Цифрови устройства: броячи на импулси, енкодери, мултиплексори

Брояч на импулси — електронно устройство, предназначено да брои броя импулси, приложени към входа. Броят на получените импулси се изразява в двоична нотация.

Броячите на импулси са един вид регистри (броени регистри) и са изградени съответно върху джапанки и логически порти.

Основните показатели на броячите са коефициентът на броене K 2n — броят на импулсите, които могат да бъдат преброени от брояча. Например, брояч с четири задействания може да има максимален отчетен фактор 24 = 16. За брояч с четири задействания минималният изходен код е 0000, максималният -1111, а когато броещият фактор е Kc = 10, броенето на изхода спира, когато кодът 1001 = 9.

Фигура 1, а показва диаграма на четирибитов брояч на Т-джапанки, свързани последователно. Преброяващите импулси се подават към отчитащия вход на първия тригер. Броячните входове на следващите джапанки са свързани с изходите на предишните джапанки.

Работата на веригата е илюстрирана с графиките за времето, показани на фигура 1, б. Когато първият преброителен импулс пристигне при разпадането си, първият тригер преминава в състояние Q1 = 1, т.е. броячът има цифров код 0001. В края на втория броячен импулс първият тригер преминава в състояние «0», а вторият преминава в състояние «1». Броячът записва номер 2 с код 0010.

Фигура 1 — Двоичен четирицифрен брояч: а) диаграма, б) конвенционално графично обозначение, в) времеви диаграми на работа

От диаграмата (фиг. 1, б) се вижда, че например според затихването на 5 -ия импулс в брояча се изписва код 0101, според 9 -ти — 1001 и т.н. В края на 15 -ия импулс всички битове на брояча се настройват на състояние «1», а след затихването на 16 -ия импулс всички тригери се нулират, тоест броячът преминава в първоначалното си състояние. Има вход за «нулиране» за принудително нулиране на брояча.

Коефициентът на броене на двоичен брояч се намира от съотношението Ksc = 2n, където n е броят на битовете (тригерите) на брояча.

Преброяването на броя на импулсите е най -често срещаната операция в устройствата за обработка на цифрова информация.

По време на работата на двоичния брояч скоростта на повторение на импулсите на изхода на всеки следващ тригер се намалява наполовина в сравнение с честотата на неговите входни импулси (фиг. 1, б). Следователно броячите се използват и като честотни разделители.

Скрамблер (наричан още енкодер) преобразува сигнал в цифров код, най -често десетични числа в двоична бройна система.

Енкодерът има m входове, номерирани последователно с десетични числа (0, 1,2, …, m — 1) и n изхода. Броят на входовете и изходите се определя от зависимостта 2n = m (фиг. 2, а). Символът «CD» се формира от буквите в английската дума Coder.

Прилагането на сигнал към един от входовете води до появата на изходите на n-битово двоично число, съответстващо на входящия номер. Например, когато се подава импулс към четвъртия вход, на изходите се появява цифров код 100 (фиг. 2, а).

Декодерите (наричани още декодери) се използват за преобразуване на двоични числа обратно в малки десетични числа. Входовете на декодера (фиг. 2, б) са предназначени за подаване на двоични числа, изходите са последователно номерирани с десетични числа. Когато към входовете се прилага двоично число, на определен изход се появява сигнал, чийто брой съответства на входящия номер.Например, когато е предоставен код 110, сигналът ще се появи на 6 -ия изход.

Фигура 2 — а) UGO енкодер, б) UGO декодер

Мултиплексор — устройство, в което изходът е свързан към един от входовете, в съответствие с кода на адреса. Че. мултиплексорът е електронен превключвател или комутатор.

Фигура 3 — Мултиплексор: а) конвенционално графично обозначение, б) таблица на състоянията

Код на адрес се изпраща към входове A1, A2, който определя кой от сигналните входове ще бъде предаден на изхода на устройството (фиг. 3).

За да преобразувате информация от цифров в аналогов, използвайте цифрово-аналогови преобразуватели (DAC), а за обратното преобразуване — аналогово-цифрови преобразуватели (ADC).

Входният сигнал на DAC е двоично многоцифрено число, а изходният сигнал е напрежението Uout, образувано въз основа на еталонното напрежение.

Процедурата за аналогово-цифрово преобразуване (фиг. 4) се състои от два етапа: вземане на проби от време (вземане на проби) и квантоване на ниво. Процесът на вземане на проби се състои от измерване на стойности на непрекъснат сигнал само през дискретни моменти.

Фигура 4-Процесът на аналогово-цифрово преобразуване

За квантоване обхватът на изменение на входния сигнал е разделен на равни интервали — нива на квантоване. В нашия пример има осем от тях, но обикновено има много повече. Операцията за квантоване се свежда до определяне на интервала, в който е попаднала пробната стойност, и до присвояване на цифров код на изходната стойност.