Dispozitive digitale: contoare de impulsuri, codificatoare, multiplexoare

Contor de impulsuri - un dispozitiv electronic conceput pentru a număra numărul de impulsuri aplicate intrării. Numărul de impulsuri primite este exprimat în notație binară.

Contoarele de impulsuri sunt un tip de registre (registre de numărare) și sunt construite pe flip-flop și, respectiv, porți logice.

Principalii indicatori ai contoarelor sunt coeficientul de numărare K 2n — numărul de impulsuri care pot fi numărate de contor. De exemplu, un contor cu patru declanșatoare poate avea un factor de numărare maxim de 24 = 16. Pentru un contor cu patru declanșatoare, codul de ieșire minim este 0000, maximul -1111 și când factorul de numărare este Kc = 10, ieșirea nu mai numără când codul 1001 = 9 .

Figura 1a prezintă o diagramă a unui contor T-flip pe patru biți conectat în serie. Impulsurile de numărare sunt aplicate la intrarea de numărare a primului flip-flop. Intrările de contor ale următoarelor bistabile sunt conectate la ieșirile bistabilelor anterioare.

Funcționarea circuitului este ilustrată de graficele de sincronizare prezentate în Figura 1, b.Când primul impuls de numărare ajunge la decădere, primul flip-flop intră în starea Q1 = 1, adică. contorul are codul digital 0001. La sfârșitul celui de-al doilea impuls de contor, primul flip-flop trece în starea «0», iar al doilea trece în starea «1». Contorul înregistrează numărul 2 cu codul 0010.

Figura 1 — Contor binar cu patru cifre: a) diagramă, b) reprezentare grafică convențională, c) diagrame de timp ale funcționării

Din diagramă (Fig. 1, b) se poate observa că, de exemplu, în funcție de atenuarea pulsului al 5-lea, codul 0101 este scris în contor, conform celui de-al 9-lea — 1001 și așa mai departe. La sfârșitul celui de-al 15-lea impuls, toți biții contorului sunt setați la starea «1», iar după decăderea celui de-al 16-lea impuls, toate declanșatoarele sunt resetate, adică contorul trece la starea inițială. Există o intrare „resetare” pentru a forța resetarea contorului.

Factorul de numărare al unui contor binar se găsește din raportul Ksc = 2n, unde n este numărul de biți (flip-flops) ai contorului.

Numărarea numărului de impulsuri este cea mai comună operație în dispozitivele digitale de procesare a informațiilor.

În timpul funcționării contorului binar, rata de repetiție a impulsurilor la ieșirea fiecărui flip-flop ulterioară este redusă la jumătate în comparație cu frecvența impulsurilor sale de intrare (Fig. 1, b). Prin urmare, contoarele sunt folosite și ca divizoare de frecvență.

Un scrambler (numit și codificator) convertește un semnal într-un cod digital, cel mai adesea numere zecimale într-un sistem de numere binar.

Un encoder are m intrări numerotate consecutiv cu numere zecimale (0, 1,2, …, m — 1) și n ieșiri. Numărul de intrări și ieșiri este determinat de relația 2n = m (Fig. 2, a). Simbolul «CD» este format din literele din cuvântul englez Coder.

Aplicarea unui semnal la una dintre intrări face ca ieșirea să producă un număr binar de n biți corespunzător numărului de intrare. De exemplu, când se aplică un impuls la a patra intrare, la ieșiri apare un cod digital 100 (Fig. 2, a).

Decodoarele (numite și decodoare) sunt folosite pentru a converti numerele binare înapoi în numere zecimale mici. Intrările decodorului (Fig. 2, b) sunt destinate furnizării de numere binare, ieșirile sunt numerotate succesiv cu numere zecimale. Când un număr binar este aplicat intrărilor, un semnal apare la o anumită ieșire al cărei număr corespunde numărului de intrare. De exemplu, când este furnizat codul 110, semnalul va apărea la a 6-a ieșire.

Figura 2 — a) codificator UGO, b) decodor UGO

Multiplexor - un dispozitiv în care ieșirea este conectată la una dintre intrări, conform codului adresei. Che. un multiplexor este un comutator sau comutator electronic.

Figura 3 — Multiplexor: a) reprezentare grafică convențională, b) tabel de stări

Un cod de adresă este trimis la intrările A1, A2, care determină care dintre intrările de semnal va fi transmisă la ieșirea dispozitivului (Fig. 3).

Pentru a converti informațiile din digital în analog, utilizați convertoare digital-analogic (DAC), iar pentru conversia inversă, utilizați convertoare analog-digital (ADC).

Semnalul de intrare al DAC este un număr binar cu mai multe cifre, iar semnalul de ieșire este tensiunea Uout formată pe baza tensiunii de referință.

Procedura de conversie analog-digitală (Fig. 4) constă din două etape: eșantionare în timp (eșantionare) și cuantificare de nivel. Procesul de eșantionare constă în măsurarea valorilor unui semnal continuu numai la momente discrete.

Figura 4-Procesul de conversie analog-digital

Pentru cuantizare, intervalul de variație al semnalului de intrare este împărțit în intervale egale — niveluri de cuantizare. În exemplul nostru sunt opt ​​dintre ele, dar de obicei sunt mult mai multe. Operația de cuantizare se reduce la determinarea intervalului în care valoarea eșantionului a scăzut și atribuirea unui cod digital valorii de ieșire.