数字 0 和 1。以下是这些设备的一些例子：

晶体管可以在截止或饱和状态下工作，但不能在有效区域工作。

开关可以打开或关闭。

一个语句可以被描述为 "真 "或 "假"。

BIT 是表达二进制数字的一种简单方式。它是一个信息单位，表示在两种可能性中做出选择。这里的信息有两种可能性，要么是 "0"，要么是 "1"。在这种二进制语言中，第一种（或关）状态称为 "0"，第二种（或开）状态称为 "1"。

模拟输出

电子信号代表现实。例如，温度或压力可以用 "等效 "电子信号来表示。这种表示有两种基本类型。它们是模拟和数字。也就是说，所有的电子电路和系统都可以分为两大类。即模拟系统和数字系统。

顾名思义，所有模拟系统和电路在本质上都是类比的，这意味着电路和元件之间是相互依存的。由于它们相互依存，所有元件都遵循某种负载线（即某种方程），因此输出电压是连续的，因为该电压可以有无数个值。

例如，吊扇的转速会根据风扇调节器的位置而变化。调节器旋钮旋转得越多，转速就越高，这意味着吊扇会通过降低调节器的电阻来获得更多的电压。旋钮的位置表示风扇的转速。

模拟输出表示法

模拟输出的另一个例子是一个简单的电位分压器，通常用于将直流电压降至所需电平。

这里，Vin = 直流输入电压，Vout = 直流输出电压；

输出电压为 Vout = Vin x R₂ / (R₁ + R₂)

例如，如果 Vin = 15 V 直流电压，R₁ = 10 kΩ，R₂ = 5 kΩ、

则输出电压 Vout 为 5 V 直流。

在这里，输出电压 Vout 根据电阻 R1 和 R2 上的输入电压 Vin 连续变化。因此，电位分配器的输出是模拟性质的。

数字输出表示法

数字信号是现代计算机的基础。数字电压输出电平总是 "0 "或 "1"，表示电压存在或不存在。

为了更好地理解二进制输出，可以考虑用相同的电位分配器示例来解释数字输出（0 或 1）。如图所示，一个恒定的 5V 直流输入被馈送到电位器，电位器上有一个电阻 R1 和另一个电阻 R2。

如果电阻 R₂ 为零，R₁ 的末端将出现接地电压 0 伏，电压输出将变为 0 伏，数字语言将此电压称为低电平。

 相反，如果从上述电路中消除电阻 R₂，即电阻 R₂为开路或无穷大，那么输出电压将与输入电压相同，因为没有发生任何动作，这个电压在数字语言中称为 "高"。

数字逻辑电平

电子学领域出现了许多革命性的发展，其中一些改变了历史进程。第一个固态设备是晶体管（其名称由 "转移电阻 "一词组成）。

通常，人们开始称便携式收音机为晶体管。下一次革命是 60 年代初的集成电路（IC）。集成电路进一步推动了高速计算机的发明。

集成电路是一个单一的功能模块，包含晶体管、电阻器、电容器等多种元件。

电子元件需要外部连接引线，因为它们需要输入、输出、电源电压等（例如：二极管需要两条引线，晶体管需要三条引线）。在集成电路中，操作所需的端子由外部提供。

在大多数现代逻辑系统中，逻辑 "1 "和 "0 "由电压电平表示。在数字系统中，这些逻辑电平的定义有一些可接受的规则。它们是正逻辑或有源高电平和负逻辑或有源低电平，分别为 "1 "和 "0"。

将逻辑指定转换为其他逻辑指定的最简单方法是，对所有逻辑功能进行互补。根据这些逻辑指定，设计这些逻辑电路可分为五大类。它们是

直接耦合晶体管逻辑 (DCTL)

电阻晶体管逻辑 (RTL)

电阻电容晶体管逻辑（RCTL）

二极管晶体管逻辑（DTL）

晶体管-晶体管逻辑 (TTL)

晶体管 - 晶体管逻辑 (TTL) 电平

1964 年，Taxas Instruments 推出了晶体管-晶体管逻辑 (TTL)，并广泛应用于数字设备系列。大多数集成电路制造商都提供 TTL 电路；因此，所有分销商都能轻易买到。

典型的 TTL 集成电路对输入和输出特性进行了标准化，使互换性成为可能，也便于采购。TTL 使用的标准编号系统是两个字母，后面跟 54 或 74。TTL 逻辑的基本电路是 NAND 门。

正常的 TTL 逻辑电平如下：

电源电压： 5.0 V

逻辑 0 输出电压： 0 - 0.8V

逻辑 1 输出电压： 2 - 5V

抗噪能力：0.9 - 1.9V

下表介绍了常用的逻辑系列。

二进制数概要

我们日常生活中使用的普通数字系统称为十进制，包含 0 至 9 位数字（10 位数字）。

这种系统也称为位值系统，意思是数字所代表的值取决于数字在数字中的位置。

与十进制系统不同，二进制系统只包含两个数字，即 0 和 1，这两个数字被称为 BIT。

电子电路和计算机系统中有两大类系统。它们被称为模拟系统和数字系统。

模拟系统是输出信号连续变化的系统。在数字系统中，输出信号只有两个电平。它们是高电平和低电平。