Knowledge is power——Digital Electronics

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"知识"在英文中通常被翻译为 “knowledge”。
这个词用来表示通过学习、经验或信息获取而得到的事实、信息、理解或技能。
“Knowledge is power.”（知识就是力量。）
作者是一个热爱电子的小白，没有系统的学习相关的知识，纯粹是因为喜欢电子，那么从本文开始和作者一起学习电子的知识吧，遨游在知识的海洋！！！

一、什么是数电（Digital Electronics）？

文章顺序参考数字电子技术基础（第六版）
数字电子技术（数电）是一门研究数字信号和数字电路的学科。它主要涉及数字信号的产生、处理、传输和存储，以及数字电路的设计和应用。以下是对数字电子技术的具体介绍：

• 基本概念：数电主要研究数字信号和数字电路。数字信号指的是在时间和数值上都是离散的信号，通常用0和1来表示。数字电路则是处理这些数字信号的电路系统，包括门电路、触发器、组合逻辑电路和时序逻辑电路等。

• 课程内容：数电的课程内容广泛，涵盖了逻辑代数基础、半导体与门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形、存储器与可编程逻辑器件、接口电路等方面。

• 应用领域：数电的应用非常广泛，从计算机硬件设计到通信系统，从消费电子产品到工业自动化设备，都离不开数字电子技术的支持。随着信息技术的发展，数电已经成为现代电子设备中不可或缺的一部分。

总的来说，数电作为电子技术的一个重要分支，对于理解现代电子设备的工作原理至关重要。通过学习数电，人们可以掌握设计和分析数字电路的能力，为进一步从事电子工程或相关领域的工作打下坚实的基础。

在正式开始前我想你对数电与模电还是有模糊的认识，下面我们简单区分一下。模电（模拟电子技术）与数电（数字电子技术）是电子技术领域中的两大分支，它们在工作原理、信号处理以及应用领域等方面存在区别。以下是具体分析：

工作原理

• 模电：模电处理的是连续变化的电压和电流信号，如声音、光线强度、温度等。这些信号在时间和幅度上都是连续的。

• 数电：数电处理的是离散的数字信号，通常用0和1来表示。数字电路利用逻辑元件（如与门、或门、非门等）对二进制信号进行处理和控制。
  信号处理

• 模电：模电的信号处理包括放大、滤波、调节和传输等操作。由于模拟信号的连续性，模电在处理过程中容易受到噪声和干扰的影响。

• 数电：数电的信号处理主要是逻辑运算和算术运算，如与、或、非、加、减等。数字信号的抗干扰能力较强，因为其只有高低两种状态。
  应用领域

• 模电：模电广泛应用于需要处理连续信号的领域，如音频设备、通信系统、传感器信号处理、电源管理等。

• 数电：数电主要用于计算机硬件、数字通信、自动控制系统、数据处理等领域。现代电子设备中，数电的应用越来越广泛。
  学习难度

• 模电：模电的学习涉及较多的理论知识和实践经验，包括电路分析、元器件特性、信号处理等。模电的设计需要考虑电磁兼容性和环境因素，相对复杂。

• 数电：数电的学习相对直观，主要涉及逻辑设计和数字系统的构建。随着集成电路技术的发展，数电的设计和实现变得更加便捷。

入门数电

数字电子技术的优点主要体现在稳定性强、可编程性高以及抗干扰性强等方面。以下是对数字电子技术优点的详细分析：

• 稳定性强：数字信号由栅极电路组成，与模拟信号相比，从一开始就严格限制了信号的形式，因此传输过程中的安全性高、稳定性高、抗干扰能力强。

• 可编程性高：数字电子技术可以通过编程实现不同的功能，因为它可以通过逻辑门、触发器等基本逻辑元件组合成复杂的电路。

• 抗干扰性强：由于数字信号的离散性，数字电子技术对于外界干扰的抗干扰能力更强，能够保证信息的可靠传输和处理。

• 多功能性：数字电子技术可以实现多种功能，例如通信、计算、控制等。它能够适应不同的需求，并能够灵活地进行扩展和升级。

• 精度高：与模拟信号相比，数字信号具有更高的精度。模拟信号由连续的信号波组成，其稳定性非常低，而各种数字信号具有较强的抗干扰性能，这也使得数字信号误差非常小。

• 结构简单：数字电路的结构相对简单，便于制造和集成。这使得数字电子技术在现代电子设备中得到了广泛的应用。

二、数制和码制

1.二进制（B；Bina-ry）
在二进制数中，每一位仅有0和1两个数码，所以计数基数为2。低位和相邻高位间的进位关系是“逢二进一”，故称二进制。
这里演示由二进制转换成十进制的步骤方法。

二进制的表示方法：
（整数）0111 = 0x
（分数）1011.101=
二进制转换成是十进制的方法：

2.十进制（D；Decimal）
在十进制数中，每一位有0~9个数码，所以计数基数是10。其低位和相邻高位间的进位关系是“逢十进一”，故称十进制。

220.52=

3.八进制（O）
在八进制数制中，每一位有0~7，八个不同的数码，所以计数基数是8。其低位和相邻高位间的进位关系是“逢八进一”，故称八进制。

57.62=

4.十六进制（H）
在十六进制数制中，每一位有十六个不同的数码，分别用于0~9、A（10）、B（11）、C（12）、D（13）、E（14）、F（15）表示。

2A.8E

进制对照表

反码、补码和补码运算

常用的几种编码

格雷码

ASCII 码

下图来自电影火星救援的截图，其使用美国信息交换标准代码与16进制的转换表大大节省了通信复杂度。
这里解读一下书本中的读取顺序，因为作者在看到这个图的时候曾经也疑惑了一段时间，

控制码含义

三、逻辑代数基础

逻辑代数是一种用于描述和分析客观事物逻辑关系的数学方法，也被称为布尔代数。以下是对逻辑代数的详细阐述：

1. 基本定义与历史背景：逻辑代数是由英国科学家乔治·布尔于19世纪中叶提出，因此又称为布尔代数。它是用代数的方法研究逻辑问题的数学分支，主要涉及的是逻辑变量之间的运算关系。在逻辑代数中，变量的值只有两种：真或假（即1和0），分别代表不同的状态。

2. 基本概念与运算规则：参与逻辑运算的变量称为逻辑变量，通常用字母A、B等表示。每个变量的取值非0即1，这里的0和1不表示数值的大小，而是代表两种不同的逻辑状态。逻辑代数的基本运算包括与（AND）、或（OR）、非（NOT）三种。这些运算遵循特定的规则，如交换律、结合律、分配律等，这些规则确保了逻辑运算的正确性和一致性。

3. 逻辑函数与表达式：逻辑函数是由逻辑变量通过与、或、非三种基本运算组合而成的代数式。对于逻辑变量的任何一组取值，逻辑函数都有唯一的值与之对应。逻辑函数可以用表格（真值表）和图形（卡诺图）的形式来表示，这有助于理解和化简逻辑函数。

逻辑代数中的三种基本运算

与（AND）

或（OR）

非（NOT）

与非

或非

与或非

异或

四、门电路

五、组合逻辑电路

六、半导体储存电路

七、时序逻辑电路

八、脉冲波形的产生和整形电路

九、数 - 模 和 模- 数 转换

十、附件——文字符号及其说明

一、电压符号

二、电流符号

三、功率符号

四、脉冲参数符号

五、电容、电阻符号

六、器件及参数符号

七、其他符号