數字電子技術與數字信號處理

【摘 要】隨著科學技術的發展，科學技術的迅猛進步，如今人類進入了數字時代，究竟人類是怎么樣利用簡單的數字，來造就這個全新的時代？本文就將會從數字電子技術和數字信號處理的知識層面來介紹數字技術。

【關鍵詞】數字電子技術；數字信號處理；邏輯電路

計算能力可以說是人類最重要的能力之一，因為計算能力的需求增強，意味著貿易更加繁榮，人口更加密集，需求也愈發地多，人類最早的一次計算能力的提升是算盤的發明。這是人類利用工具來計算的開始，也是人類計算史上的一次飛躍。而后的很長時間，計算能力一直停留在算盤的層面，直至17世紀，德國數學家查爾斯·巴蓓奇通過大量對于計算的研究，發現通常的計算設備錯誤百出，于是他開發了自己的一套計算系統，設計出了差分機，差分機雖然只能計算一部分專門的數據，但是其中含有的系統則為以后的計算機的產生提供了思想基礎，可以被認為是近代計算機的一個雛形，查爾斯·巴蓓奇也因為他對計算機的產生做出的貢獻被認為是“計算機之父”。他設計的理論十分超前，特別是利用卡片輸入程序和數據的設計被后人采用。而計算機技術的衍生，使得一個制表機公司悄悄崛起，學習了查爾斯·巴蓓奇的技術，發明了穿孔片計算機，成為了如今的IBM王國，在美國的一次人口普查，原本利用原始的人口普查需要10年的時間，此時IBM大顯神威；僅僅利用六個月就完成，大發其財，迅速膨脹。而第二次世界大戰的爆發，終于催生了計算機的誕生。因為在戰爭中需要精確打擊對手，發射導彈時就需要知道導彈的飛行時間和落點，其中的計算十分復雜，人工難以實現，亟待一個計算機器的產生幫助計算。于是1946年，第一臺真正意義上的計算機產生了，被命名為艾尼阿克，是電子管計算機，被認為是第一代計算機。而后計算機經過了電子管數字計算機，晶體管數字計算機，集成電路數字計算機，大規模集成電路計算機的四個過程，計算機技術逐漸成熟。后來計算機經過了兩次的進一步改革，主要是體型大幅度縮小，逐漸進入了企業，家庭的視野，成本也不斷降低。在接下來的幾十年里，計算機逐漸成了一個集業務，生活，娛樂等多功能于一體的機器，建立了全球服務器系統，使用計算機可以獲得許多生活中得不到的資源，充分發揮客戶端PC的處理能力，很多工作可以在客戶端處理后再提交給服務器，大大減輕了服務器的壓力，進入了Internet時代，整個世界就像一張網一樣互通有無，其中數字電子技術就是起主體作用的技術之一。

數字電子技術從17世紀發展到今天，理論體系得到逐步的完善，走入了大學校園，成為了一門重要的課程。在電路中，有兩種不同的信號進行著信息傳遞，一種是模擬信號，他是通過電路中的電學指標來傳遞信號的，是連續變化的，處理這種信號的電路稱為模擬電路。而另一種則是通過不連續變化的脈沖信號來作用的，處理數字信號的電路稱為數字電路。

數字電路主要是研究脈沖信號的產生、變換、控制和對數字進行邏輯運算等，因此數字電路又稱為邏輯電路。數字電子技術則是一門主要研究各種邏輯門電路，集成器件的功能及其應用，邏輯門電路組合和時序電路的分析和設計，集成芯片各腳功能，555定時器等。在最開始的時代，模擬電路更占據主要位置，而隨著科技的發展，數字電路的優越性愈發地明顯，它的信號處理能力更加強大，我們可以將模擬電路轉換成數字信號，而后利用數字電路進行信號處理，最后在轉換成模擬信號輸出，提高了工作效率與工作質量，數字電子技術則為這種方法提供了理論依據與可行性。

首先，模擬電路是使用電信號的變化傳遞信息的，而電路中各個元件的屬性如電阻，電流，電壓容易受到外界條件的影響，如溫度變化，濕度變化等因素，而且模擬電路的參數修改較為困難，而相比于模擬電路，數字電路采用的是二進制，通過邏輯門電路來處理信號，這樣的處理方式首先外界環境變化對電路影響很小，不會因為某些因素輕微變化導致電路邏輯反轉，并且邏輯電路參數修改簡單了很多，便于控制，穩定性和靈活性兼備。邏輯門電路有很多種，但就如同每個理論體系一樣，邏輯門電路也是有最基本的幾個邏輯組成的，其中就包括與門，或門，非門。與門表示如果事件Y發生，則需要其發生的多個條件同時滿足；或門表示如果事件Y發生，則需要其發生的多個條件只要一個或多個條件發生即可；非門表示如果決定事件Y發生的條件A滿足時，Y不能發生，當A滿足時，Y反而能發生。這三種基本的門電路通過組合還能形成與或門，與非門，或非門等，進而形成復雜的邏輯函數，這一切的邏輯處理就需要計算機或者專用機器進行處理。數字信號處理就是利用這些邏輯電路，采集信號，對其以數據的形式進行一系列的處理，得到易于使用，讀取，轉換的信號形式。數字信號處理主要應用多元化的數學手法，以網絡，信號，通信等理論為依歸進行處理信號。數字信號處理技術的具體操作方式是先經過信息的獲取或者數據的采集，轉換成原始信號，原始信號如果是連續信號，則需經過抽樣過程成為不連續信號，進而進行轉換，如果是不連續信號則可以直接轉換，最終得到二進制數碼，輸入邏輯電路。

21世紀是信息時代，是高科技的時代，所以數字信號處理技術在很多領域都要得到應用。在通信領域，信號是最主要的研究對象，所以數字信號處理技術是核心的手法之一，現在的電子設備，通訊設施逐漸向無線化發展，整個世界形成一個無線系統，數字信號顯得極為重要，數據加密，可視電話等進步科技的實現都需要數字信號處理技術的支持。在圖形圖像領域，數字處理技術可以很好地把圖像，音頻，視頻等具體形式轉換，而現如今已經廣泛地應用在科學研究以及其他各行各業中，比如粒子的運動軌跡，衛星遙感圖像的處理，巖石的勘測，生物細胞細微結構的擴放，這些技術也在迅猛發展，不斷完善。尤其在生物學方面，數字信號處理技術居功至偉，因為人與動物的身體就是一個巨大的信息系統，通過各種器官，組織，細胞，傳遞信息，進行生命系統的微調，而神經系統作為調節的中樞，信息傳遞更加尤為重要，數字信號處理技術可以幫助研究人腦信息處理模型，為生物學的進步作出巨大的貢獻。

總而言之，現今的時代是數字時代，是信息時代，數字信號處理技術作為一門實用性極強，應用廣泛的科學，必定會大放異彩。

【參考文獻】

[1]孫金林.數字信息處理技術的發展與思考[J].赤峰學院學報（科學教育版），2011（5）.

[2]李方慧.數字信號處理技術的新進展[M].北京理工大學出版社，2010：8.

[3]楊春順.數字信號處理技術在短波收信設備中的應用[J].艦船電子工程，2008，6.