什么是"模拟"和"数字"

在自然界中,象声音、温度、光等信息是以连续的值进行变化的。这种连续值就称作"模拟"。而在计算机的世界里，信息是以一段一段的离散值表示的。这种离散值就称作"数字"。

比方说模拟和数字就相当于实数与整数的关系。实数可以表示直线上的每一个点，就象是模拟，而整数只能表示直线上的特定点，就象是数字。

于是，我们把处理连续信息的 —— 模拟信号的电路称作"模拟电路"，把处理离散信息 —— 数字信号的电路称作"数字电路"。

图1：模拟与数字的不同为了将自然界的模拟信息输入到象计算机那样的数字电路，需要将信息数字化（模拟信号→数字信号）。进行"模拟信号→数字信号"转换的是A/D转换器，A/D转换器按时间有规律地读取（采样）输入信号，并将其转换成用"0"和"1"表现的数值（2进制）。为了将连续值（模拟信号）转换为离散值（数字信号），要对模拟信号进行"舍去"和"进位"处理。这种处理造成信息缺失,而产生了误差。而为了减少误差，就需要缩短转换间隔和增加转换时的位数。那么，"把模拟信号数字化"的好处在哪里呢？它的好处就在于，数字信号有较强的抗噪音能力，不容易被破坏，计算机处理起来比较容易。现在，随着微处理器性能的不断提高，已经可以高速、大量地处理数字信息。由于在信号传输和再现的过程中都不会造成信号质量下降，从而使数字电路得到了十分广泛的应用。

强大的"2进制"

数字信号表现数值的方法之一是"2进制"。2进制是以"0"和"1"表现数值的，各位数都是2的阶乘。比如，4位2进制可以表现的整数是从0到15的值（ 表1）。更大的数值就要通过增加位数来表现了。

表1：10进制的2进制换算

最初在数字信号中使用2进制的原因是因为电路的"开"和"关"可以很方便地用"1"和"0"来表示。并且，开（"1"）和关（"0"）在实际的 IC中分别用"H"和"L" 表现高电压状态和低电压状态。在一般的CMOS IC中，当电源电压为5V时，L表现为1.35V以下，H表现为3.15以上。像这样用"0" 和"1"表示一定的电压范围，就可以形成在一定范围噪音下，不会发生误操作的牢固电路结构。数字电路抗噪音强的理由，大家明白了吗？没错，是因为用了2进制来表现数值。

什么是逻辑电路

数字电路进行逻辑运算，也被称为逻辑电路。逻辑电路的基本要素只有AND电路、OR电路和NOT电路这三种，通过这三种电路的不同组合可以做出具有各种功能的电路。逻辑电路使用逻辑表达式和电路符号（这里使用MIL符号，TOPPOWER(南京拓微TP)电池/电源管理芯片/锂电保护芯片 其他还有JIS符号）进行表示。另外，我们把逻辑电路的输入信号和输出信号的一览表称为真值表。下面我们对3种基本逻辑电路进行说明。

1.

AND电路

AND电路也被称为“ 逻辑与”，只有当两个输入同时为1时，才会输出1。逻辑表达式用“・”表示，例：Y=A・B。

电路符号

真值表

让我们仔细看一看AND电路的工作方式。如果用开关和LED来表现 AND电路的话，就是如下图2所示的串联电路。

开关A（SW A）的“开”和“关”表示输入A的“1”和“0”

开关B（SW B）的“开”和“关”表示输入B的“1”和“ 0”

LED Y的亮起和熄灭以输出Y的“1”和“0”表示

图2：AND电路的运作方式

该AND电路的工作方式如下：

开关A和开关B都为“开”时，LED Y点亮

开关A或B只有一个为“开”，另一个为“关”时，LED Y熄灭

开关A和开关B都为“关”时，LED Y熄灭

基本逻辑电路也称作门（gate）电路，可以通过单个输入来固定输出（关闭门），或反映输出（打开门）。AND电路的门电路的工作情况可以用图2的电路图进行说明 —— A或B的开关之一固定为“关”，LED保持熄灭，也就是说输出固定为“关”（关闭门）；相反，A或B的开关之一固定为“开”，未固定的另一个输入能够直接反映输出（打开门）。

2.

OR电路

OR电路也被称为“逻辑或”，只要有任何一个输入为1，或者都为1的情况下，都会输出1。逻辑表达式用“＋”表示，例：Y=A＋B。

电路符号

真值表如果用开关和LED来表现OR电路的工作方式的话，就是如下图3所示的并联电路。由于是并联电路，因此开关A（SW A）或开关B（SW B）中任意一个为“开”，或两者均为“开”时，LED Y就点亮。

图3：OR电路的运作方式

OR电路的门功能与 AND电路的工作方式正好相反 —— A和B的开关之一固定为“开”时，LED保持点亮，也就是说输出固定为“开”（关闭门）；相反，A和B的开关之一固定为 “关”，未固定的另一个输入能够直接反映输出（打开门）。

3.

NOT电路

NOT电路也被称作变频或反向电路，具有将输入反向输出的功能。是输入为1时输出0，输入0时输出1的电路。逻辑表达式用“¯”表示 （例）Y=。 

电路符号

真值表

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