Digitálne zariadenia: počítadlá impulzov, kodéry, multiplexory

Počítadlo impulzov — elektronické zariadenie určené na počítanie počtu impulzov privedených na vstup. Počet prijatých impulzov je vyjadrený v binárnom zápise.

Pulzné počítadlá sú typom registrov (počítačových registrov) a sú postavené na klopných obvodoch, respektíve logických hradlách.

Hlavnými indikátormi počítadiel sú koeficient počítania K 2n — počet impulzov, ktoré môže počítadlo spočítať. Napríklad počítadlo so štyrmi spúšťami môže mať maximálny čítací faktor 24 = 16. Pre počítadlo so štyrmi spúšťami je minimálny výstupný kód 0000, maximálny -1111, a keď je čítací faktor Kc = 10, výstup prestane počítať, keď kód 1001 = 9 .

Obrázok 1a zobrazuje schému štvorbitového T-flip počítadla zapojeného do série. Počítacie impulzy sa privedú na čítací vstup prvého klopného obvodu. Vstupy počítadiel nasledujúcich klopných obvodov sú spojené s výstupmi predchádzajúcich klopných obvodov.

Činnosť obvodu je znázornená časovými grafmi znázornenými na obrázku 1, b.Keď prvý čítací impulz dorazí k svojmu rozpadu, prvý klopný obvod prejde do stavu Q1 = 1, t.j. počítadlo má digitálny kód 0001. Na konci druhého impulzu počítadla prejde prvý klopný obvod do stavu «0» a druhý prejde do stavu «1». Počítadlo zaznamenáva číslo 2 s kódom 0010.

Obrázok 1 – Binárne štvormiestne počítadlo: a) diagram, b) konvenčné grafické znázornenie, c) časové diagramy činnosti

Z diagramu (obr. 1, b) je vidieť, že napríklad podľa útlmu 5. impulzu sa do počítadla zapíše kód 0101, podľa 9. — 1001 atď. Na konci 15. impulzu sa všetky bity počítadla nastavia do stavu «1» a po doznení 16. impulzu sa všetky spúšťače vynulujú, to znamená, že počítadlo prejde do počiatočného stavu. Existuje vstup «reset» na vynútenie vynulovania počítadla.

Faktor počtu binárneho čítača sa zistí z pomeru Ksc = 2n, kde n je počet bitov (klopných obvodov) čítača.

Počítanie počtu impulzov je najbežnejšou operáciou v zariadeniach na digitálne spracovanie informácií.

Počas činnosti binárneho čítača sa frekvencia opakovania impulzov na výstupe každého nasledujúceho klopného obvodu zníži na polovicu v porovnaní s frekvenciou jeho vstupných impulzov (obr. 1, b). Preto sa čítače používajú aj ako frekvenčné deličy.

Scrambler (nazývaný aj kodér) prevádza signál na digitálny kód, najčastejšie desiatkové čísla v binárnej číselnej sústave.

Snímač má m vstupov očíslovaných postupne desatinnými číslami (0, 1,2, …, m — 1) a n výstupov. Počet vstupov a výstupov je určený vzťahom 2n = m (obr. 2, a). Symbol «CD» je vytvorený z písmen anglického slova Coder.

Aplikácia signálu na jeden zo vstupov spôsobí, že výstup vytvorí n-bitové binárne číslo zodpovedajúce číslu vstupu. Napríklad, keď je impulz privedený na štvrtý vstup, na výstupoch sa objaví digitálny kód 100 (obr. 2, a).

Dekodéry (tiež nazývané dekodéry) sa používajú na prevod binárnych čísel späť na malé desatinné čísla. Vstupy dekodéra (obr. 2, b) sú určené na privádzanie binárnych čísel, výstupy sú postupne číslované desatinnými číslami. Keď je na vstupy privedené binárne číslo, na konkrétnom výstupe sa objaví signál, ktorého číslo zodpovedá číslu vstupu. Napríklad, keď je poskytnutý kód 110, signál sa objaví na 6. výstupe.

Obrázok 2 — a) UGO kodér, b) UGO dekodér

Multiplexer - zariadenie, v ktorom je výstup pripojený k jednému zo vstupov, podľa kódu adresy. Che. multiplexor je elektronický spínač alebo komutátor.

Obrázok 3 — Multiplexor: a) konvenčné grafické znázornenie, b) tabuľka stavov

Na vstupy A1, A2 je odoslaný adresový kód, ktorý určuje, ktorý zo signálových vstupov bude prenášaný na výstup zariadenia (obr. 3).

Ak chcete konvertovať informácie z digitálneho na analógové, použite digitálno-analógové prevodníky (DAC) a na spätný prevod použite analógovo-digitálne prevodníky (ADC).

Vstupný signál DAC je binárne viacmiestne číslo a výstupný signál je napätie Uout vytvorené na základe referenčného napätia.

Postup analógovo-digitálnej konverzie (obr. 4) pozostáva z dvoch fáz: vzorkovanie času (vzorkovanie) a kvantovanie úrovne. Proces vzorkovania pozostáva z merania hodnôt spojitého signálu iba v diskrétnych časoch.

Obrázok 4 - Proces analógovo-digitálnej konverzie

Pre kvantovanie je rozsah variácií vstupného signálu rozdelený do rovnakých intervalov — kvantizačných úrovní. V našom príklade ich je osem, ale zvyčajne ich je oveľa viac. Operácia kvantovania sa redukuje na určenie intervalu, v ktorom hodnota vzorky klesla, a priradenie digitálneho kódu k výstupnej hodnote.