测控技术与仪器专业英语 习题答案 作者 张凤登 unit-10-数字系统-参考译文及练习答案

·44· UNIT 10 数字电子系统数字电子系统 参考译文参考译文: 10.1 二进制编码系统二进制编码系统 一般而言，大多数工业设备是由包含某种类型数字信息的信号来控制的。因此，特定的 编码元素变得很重要，这些元素通常被描述为数字。例如，十进制系统有 10 个元素或数字， 在计数过程中， 这些元素被反复使用。 任何在其运行中利用数字信号的设备被列为数字系统。 计算机、袖珍计算器、数字显示仪器、数控（NC）设备和计时设备是数字系统的普通工业 应用。 目前最常用的编码系统是十进制系统，这个编码系统通过 10 个数字来实现计数，它们 是：0、1、2、3、4、5、6、7、8 和 9。一个编码系统的独立数字个数通常被称为基数。因 此，十进制系统的基数为 10。在十进制系统中，如果我们需要表示一个大于 9（最大数字） 的数，就要增加数字列。每列的单位值等于基数（即系统中的独立数字个数）乘前一列的单 位值。换言之， “1346”即代表十进制里 1×103+3×102+4×101+6×100。 在电子电路里，采用二进制更方便，它只有两个数字（0 和 1） ，基数为 2。如果有规定 电压存在，我们就说有一个“1” 。如果没有电压，我们就说有一个“0” 。没有中间数值。 也可以颠倒过来，电压存在可称为“0” ，而无电压则代表“1” 。这可以称为负逻辑。 其实两者没有什么差别，不过有时用负逻辑来考虑问题在概念上更方便。 由于在二进制里没有大于 1 的数字，任何大于 1 的数，显然就需要有多于一列的数字 来表示。 这些列的数值就像十进制那样增加， 不过每一个新列的单位值等于 2 乘以前一列的 单位值。第一列乘 20（即 1） ，第二列乘 21（即 2） ，第三列乘 22（即 4） ，第四列乘 23（即 8） ， 以此类推。 例如，二进制数 1101 在十进制里为 1×23+1×22+0×21+1×20， 或 13。表 10-1 是二进制与十进制计数的对比。 在二进制里，每一个位置只能具有两个数值：0 和 1。这些 位置称为比特，这是 binary digit （二进数字）的缩写（注：即 由 binary 的“bi”与 digit 的“t”组合而成） 。请仔细查看，二 进计数的顺序。它和十进计数十分相似。从 0 开始，第二个数 字是 1。假定右边比特为二进制的最高值 1，按顺序的第二个数 要求将 1 加在第 2 列比特上，并把第一列比特置于 0。这和十进 制从 9 计数到 10 时相类似。在这种情况下是把 1 加到十位列， 并把个位列置于 0。 继续进行二进顺序直至达十进数 15D（1111B） 为止，这是 4 位比特所能表示的最大数。 二进数在所有数字系统中应用得如此广泛，这是因为电子 工程所要的正是这种二进数。1 可用一个处于饱和状态的晶体 管、一个接通的电灯、一个通电的继电器、或一个朝特定方向磁化的磁铁来代表。0 可用一 个处于截止状态的晶体管、一个断开的电灯、一个未通电的继电器、或一个在相反方向磁化 的磁铁来代表。在上面的每种情况下，器件只能显示两个数值。 10.2 基本基本二进制逻辑函数二进制逻辑函数 为使数字系统可用， 需要对系统的运行状态或条件做出精确的定义。 在实际电路设计应 用中，二进制信号远远优于八进制、十进制和十六进制系统的信号。在实践中，二进制信号 Table 10-1 Binary numbers Binary 0 0 0 0 Decimal 0 0 0 0 11 0 0 1 02 0 0 1 13 0 1 0 04 0 1 0 15 0 1 1 06 0 1 1 17 1 0 0 08 1 0 0 19 1 0 1 010 1 0 1 111 1 1 0 012 1 1 0 113 1 1 1 014 1 1 1 115 ·45· 很容易用两个稳定的运行状态（定义为 1 或 0）表示，便于通过电子电路进行处理。 任何可由外部信号置于两种运行状态或条件之一的器件是双稳态的（bistable） 。目前， 实现这种操作的常用器件包括开关、继电器、晶体管、二极管、集成电路等。利用一定数量 的这类器件，可以构建根据外加输入信号做决策的电子电路。因此，这种电路的输出是基于 输入运行状态的决策。 任何用于根据双态输入条件做出一系列决策的双稳电路称为二进制逻辑电路。 已经开发 出来的、能够做出简单逻辑决策的基本电路有三个：AND 电路、OR 电路和 NOT 电路。每 个电路的逻辑决策是独特的，在数字系统运行中起着非常重要的作用。 设计用来执行特定的逻辑功能的电子电路通常被称为门（gate） 。这个术语是指一个电 路通过或阻止特定数字信号的能力。简单的 if-then（如果-那么）型语句常被用来描述逻辑 门的基本操作。例如，如果施加到 AND 门的输入都为 1，那么输出将是 1。 数字系统的基本操作是直接以门的应用为基础的。因此，使用数字系统的技术人员，必 须非常熟悉每个基本门功能。 1. 与门与门 与门有两个或多个输入端和一个输出端，与门的逻辑功能取决于它的输入状态，如两 个或全部输入端开启，输出也开启，数学上，它被描述为乘积函数。一乘以一等于一，零乘 以一、一乘以零、以及零乘以零都等于零。 图 10-2(a)为一个简单的开关-灯 AND（与）逻辑电路为一个简单的开关-灯与逻辑电路。 开关完成输入功能，灯作为输出响应。每个开关有两个状态，一个包括两个输入的电路可能 有 2×2 等于 4 种输入组合， 结果输出信号会产生于每个输入组合， 与门运算表见图 10-2(b)， 它的逻辑符号见(c)。运算表通常称为真值表。 W 开关-灯与门电路的输入组合是 00、01、10 和 11。它们依次对应于二进制数的 0、1、2 和 3。注意，只有当输入全为 1 时，输出才为 1。这可用 A·B=C 来表示。 2. 或门或门 或门设计成二个或多个输入端和一个输出端，两个控制输入端产生 2×2=4 种可能的输 入组合，每种输入组合产生一个相应的输出。图 10-3 为或门的简单灯-开关电路类比、它的 真值表和逻辑符号。 从功能上讲，当两个输入，A 端或 B 端为 1，或 A、B 两端同时为 1 时，或门的输出为 1。数学上可用 A+B=C 表示。它称为或和。或门主要用于判断输入端是否出现 1。汽车的前 灯和内部照明灯由或电路控制。 各个门开关和仪表面板开关都用于完成这个控制。 每个开关 作为输入装置，而灯作为相应的输出。 ·46· W 3. 非门非门 非功能不同于其它门功能。非门具有一个输入端和一个输出端。输入和输出端都有两 种状态或两种工作条件。非门的输出和它的输入状态相反。例如，输入为 1，产生的输出为 0。事实上，这种门具有改变或转换极性的功能。 图 10-4 为一个简单的开关控制型 NOT 门，及其真值表和逻辑符号。当开关开启，灯点 亮。同样地，合上开关，则灯短路。非门常用于对逻辑信号求反。 W 数学上， 非门是对数字求反或求补， 可表示成 A 输入使输出为非 A。 用方程表示为 =B。 当用于逻辑组合时，NOT 函数的用途相当明显。 10.3 触发器触发器 触发器常用来产生信号、 波形和进行分频。 除了这些功能外， 触发器还被用作存储器件。 这种能力， 使它即使在输入完全消失时， 仍然保持一个输出状态。 当适当的输入信号出现时， 它又能改变输出。 QQ 复位-设定或 RS 触发器，见图 10-5 是一种典型的数字系统控制器件，该触发器的逻辑 图、ANS（美国国家标准）符号和真值表见图。注意，这个器件的真值表比简单的逻辑门复 杂，例如，它必须先标明输入脉冲出现以前的不同状态，然后再标明输入信号到达以后的变 ·47· 化情况。注意，其中两种工作条件会产生一种不可预测的输出。在这种状态下工作，首先到 达的脉冲产生的输出纯属巧合。 在许多数字系统应用中，触发器应和其它工作电路一起在特定的时间进行设定和清除。 这类操作可由同步时钟脉冲完成。这时，为了改变状态，适当的 RS 输入和时钟脉冲必须同 时出现。这类器件称为带触发端的 RS 触发器，或简称为 RST 触发器。 RST 的真值表和图 10-5 中 RS 触发器的真值表大体相同。 当时钟脉冲到达 T 输入端时， 它会产生状态的变化。为完成这项工作，在设定（set）和复位（reset）输入端简单地增加了 双输入端“与”门。图 10-6 表明了这种改进，以及相应的 RST 触发器 ANS 逻辑符号和真 值表。 QQ 另一种重要的触发器是广泛应用于数字系统的 JK 触发器，这种器件不同寻常之处在于 它没有不可预测的输出状态。在 J 输入端输入 1 可设定触发器，在 K 输入端送入 1，可对触 发器清零。在 J、K 端同时输入 1，可使输出状态改变或翻转。在两个输入端同时置零，状 态保持不变。JK 触发器的输入直接由时钟脉冲装置控制。 QQ 图 10-7 是 JK 触发器的逻辑图、ANS 符号和真值表。注意，这种器件不存在不可预测 的输出状态，目前已采用一些改进型的 JK 触发器，这些改进包括增加用于在确定时刻建立 顺序操作的预置、预清输入端。触发器是广泛使用于计数操作、暂存和顺序切换操作的基本 逻辑元件。 练习答案练习答案: 1. Answer the following questions. (1) If we need to represent a number larger than 9, additional columns of digits will be needed. (2) We multiply the base and the unit value of the previous column. (3) The binary system is more convenient. ·48· (4) We need more than one column of digits. (5) In the binary system, a columns unit value is the number 2 times its predecessor. (6) Each position can take on two values. They are 0 or 1. (7) 15. (8) 1 can be represented by a saturated transistor, a light turned on, a relay energized. 0 can be represented by cut-off transistor, a turned off light, a de-energized relay. (9) This binary number 1011011 consists of 1×26+0×25+1×24+1×23+0×22+1×21+1×20, or 91 in decimal. (10) The two operational states of an electronic device can be considered as natural conditions. These conditions can be used to represent binary digits: 1 and 0. 2. Write the definitions of the following things. (1) A digital system is a device that employs a numerical signal in its operation. (2) A base (or radix) is the number of discrete digits that are used repeatedly in a numberi