Digitala enheter: pulsräknare, kodare, multiplexorer

Pulsräknare — en elektronisk enhet utformad för att räkna antalet pulser som appliceras på ingången. Antalet mottagna pulser uttrycks i binär notation.

Pulsräknare är en typ av register (räkneregister) och är byggda på vippor respektive logiska grindar.

Huvudindikatorerna för räknarna är räknekoefficienten K 2n — antalet pulser som kan räknas av räknaren. Till exempel kan en fyrtriggerräknare ha en maximal räknefaktor på 24 = 16. För en fyrtriggerräknare är den lägsta utgångskoden 0000, den maximala -1111, och när räknefaktorn är Kc = 10, är ​​utsignalen slutar räkna när kod 1001 = 9 .

Figur la visar ett diagram över en fyrabitars T-flipräknare kopplad i serie. Räknepulserna appliceras på räkneingången på den första vippan. Räknaringångarna för de följande vipporna är anslutna till utgångarna på de tidigare vipporna.

Kretsens funktion illustreras av tidsdiagrammen som visas i figur 1, b.När den första räknepulsen anländer till sin avklingning, går den första vippan in i tillstånd Q1 = 1, dvs. räknaren har en digital kod på 0001. Vid slutet av den andra räknarpulsen går den första vippan till tillståndet «0» och den andra går till tillståndet «1». Räknaren registrerar nummer 2 med kod 0010.

Figur 1 — Binär fyrsiffrig räknare: a) diagram, b) konventionell grafisk representation, c) tidsdiagram för drift

Av diagrammet (fig. 1, b) kan man se att, till exempel, enligt dämpningen av den 5:e pulsen, skrivs kod 0101 i räknaren, enligt den 9:e — 1001, och så vidare. I slutet av den 15:e pulsen sätts alla bitar av räknaren till tillståndet «1», och efter avklingningen av den 16:e pulsen återställs alla triggers, det vill säga räknaren går till sitt initiala tillstånd. Det finns en "återställning"-ingång för att tvinga räknaren att återställas.

Räknefaktorn för en binär räknare hittas från förhållandet Ksc = 2n, där n är antalet bitar (vippor) i räknaren.

Att räkna antalet pulser är den vanligaste operationen i digitala informationsbehandlingsenheter.

Under driften av den binära räknaren reduceras upprepningshastigheten för pulserna vid utgången av varje efterföljande vippa med hälften jämfört med frekvensen för dess ingångspulser (fig. 1, b). Därför används räknare också som frekvensdelare.

En scrambler (även kallad kodare) omvandlar en signal till en digital kod, oftast decimaltal i ett binärt talsystem.

En kodare har m ingångar numrerade i följd med decimaltal (0, 1,2, …, m — 1) och n utgångar. Antalet in- och utgångar bestäms av förhållandet 2n = m (Fig. 2, a). Symbolen «CD» bildas av bokstäverna i det engelska ordet Coder.

Att applicera en signal till en av ingångarna gör att utgången producerar ett n-bitars binärt tal som motsvarar ingångsnumret. Till exempel, när en puls appliceras på den fjärde ingången, uppträder en digital kod 100 vid utgångarna (fig. 2, a).

Avkodare (även kallade avkodare) används för att konvertera binära tal tillbaka till små decimaltal. Dekoderns ingångar (fig. 2, b) är avsedda för att leverera binära tal, utgångarna är sekventiellt numrerade med decimaltal. När ett binärt tal appliceras på ingångarna, visas en signal vid en viss utgång vars nummer motsvarar ingångsnumret. Till exempel, när kod 110 tillhandahålls, kommer signalen att visas vid den 6:e utgången.

Figur 2 — a) UGO-kodare, b) UGO-avkodare

Multiplexer - en enhet där utgången är ansluten till en av ingångarna, enligt adresskoden. Che. en multiplexor är en elektronisk switch eller kommutator.

Figur 3 — Multiplexer: a) konventionell grafisk representation, b) tillståndstabell

En adresskod skickas till ingångarna A1, A2, som bestämmer vilken av signalingångarna som kommer att överföras till enhetens utgång (fig. 3).

För att konvertera information från digital till analog, använd digital-till-analog-omvandlare (DAC), och för omvänd konvertering, använd analog-till-digital-omvandlare (ADC).

DAC:ns insignal är ett binärt flersiffrigt tal och utsignalen är spänningen Uout som bildas baserat på referensspänningen.

Analog-till-digital-omvandlingsproceduren (fig. 4) består av två steg: tidssampling (sampling) och nivåkvantisering. Samplingsprocessen består av att mäta värden för en kontinuerlig signal endast vid diskreta tidpunkter.

Figur 4-Den analog-till-digital konverteringsprocessen

För kvantisering är variationsområdet för insignalen uppdelat i lika intervall - kvantiseringsnivåer. I vårt exempel finns det åtta av dem, men vanligtvis finns det många fler. Kvantiseringsoperationen reduceras till att bestämma intervallet i vilket sampelvärdet föll och tilldela en digital kod till utmatningsvärdet.