Введение в цифровую электронику

Введение в цифровую электронику

Любой символ информации в цифровых устройствах кодируют в двоичном коде, поэтому сигналы могут принимать только два значения: высокий или низкий уровень напряжения, наличие или отсутствие импульса напряжения и т. д. Обязательным условием при этом является возможность уверенного распознавания элементами цифровых схем двух значений сигналов, соответствующих символам 0 и 1, в условиях изменения температуры окружающей среды, напряжения источника питания, воздействия других дестабилизирующих факторов.

Мы уже говорили, что значения уровней сигналов (Uc) элементами цифровых устройств воспринимаются не непрерывно, а в дискретные моменты времени, интервал между которыми называют рабочим тактом Т. Как правило, за один рабочий такт в цифровых устройствах осуществляется одно элементарное преобразование поступивших на вход кодовых слов. Дискретизация времени обеспечивается специальными устройствами управления, вырабатывающими синхронизирующие импульсы (СИ). В дискретных устройствах используют два способа представления информации: потенциальный и импульсный. При потенциальном способе значениям логического 0 и логической 1 соответствуют напряжения низкого и высокого уровня. Если логическому 0 соответствует напряжение низкого уровня, а логической 1 — высокого, то такую логику называют положительной, и наоборот, если за логический 0 принимают напряжение высокого уровня, а за логическую 1 — напряжение низкого уровня, то такую логику называют отрицательной или инверсной.

Каждый электрик должен знать:  Сверхэффективный мотор-генератор Роберта Александера

Далее в основном используются термины «напряжение высокого и низкого уровня» (сигналы высокого и низкого уровня), соответствующие уровням логической 1 и логического 0.

Информация в цифровых устройствах может быть представлена в последовательном и параллельном кодах. При использовании последовательного кода каждый такт соответствует одному разряду двоичного кода. Номер (разряда определяется номером такта, отсчитываемого от такта, совпадающего с началом представления кода. Графики, показанные на рисунок 1, иллюстрируют последовательный код байтового двоичного числа 10011011 при потенциальном и импульсном способах представления информации. При первом способе рисунок 1,а сигнал сохраняет низкий или высокий уровни в течение одного или нескольких тактов. В моменты перехода сигнала от одного уровня к другому его значение является неопределенным. При импульсном способе представления цифровой информации рисунок 1,б единичному и нулевому значению двоичной переменной соответствует наличие или отсутствие импульса конечной длительности. При последовательном коде числа все его разряды могут быть зафиксированы на одном элементе и переданы по одному каналу передачи информации. Для передачи всего числа требуется восемь тактов рисунок 1,в.

Параллельный код позволяет существенно сократить время обработки для передачи информации. Для примера рисунок 3 иллюстрирует параллельный код семиразрядного числа 1101101. В этом случае как при импульсном рисунок 2,а, так и при потенциальном рисунок 2,б способах представления информации все разряды двоичного кода представлены в одном временном такте, могут фиксироваться отдельными элементами и передаваться по раздельным каналам (разрядным шинам). Цифровые устройства производящие обработку и преобразование поступающей на их входы информации, называют цифровыми автоматами. Задача построения цифрового автомата, выполняющего определенные действия над двоичными сигналами, заключается в выборе элементов и способа их соединения, обеспечивающих заданное преобразование. Эти задачи решает математическая логика или алгебра логики (булева математика). Устройства, формирующие функции булевой математики, называют логическим или цифровыми и классифицируют по различным отличительным признакам. Цифровые устройства по характеру информации на входах и выходах подразделяют на устройства последовательного, параллельного и смешанного действия.

Каждый электрик должен знать:  Инструмент электрика. Отвертки

Для реализации устройства параллельного действия, выполняющего аналогичную функцию, необходимы две группы входов по восемь разрядов в каждой группе и восемь выходов (в соответствии с разрядностью выходного слова). Известны также устройства смешанного типа, в которых, например, входное слово представляется в параллельной форме, а выходное — в последовательной (это преобразование кода).

По схемному решению и характеру связи между входными и выходными переменными с учётом их изменения по тактам работы различают комбинационные и последовательные цифровые устройства. В комбинационных устройствах совокупность сигналов на входах и выходах в каждый конкретный момент времени полностью определены входными сигналами, действующими в этот момент на его входах. Если входные и выходные функции в n-такте обозначить как X n и Y n , то связь между ними будет определяться выражением

Каждый электрик должен знать:  Греется вводной автомат при превышении потребляемой мощности

где L — знак выполняемого устройством логического преобразования. Цифровые устройства, в отличие от аналоговых, позволяют реализовать преобразование практически любого вида. В цифровых устройствах последовательного типа значение выходных переменных Y n в n-такте определяется не только значением входных переменных X n , действующих в данный момент времени, но и зависят от внутреннего состояния устройства C n . В свою очередь, внутренние состояние устройства зависит от значений переменных действовавших на входе в предшествующие такты. Функционирование последовательного устройства можно записать в виде

Yn=ƒ(X n ,C n ); C n =F(X n-1 ,C n-1 ),

где X n-1 и C n-1 — соответственно набор входных переменных и внутренних состояний устройства в предшествующий такт.

Примером последовательного устройства может быть счетчик импульсов, состояние выходов которого зависят от общего числа поступивших на его вход импульсов

Базовые логические элементы выполняют следующие логические операции. «И» — логическое умножение, «ИЛИ» — логическое сложение, «НЕ» — отрицание (инверсия). Подробнее будет рассмотрено в следующей главе.

Добавить комментарий