Urządzenia cyfrowe: liczniki impulsów, enkodery, multipleksery

Licznik impulsów — urządzenie elektroniczne przeznaczone do zliczania liczby impulsów zastosowanych na wejściu. Liczba odebranych impulsów jest wyrażona w notacji binarnej.

Liczniki impulsów są rodzajem rejestrów (rejestrów liczących) i są zbudowane odpowiednio na przerzutnikach i bramkach logicznych.

Głównymi wskaźnikami liczników są współczynnik zliczania K 2n — liczba impulsów, które może zliczyć licznik. Na przykład licznik z czterema wyzwalaczami może mieć maksymalny współczynnik zliczania równy 24 = 16. W przypadku licznika z czterema wyzwalaczami minimalny kod wyjściowy to 0000, maksymalny -1111, a gdy współczynnik zliczania wynosi Kc = 10, wyjście przestaje liczyć, gdy kod 1001 = 9 .

Rysunek 1a przedstawia schemat czterobitowego licznika T-flip połączonego szeregowo. Impulsy zliczania są podawane na wejście zliczania pierwszego przerzutnika. Wejścia liczników kolejnych przerzutników są połączone z wyjściami poprzednich przerzutników.

Działanie obwodu ilustrują wykresy czasowe pokazane na rysunku 1, b.Kiedy pierwszy impuls zliczania dochodzi do zaniku, pierwszy przerzutnik przechodzi w stan Q1 = 1, tj. licznik ma kod cyfrowy 0001. Na koniec drugiego impulsu licznika pierwszy przerzutnik przechodzi do stanu „0”, a drugi do stanu „1”. Licznik rejestruje numer 2 z kodem 0010.

Rysunek 1 — Czterocyfrowy licznik binarny: a) schemat, b) konwencjonalna reprezentacja graficzna, c) schematy czasowe działania

Ze schematu (ryc. 1, b) widać, że na przykład zgodnie z tłumieniem piątego impulsu kod 0101 jest zapisywany w liczniku, zgodnie z dziewiątym - 1001 i tak dalej. Pod koniec 15. impulsu wszystkie bity licznika ustawiane są w stan „1”, a po zaniku 16. impulsu wszystkie wyzwalacze są resetowane, to znaczy licznik przechodzi do stanu początkowego. Istnieje wejście «reset», które wymusza zresetowanie licznika.

Współczynnik zliczania licznika binarnego jest wyznaczany ze stosunku Ksc = 2n, gdzie n jest liczbą bitów (przerzutników) licznika.

Zliczanie liczby impulsów jest najczęstszą operacją w urządzeniach do cyfrowego przetwarzania informacji.

Podczas działania licznika binarnego częstotliwość powtarzania impulsów na wyjściu każdego kolejnego przerzutnika jest zmniejszana o połowę w porównaniu z częstotliwością jego impulsów wejściowych (ryc. 1, b). Dlatego liczniki są również używane jako dzielniki częstotliwości.

Scrambler (zwany także koderem) przetwarza sygnał na kod cyfrowy, najczęściej liczby dziesiętne w systemie liczb binarnych.

Enkoder ma m wejść ponumerowanych kolejno liczbami dziesiętnymi (0, 1,2, …, m — 1) i n wyjść. Liczbę wejść i wyjść określa zależność 2n = m (ryc. 2, a). Symbol «CD» jest utworzony z liter w angielskim słowie Coder.

Podanie sygnału na jedno z wejść powoduje, że wyjście generuje n-bitową liczbę binarną odpowiadającą numerowi wejścia. Na przykład, gdy impuls zostanie zastosowany do czwartego wejścia, na wyjściach pojawi się kod cyfrowy 100 (ryc. 2, a).

Dekodery (zwane także dekoderami) służą do konwersji liczb binarnych z powrotem na małe liczby dziesiętne. Wejścia dekodera (ryc. 2, b) są przeznaczone do dostarczania liczb binarnych, wyjścia są numerowane sekwencyjnie liczbami dziesiętnymi. Gdy na wejściach zostanie podana liczba binarna, na konkretnym wyjściu pojawi się sygnał, którego numer odpowiada numerowi wejścia, np. po podaniu kodu 110, sygnał pojawi się na wyjściu 6.

Rysunek 2 — a) koder UGO, b) dekoder UGO

Multiplekser - urządzenie, w którym wyjście jest podłączone do jednego z wejść, zgodnie z kodem adresowym. Che. multiplekser to elektroniczny przełącznik lub komutator.

Rysunek 3 — Multiplekser: a) konwencjonalna reprezentacja graficzna, b) tablica stanów

Na wejścia A1, A2 przesyłany jest kod adresowy, który określa, które z wejść sygnałowych zostaną przesłane na wyjście urządzenia (rys. 3).

Aby przekonwertować informacje z postaci cyfrowej na analogową, użyj przetworników cyfrowo-analogowych (DAC), a do konwersji odwrotnej użyj przetworników analogowo-cyfrowych (ADC).

Sygnał wejściowy przetwornika cyfrowo-analogowego jest wielocyfrową liczbą binarną, a sygnałem wyjściowym jest napięcie Uout utworzone na podstawie napięcia odniesienia.

Procedura konwersji analogowo-cyfrowej (rys. 4) składa się z dwóch etapów: próbkowania czasowego (próbkowania) i kwantyzacji poziomu. Proces próbkowania polega na pomiarze wartości sygnału ciągłego tylko w dyskretnych czasach.

Rysunek 4-Proces konwersji analogowo-cyfrowej

W przypadku kwantyzacji zakres zmienności sygnału wejściowego jest dzielony na równe przedziały — poziomy kwantyzacji. W naszym przykładzie jest ich osiem, ale zwykle jest ich znacznie więcej. Operacja kwantyzacji sprowadza się do określenia przedziału, w jakim spadła wartość próbki i przypisania kodu cyfrowego do wartości wyjściowej.