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【专题1:电子工程师 之 软件】 之 【14.模拟信号和数字信号的区别】

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模拟信号是渐变的,斜率比较缓,研究的是信号的整个过程。
譬如下图所示的正弦波。即使你把横坐标无限放大,波形还是连续的。

【专题1:电子工程师 之 软件】 之 【14.模拟信号和数字信号的区别】

数字信号是突变的,突变也仅仅是因为斜率比较陡,也就是突变的时间非常短,短到忽略不计,研究的仅仅是两个状态。

【专题1:电子工程师 之 软件】 之 【14.模拟信号和数字信号的区别】

数字信号和模拟信号研究的本质是斜率。如果波形越陡,也就是斜率越大,那么上升到一定幅值所用的时间就越短,如果这个时间短得可以忽略,那就可以认为该信号是一个数字信号,否则就是一个模拟信号。

数字电路里面的信号一般是方波,由于方波的斜率很陡,所以可以认为方波只有低电平和高电平。但如果把方波信号的横坐标(时间)放大,会发现方波从低电平到高电平之间也是有一段时间的,信号也是一个渐变的过程,类似于一个梯形波。

世界上没有绝对的数字信号,数字信号也仅仅是因为斜率非常陡而已。陡到可以将上升或下降过程忽略不计,不会对系统产生什么影响。数字信号是一种特殊的模拟信号

斜率越高,从低电平到高电平的时间就越短,也就是信号的周期越短。单片机的汇编语句是单周期执行的,也就是一个周期执行一条汇编语句,如果频率越高,相同时间内能处理的汇编语句就越多,单片机执行的速度就越快。

把信号的幅值降低,信号从低电平到高电平的时间也会变短,信号的频率也就变高了。在单片机领域,我们希望信号的频率越高越好,频率越高,意味着单片机处理速度就越快。

通过斜率提高频率在技术上比较难(这取决于半导体工艺),所以一般的做法是降低单片机的工作电压,从原来的5V降到现在普遍使用的3.3V,芯片内部有的还会使用1.8V。电压如果太低,信号就会衰减得厉害,所以也不是越低越好。

从功耗的角度出发:单片机是半导体器件,介于绝缘体和导体之间,也是有电阻的,如果单片机的工作电压越大,其工作电流也就越大,所以功耗也就越大,我们当然希望器件的功耗越低越好。

总结:单片机的工作电压越来越低,信号的斜率也越来越陡。斜率影响信号频率,频率影响cpu处理速度。同时也影响电路的带宽(整个系统最大的频率 - 系统最小频率(最小频率一般指基波的频率(譬如晶振产生的基波,我们可以对基波进行倍频)))。电压越低功耗也就越低。

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