Digitální zařízení: pulsní čítače, kodéry, multiplexery

Pulzní čítač — elektronické zařízení určené k počítání počtu pulzů přivedených na vstup. Počet přijatých impulsů je vyjádřen v binárním zápisu.

Pulzní čítače jsou typem registrů (počítačových registrů) a jsou postaveny na klopných obvodech, respektive na logických hradlech.

Hlavními indikátory čítačů jsou čítací koeficient K 2n — počet impulsů, které může čítač spočítat. Například čtyřspouštěcí čítač může mít maximální čítací faktor 24 = 16. Pro čtyřspouštěcí čítač je minimální výstupní kód 0000, maximální -1111, a když je čítací faktor Kc = 10, výstup přestane počítat, když kód 1001 = 9 .

Obrázek 1a ukazuje schéma čtyřbitového T-flip čítače zapojeného do série. Čítací impulsy jsou přivedeny na čítací vstup prvního klopného obvodu. Čítačové vstupy následujících klopných obvodů jsou spojeny s výstupy předchozích klopných obvodů.

Činnost obvodu je znázorněna časovými grafy znázorněnými na obrázku 1,b.Když první čítací impuls dorazí ke svému útlumu, přejde první klopný obvod do stavu Q1 = 1, tzn. čítač má digitální kód 0001. Na konci druhého impulsu čítače přejde první klopný obvod do stavu «0» a druhý přejde do stavu «1». Počítadlo zaznamenává číslo 2 s kódem 0010.

Obrázek 1 — Binární čtyřmístné počítadlo: a) diagram, b) konvenční grafické znázornění, c) časové diagramy provozu

Z diagramu (obr. 1, b) je vidět, že např. podle útlumu 5. pulzu je v čítači zapsán kód 0101, podle 9. — 1001 a tak dále. Na konci 15. pulsu jsou všechny bity čítače nastaveny do stavu «1» a po doznívání 16. impulsu jsou všechny spouštěče resetovány, to znamená, že čítač přejde do výchozího stavu. K dispozici je vstup «reset» pro vynucení vynulování počítadla.

Faktor počtu binárního čítače se zjistí z poměru Ksc = 2n, kde n je počet bitů (klopných obvodů) čítače.

Počítání počtu pulzů je nejběžnější operací v zařízeních pro digitální zpracování informací.

Během činnosti binárního čítače se rychlost opakování impulsů na výstupu každého následujícího klopného obvodu sníží na polovinu ve srovnání s frekvencí jeho vstupních impulsů (obr. 1, b). Proto se čítače používají i jako děliče kmitočtu.

Scrambler (také nazývaný kodér) převádí signál na digitální kód, nejčastěji dekadická čísla v binární číselné soustavě.

Kodér má m vstupů očíslovaných postupně desetinnými čísly (0, 1,2, …, m — 1) a n výstupů. Počet vstupů a výstupů je určen vztahem 2n = m (obr. 2, a). Symbol «CD» je tvořen písmeny v anglickém slově Coder.

Přivedení signálu na jeden ze vstupů způsobí, že výstup vytvoří n-bitové binární číslo odpovídající číslu vstupu. Například, když je impuls přiveden na čtvrtý vstup, objeví se na výstupech digitální kód 100 (obr. 2, a).

Dekodéry (také nazývané dekodéry) se používají k převodu binárních čísel zpět na malá desetinná čísla. Vstupy dekodéru (obr. 2, b) jsou určeny pro napájení binárních čísel, výstupy jsou postupně číslovány desetinnými čísly. Když je na vstupy přivedeno binární číslo, objeví se signál na konkrétním výstupu, jehož číslo odpovídá číslu vstupu. Například když je poskytnut kód 110, signál se objeví na 6. výstupu.

Obrázek 2 — a) kodér UGO, b) dekodér UGO

Multiplexer - zařízení, ve kterém je výstup připojen k jednomu ze vstupů, podle kódu adresy. Che. multiplexer je elektronický spínač nebo komutátor.

Obrázek 3 — Multiplexer: a) konvenční grafické znázornění, b) tabulka stavů

Na vstupy A1, A2 je odeslán adresový kód, který určuje, který ze signálových vstupů bude přenášen na výstup zařízení (obr. 3).

Chcete-li převést informace z digitální na analogovou, použijte digitálně-analogové převodníky (DAC) a pro obrácený převod použijte analogově-digitální převodníky (ADC).

Vstupní signál DAC je binární vícemístné číslo a výstupní signál je napětí Uout vytvořené na základě referenčního napětí.

Postup analogově-digitální konverze (obr. 4) se skládá ze dvou fází: časové vzorkování (vzorkování) a kvantování úrovně. Proces vzorkování spočívá v měření hodnot spojitého signálu pouze v diskrétních časech.

Obrázek 4 – Proces analogově-digitální konverze

Pro kvantování je rozsah variace vstupního signálu rozdělen do stejných intervalů — kvantizační úrovně. V našem příkladu jich je osm, ale obvykle je jich mnohem více. Kvantovací operace je redukována na určení intervalu, ve kterém hodnota vzorku klesla, a přiřazení digitálního kódu k výstupní hodnotě.