Ψηφιακές συσκευές: μετρητές παλμών, κωδικοποιητές, πολυπλέκτης

Μετρητής παλμών — μια ηλεκτρονική συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να μετρά τον αριθμό των παλμών που εφαρμόζονται στην είσοδο. Ο αριθμός των παλμών που λαμβάνονται εκφράζεται σε δυαδικό συμβολισμό.

Οι μετρητές παλμών είναι ένας τύπος καταχωρητών (καταμετρητές καταμέτρησης) και είναι χτισμένοι σε flip-flops και λογικές πύλες, αντίστοιχα.

Οι κύριοι δείκτες των μετρητών είναι ο συντελεστής μέτρησης K 2n — ο αριθμός των παλμών που μπορούν να μετρηθούν από τον μετρητή. Για παράδειγμα, ένας μετρητής τεσσάρων σκανδάλης μπορεί να έχει μέγιστο συντελεστή μέτρησης 24 = 16. Για έναν μετρητή τεσσάρων σκανδάλης, ο ελάχιστος κωδικός εξόδου είναι 0000, ο μέγιστος -1111 και όταν ο συντελεστής μέτρησης είναι Kc = 10, η έξοδος σταματά να μετράει όταν ο κωδικός 1001 = 9 .

Το σχήμα 1α δείχνει ένα διάγραμμα ενός μετρητή T-flip τεσσάρων bit συνδεδεμένου σε σειρά. Οι παλμοί μέτρησης εφαρμόζονται στην είσοδο μέτρησης του πρώτου flip-flop. Οι είσοδοι μετρητή των ακόλουθων flip-flops συνδέονται με τις εξόδους των προηγούμενων flip-flops.

Η λειτουργία του κυκλώματος απεικονίζεται από τα γραφήματα χρονισμού που φαίνονται στο Σχήμα 1, β.Όταν ο πρώτος παλμός μέτρησης φτάσει στη διάσπασή του, το πρώτο flip-flop μεταβαίνει στην κατάσταση Q1 = 1, δηλ. ο μετρητής έχει ψηφιακό κωδικό 0001. Στο τέλος του δεύτερου παλμού μετρητή, το πρώτο flip-flop πηγαίνει στην κατάσταση «0», και το δεύτερο πηγαίνει στην κατάσταση «1». Ο μετρητής καταγράφει τον αριθμό 2 με κωδικό 0010.

Σχήμα 1 — Δυαδικός τετραψήφιος μετρητής: α) διάγραμμα, β) συμβατική γραφική αναπαράσταση, γ) διαγράμματα χρονισμού λειτουργίας

Από το διάγραμμα (Εικ. 1, β) φαίνεται ότι, για παράδειγμα, σύμφωνα με την εξασθένηση του 5ου παλμού, ο κωδικός 0101 γράφεται στον μετρητή, σύμφωνα με το 9ο — 1001, κ.ο.κ. Στο τέλος του 15ου παλμού, όλα τα bit του μετρητή ρυθμίζονται στην κατάσταση «1», και μετά την αποσύνθεση του 16ου παλμού, όλες οι σκανδάλες επαναφέρονται, δηλαδή ο μετρητής μεταβαίνει στην αρχική του κατάσταση. Υπάρχει μια είσοδος «reset» που αναγκάζει τον μετρητή να επαναφέρει.

Ο παράγοντας μέτρησης ενός δυαδικού μετρητή βρίσκεται από την αναλογία Ksc = 2n, όπου n είναι ο αριθμός των bit (flip-flops) του μετρητή.

Η μέτρηση του αριθμού των παλμών είναι η πιο κοινή λειτουργία σε συσκευές ψηφιακής επεξεργασίας πληροφοριών.

Κατά τη λειτουργία του δυαδικού μετρητή, ο ρυθμός επανάληψης των παλμών στην έξοδο κάθε επόμενου flip-flop μειώνεται στο μισό σε σύγκριση με τη συχνότητα των παλμών εισόδου του (Εικ. 1, β). Ως εκ τούτου, οι μετρητές χρησιμοποιούνται επίσης ως διαιρέτες συχνότητας.

Ένας scrambler (ονομάζεται επίσης κωδικοποιητής) μετατρέπει ένα σήμα σε ψηφιακό κωδικό, πιο συχνά δεκαδικούς αριθμούς σε ένα δυαδικό σύστημα αριθμών.

Ένας κωδικοποιητής έχει m εισόδους αριθμημένες διαδοχικά με δεκαδικούς αριθμούς (0, 1,2, …, m — 1) και n εξόδους. Ο αριθμός των εισόδων και εξόδων καθορίζεται από τη σχέση 2n = m (Εικ. 2, α). Το σύμβολο «CD» σχηματίζεται από τα γράμματα της αγγλικής λέξης Coder.

Η εφαρμογή ενός σήματος σε μία από τις εισόδους αναγκάζει την έξοδο να παράγει έναν δυαδικό αριθμό n-bit που αντιστοιχεί στον αριθμό εισόδου. Για παράδειγμα, όταν εφαρμόζεται ένας παλμός στην τέταρτη είσοδο, ένας ψηφιακός κωδικός 100 εμφανίζεται στις εξόδους (Εικ. 2, α).

Οι αποκωδικοποιητές (ονομάζονται επίσης αποκωδικοποιητές) χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή δυαδικών αριθμών σε μικρούς δεκαδικούς αριθμούς. Οι είσοδοι του αποκωδικοποιητή (Εικ. 2, β) προορίζονται για την παροχή δυαδικών αριθμών, οι έξοδοι αριθμούνται διαδοχικά με δεκαδικούς αριθμούς. Όταν εφαρμόζεται ένας δυαδικός αριθμός στις εισόδους, εμφανίζεται ένα σήμα σε μια συγκεκριμένη έξοδο του οποίου ο αριθμός αντιστοιχεί στον αριθμό εισόδου. Για παράδειγμα, όταν παρέχεται ο κωδικός 110, το σήμα θα εμφανίζεται στην 6η έξοδο.

Εικόνα 2 — α) Κωδικοποιητής UGO, β) αποκωδικοποιητής UGO

Πολυπλέκτης - μια συσκευή στην οποία η έξοδος συνδέεται με μία από τις εισόδους, σύμφωνα με τον κωδικό διεύθυνσης. Τσε. ένας πολυπλέκτης είναι ένας ηλεκτρονικός διακόπτης ή μεταγωγέας.

Σχήμα 3 — Πολυπλέκτης: α) συμβατική γραφική αναπαράσταση, β) πίνακας καταστάσεων

Ένας κωδικός διεύθυνσης αποστέλλεται στις εισόδους A1, A2, ο οποίος καθορίζει ποια από τις εισόδους σήματος θα μεταδοθεί στην έξοδο της συσκευής (Εικ. 3).

Για να μετατρέψετε πληροφορίες από ψηφιακό σε αναλογικό, χρησιμοποιήστε μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογικό (DAC) και για την αντίστροφη μετατροπή χρησιμοποιήστε μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC).

Το σήμα εισόδου του DAC είναι ένας δυαδικός πολυψήφιος αριθμός και το σήμα εξόδου είναι η τάση Uout που σχηματίζεται με βάση την τάση αναφοράς.

Η διαδικασία μετατροπής αναλογικού σε ψηφιακό (Εικ. 4) αποτελείται από δύο στάδια: δειγματοληψία χρόνου (δειγματοληψία) και κβαντοποίηση επιπέδου. Η διαδικασία δειγματοληψίας αποτελείται από τη μέτρηση των τιμών ενός συνεχούς σήματος μόνο σε διακριτούς χρόνους.

Εικόνα 4-Η διαδικασία μετατροπής αναλογικού σε ψηφιακό

Για την κβαντοποίηση, το εύρος διακύμανσης του σήματος εισόδου χωρίζεται σε ίσα διαστήματα — επίπεδα κβαντοποίησης. Στο παράδειγμά μας υπάρχουν οκτώ από αυτά, αλλά συνήθως υπάρχουν πολλά περισσότερα. Η λειτουργία κβαντοποίησης περιορίζεται στον προσδιορισμό του διαστήματος στο οποίο έπεσε η τιμή του δείγματος και στην εκχώρηση ψηφιακού κωδικού στην τιμή εξόδου.