Skaitmeniniai įrenginiai: impulsų skaitikliai, koduotuvai, tankintuvai

Impulsų skaitiklis – elektroninis prietaisas, skirtas įvesties impulsų skaičiui skaičiuoti. Gautų impulsų skaičius išreiškiamas dvejetainiu žymėjimu.

Impulsų skaitikliai yra tam tikros rūšies registrai (skaičių registrai) ir yra atitinkamai sukurti ant šliaužtinukų ir loginių vartų.

Pagrindiniai skaitiklių rodikliai yra skaičiavimo koeficientas K 2n – impulsų, kuriuos gali suskaičiuoti skaitiklis, skaičius. Pavyzdžiui, keturių trigerių skaitiklio didžiausias skaičiavimo koeficientas gali būti 24 = 16. Keturių trigerių skaitiklio minimalus išvesties kodas yra 0000, didžiausias -1111, o kai skaičiavimo koeficientas Kc = 10, išvestis nustoja skaičiuoti, kai kodas 1001 = 9.

1a paveiksle parodyta nuosekliai sujungto keturių bitų T formos apvertimo skaitiklio schema. Skaičiavimo impulsai taikomi pirmojo šlepetės skaičiavimo įvestis. Šių šlepečių skaitiklio įėjimai yra prijungti prie ankstesnių šlepečių išėjimų.

Grandinės veikimą iliustruoja laiko grafikai, pavaizduoti 1 pav., b.Kai pirmasis skaičiavimo impulsas pasiekia savo nykimą, pirmasis apvertimas pereina į būseną Q1 = 1, t.y. skaitiklis turi skaitmeninį kodą 0001. Pasibaigus antrajam skaitiklio impulsui, pirmasis apverstas pereina į būseną «0», o antrasis į būseną «1». Skaitiklis įrašo numerį 2 su kodu 0010.

1 pav. Dvejetainis keturių skaitmenų skaitiklis: a) diagrama, b) įprastas grafinis vaizdas, c) veikimo laiko diagramos

Iš diagramos (1 pav., b) matyti, kad, pavyzdžiui, pagal 5-ojo impulso slopinimą skaitiklyje rašomas kodas 0101, pagal 9-ą — 1001 ir t.t. Pasibaigus 15-ajam impulsui, visi skaitiklio bitai nustatomi į būseną „1“, o po 16-ojo impulso slopinimo visi trigeriai nustatomi iš naujo, tai yra, skaitiklis pereina į pradinę būseną. Yra „reset“ įvestis, kuri priverčia skaitiklį nustatyti iš naujo.

Dvejetainio skaitiklio skaičiavimo koeficientas randamas iš santykio Ksc = 2n, kur n yra skaitiklio bitų (flip-flops) skaičius.

Impulsų skaičiaus skaičiavimas yra labiausiai paplitusi operacija skaitmeniniuose informacijos apdorojimo įrenginiuose.

Dvejetainio skaitiklio veikimo metu impulsų pasikartojimo dažnis kiekvieno paskesnio apvertimo išėjime sumažėja perpus, palyginti su jo įvesties impulsų dažniu (1 pav., b). Todėl skaitikliai taip pat naudojami kaip dažnio dalikliai.

Skrambleris (taip pat vadinamas koduotuvu) konvertuoja signalą į skaitmeninį kodą, dažniausiai dešimtainius skaičius dvejetainėje skaičių sistemoje.

Kodavimo įrenginys turi m įėjimų, sunumeruotų iš eilės dešimtainiais skaičiais (0, 1,2, …, m – 1) ir n išėjimų. Įėjimų ir išėjimų skaičius nustatomas pagal ryšį 2n = m (2 pav., a). Simbolis „CD“ sudarytas iš angliško žodžio „Coder“ raidžių.

Pritaikius signalą vienam iš įėjimų, išvestis sukuria n bitų dvejetainį skaičių, atitinkantį įvesties numerį. Pavyzdžiui, įvedus impulsą į ketvirtą įėjimą, išėjimuose pasirodo skaitmeninis kodas 100 (2 pav., a).

Dekoderiai (taip pat vadinami dekoderiais) naudojami dvejetainiams skaičiams konvertuoti atgal į mažus dešimtainius skaičius. Dekoderio įėjimai (2 pav., b) skirti dvejetainiams skaičiams pateikti, išėjimai numeruojami nuosekliai dešimtainiais skaičiais. Kai įėjimams taikomas dvejetainis skaičius, tam tikrame išėjime pasirodo signalas, kurio numeris atitinka įvesties numerį.Pavyzdžiui, kai pateikiamas kodas 110, signalas atsiras 6-ame išėjime.

2 pav. — a) UGO kodavimo įrenginys, b) UGO dekoderis

Multiplekseris – įrenginys, kuriame išėjimas yra prijungtas prie vieno iš įėjimų, pagal adreso kodą. Che. multiplekseris yra elektroninis jungiklis arba komutatorius.

3 pav. Multiplekseris: a) įprastas grafinis vaizdas, b) būsenos lentelė

Į įėjimus A1, A2 siunčiamas adreso kodas, kuris nustato, kuris iš signalo įėjimų bus perduodamas į įrenginio išvestį (3 pav.).

Norėdami konvertuoti informaciją iš skaitmeninės į analoginę, naudokite skaitmeninius analoginius keitiklius (DAC), o atvirkštiniam konvertavimui naudokite analoginius į skaitmeninius keitiklius (ADC).

DAC įvesties signalas yra dvejetainis kelių skaitmenų skaičius, o išėjimo signalas yra įtampa Uout, suformuota remiantis atskaitos įtampa.

Analoginio skaitmeninio konvertavimo procedūra (4 pav.) susideda iš dviejų etapų: laiko atrankos (sampling) ir lygio kvantavimo. Mėginių ėmimo procesas susideda iš nuolatinio signalo verčių matavimo tik atskirais laikais.

4 pav. Analoginio į skaitmeninį konvertavimo procesas

Kvantifikavimui įvesties signalo kitimo diapazonas yra padalintas į vienodus intervalus – kvantavimo lygius. Mūsų pavyzdyje jų yra aštuoni, bet paprastai jų yra daug daugiau. Kvantavimo operacija sumažinama iki intervalo, per kurį nukrito imties vertė, nustatymas ir skaitmeninio kodo priskyrimas išvesties reikšmei.