Digitālās ierīces: impulsu skaitītāji, kodētāji, multipleksori

Impulsu skaitītājs — elektroniska ierīce, kas paredzēta ieejai pievadīto impulsu skaita skaitīšanai. Saņemto impulsu skaits tiek izteikts binārā apzīmējumā.

Impulsu skaitītāji ir reģistru veids (skaitīšanas reģistri), un tie ir veidoti attiecīgi uz flip-flops un loģiskiem vārtiem.

Skaitītāju galvenie rādītāji ir skaitīšanas koeficients K 2n — impulsu skaits, ko skaitītājs var saskaitīt. Piemēram, četru sprūda skaitītāja maksimālais skaitīšanas koeficients var būt 24 = 16. Četru trigeru skaitītājam minimālais izvades kods ir 0000, maksimālais -1111, un, ja skaitīšanas koeficients ir Kc = 10, izvade pārtrauc skaitīšanu, kad kods 1001 = 9.

1.a attēlā parādīta virknē savienota četru bitu T veida apgriešanas skaitītāja diagramma. Skaitīšanas impulsi tiek piemēroti pirmā flip-flop skaitīšanas ievadei. Sekojošo flipflopu skaitītāja ieejas ir savienotas ar iepriekšējo flip-flop izejām.

Ķēdes darbību ilustrē laika grafiki, kas parādīti 1. attēlā, b.Kad pirmais skaitīšanas impulss nonāk pie tā samazināšanās, pirmais flip-flop pāriet stāvoklī Q1 = 1, t.i. skaitītājam ir digitālais kods 0001. Otrā skaitītāja impulsa beigās pirmais flip-flop pāriet uz stāvokli "0", bet otrais - uz stāvokli "1". Skaitītājs ieraksta skaitli 2 ar kodu 0010.

1. attēls — Binārais četrciparu skaitītājs: a) diagramma, b) parastais grafiskais attēlojums, c) darbības laika diagrammas

No diagrammas (1. att., b) redzams, ka, piemēram, pēc 5. impulsa vājinājuma skaitītājā tiek ierakstīts kods 0101, pēc 9. — 1001 utt. 15. impulsa beigās visi skaitītāja biti tiek iestatīti stāvoklī «1», un pēc 16. impulsa samazināšanās visi trigeri tiek atiestatīti, tas ir, skaitītājs pāriet sākotnējā stāvoklī. Ir "atiestatīšanas" ieeja, lai piespiestu skaitītāju atiestatīt.

Binārā skaitītāja skaitīšanas koeficients tiek atrasts no attiecības Ksc = 2n, kur n ir skaitītāja bitu (flip-flops) skaits.

Impulsu skaita skaitīšana ir visizplatītākā darbība digitālajās informācijas apstrādes ierīcēs.

Binārā skaitītāja darbības laikā impulsu atkārtošanās ātrums pie katra nākamā flip-flop izejas tiek samazināts uz pusi, salīdzinot ar tā ievades impulsu frekvenci (1. att., b). Tāpēc skaitītājus izmanto arī kā frekvences dalītājus.

Skreberis (saukts arī par kodētāju) pārveido signālu ciparu kodā, visbiežāk decimālskaitļos binārā skaitļu sistēmā.

Kodētājam ir m ieejas, kas secīgi numurētas ar decimālskaitļiem (0, 1,2, …, m — 1) un n izejas. Ieeju un izeju skaitu nosaka sakarība 2n = m (2. att., a). Simbols «CD» ir veidots no angļu valodas vārda Coder burtiem.

Signāla pielietošana vienai no ieejām izraisa n-bitu bināro skaitli, kas atbilst ievades numuram. Piemēram, kad ceturtajai ieejai tiek ievadīts impulss, izejās parādās ciparu kods 100 (2. att., a).

Dekoderi (saukti arī par dekodētājiem) tiek izmantoti, lai bināros skaitļus pārvērstu atpakaļ mazos decimālskaitļos. Dekodera ieejas (2. att., b) ir paredzētas bināro skaitļu piegādei, izejas ir secīgi numurētas ar decimālskaitļiem. Kad ieejām tiek pielietots binārs skaitlis, konkrētajā izejā parādās signāls, kura numurs atbilst ievades numuram, piemēram, ja tiek nodrošināts kods 110, signāls parādīsies 6. izejā.

2. attēls — a) UGO kodētājs, b) UGO dekodētājs

Multiplekseris - ierīce, kurā izeja ir pievienota vienai no ieejām, atbilstoši adreses kodam. Che. multipleksors ir elektronisks slēdzis vai komutators.

3. attēls. Multiplekseris: a) parasts grafiskais attēlojums, b) stāvokļa tabula

Uz ieejām A1, A2 tiek nosūtīts adreses kods, kas nosaka, kura no signāla ieejām tiks pārraidīta uz ierīces izeju (3. att.).

Lai pārveidotu informāciju no digitālās uz analogo, izmantojiet ciparu-analogos pārveidotājus (DAC), bet reversai pārveidošanai izmantojiet analogo-digitālo pārveidotājus (ADC).

DAC ieejas signāls ir binārs daudzciparu skaitlis, un izejas signāls ir spriegums Uout, kas izveidots, pamatojoties uz atsauces spriegumu.

Analogā-digitālā konvertēšanas procedūra (4. att.) sastāv no diviem posmiem: laika paraugu ņemšana (izlases ņemšana) un līmeņa kvantēšana. Paraugu ņemšanas process sastāv no nepārtraukta signāla vērtību mērīšanas tikai diskrētos laikos.

4. attēls. Analogās-digitālās pārveides process

Kvantēšanai ievades signāla variācijas diapazons tiek sadalīts vienādos intervālos — kvantēšanas līmeņos. Mūsu piemērā tie ir astoņi, bet parasti to ir daudz vairāk. Kvantēšanas darbība tiek samazināta līdz intervāla noteikšanai, kurā parauga vērtība nokritās, un digitālā koda piešķiršanai izvades vērtībai.