Digitale Geräte: Impulszähler, Encoder, Multiplexer
Impulszähler – ein elektronisches Gerät, das die Anzahl der am Eingang anliegenden Impulse zählt. Die Anzahl der empfangenen Impulse wird in binärer Schreibweise ausgedrückt.
Impulszähler sind eine Art Register (Zählregister) und basieren auf Flip-Flops bzw. Logikgattern.
Die Hauptindikatoren der Zähler sind der Zählkoeffizient K 2n – die Anzahl der Impulse, die vom Zähler gezählt werden können. Beispielsweise kann ein Zähler mit vier Triggern einen maximalen Zählfaktor von 24 = 16 haben. Bei einem Zähler mit vier Triggern ist der minimale Ausgabecode 0000, der maximale -1111, und wenn der Zählfaktor Kc = 10 ist, ist der Ausgang stoppt den Zählvorgang, wenn Code 1001 = 9 ist.
Abbildung 1a zeigt ein Diagramm eines in Reihe geschalteten Vier-Bit-T-Flip-Zählers. Die Zählimpulse werden an den Zähleingang des ersten Flip-Flops angelegt. Die Zählereingänge der folgenden Flip-Flops sind mit den Ausgängen der vorherigen Flip-Flops verbunden.
Der Betrieb der Schaltung wird durch die Zeitdiagramme in Abbildung 1, b veranschaulicht.Wenn der erste Zählimpuls seinen Abfall erreicht, geht das erste Flip-Flop in den Zustand Q1 = 1, d. h. Der Zähler hat den digitalen Code 0001. Am Ende des zweiten Zählimpulses geht das erste Flip-Flop in den Zustand „0“ und das zweite in den Zustand „1“. Der Zähler erfasst die Nummer 2 mit dem Code 0010.
Abbildung 1 – Binärer vierstelliger Zähler: a) Diagramm, b) herkömmliche grafische Darstellung, c) Zeitdiagramme des Betriebs
Aus dem Diagramm (Abb. 1, b) ist ersichtlich, dass beispielsweise entsprechend der Dämpfung des 5. Impulses der Code 0101 in den Zähler geschrieben wird, gemäß dem 9. — 1001 und so weiter. Am Ende des 15. Impulses werden alle Bits des Zählers auf den Zustand „1“ gesetzt und nach dem Abklingen des 16. Impulses werden alle Trigger zurückgesetzt, d. h. der Zähler geht in seinen Ausgangszustand über. Es gibt einen „Reset“-Eingang, um das Zurücksetzen des Zählers zu erzwingen.
Der Zählfaktor eines Binärzählers ergibt sich aus dem Verhältnis Ksc = 2n, wobei n die Anzahl der Bits (Flip-Flops) des Zählers ist.
Das Zählen der Anzahl der Impulse ist der häufigste Vorgang in digitalen Informationsverarbeitungsgeräten.
Während des Betriebs des Binärzählers wird die Wiederholungsrate der Impulse am Ausgang jedes nachfolgenden Flip-Flops im Vergleich zur Frequenz seiner Eingangsimpulse um die Hälfte reduziert (Abb. 1, b). Daher werden Zähler auch als Frequenzteiler verwendet.
Ein Scrambler (auch Encoder genannt) wandelt ein Signal in einen digitalen Code um, meist Dezimalzahlen in einem binären Zahlensystem.
Ein Encoder hat m Eingänge, die fortlaufend mit Dezimalzahlen (0, 1,2, …, m – 1) nummeriert sind, und n Ausgänge. Die Anzahl der Ein- und Ausgänge wird durch die Beziehung 2n = m bestimmt (Abb. 2, a). Das Symbol «CD» wird aus den Buchstaben des englischen Wortes Coder gebildet.
Das Anlegen eines Signals an einen der Eingänge führt dazu, dass der Ausgang eine n-Bit-Binärzahl erzeugt, die der Eingangsnummer entspricht. Wenn beispielsweise ein Impuls an den vierten Eingang angelegt wird, erscheint an den Ausgängen ein digitaler Code 100 (Abb. 2, a).
Decoder (auch Decoder genannt) werden verwendet, um Binärzahlen wieder in kleine Dezimalzahlen umzuwandeln. Die Eingänge des Decoders (Abb. 2, b) sind zur Lieferung von Binärzahlen vorgesehen, die Ausgänge sind fortlaufend mit Dezimalzahlen nummeriert. Wenn eine Binärzahl an die Eingänge angelegt wird, erscheint ein Signal an einem bestimmten Ausgang, dessen Nummer der Eingangsnummer entspricht. Wenn beispielsweise Code 110 bereitgestellt wird, erscheint das Signal am 6. Ausgang.
Abbildung 2 – a) UGO-Encoder, b) UGO-Decoder
Multiplexer – ein Gerät, bei dem der Ausgang entsprechend dem Adresscode mit einem der Eingänge verbunden ist. Che. Ein Multiplexer ist ein elektronischer Schalter oder Kommutator.
Abbildung 3 – Multiplexer: a) herkömmliche grafische Darstellung, b) Zustandstabelle
An die Eingänge A1, A2 wird ein Adresscode gesendet, der bestimmt, welcher der Signaleingänge an den Ausgang des Geräts übertragen wird (Abb. 3).
Um Informationen von digital in analog umzuwandeln, verwenden Sie Digital-Analog-Wandler (DACs) und für die Rückwandlung Analog-Digital-Wandler (ADCs).
Das Eingangssignal des DAC ist eine binäre mehrstellige Zahl und das Ausgangssignal ist die auf Basis der Referenzspannung gebildete Spannung Uout.
Das Analog-Digital-Umwandlungsverfahren (Abb. 4) besteht aus zwei Stufen: Zeitabtastung (Abtastung) und Pegelquantisierung. Der Abtastvorgang besteht darin, Werte eines kontinuierlichen Signals nur zu diskreten Zeitpunkten zu messen.
Abbildung 4 – Der Analog-Digital-Umwandlungsprozess
Zur Quantisierung wird der Variationsbereich des Eingangssignals in gleiche Intervalle – Quantisierungsstufen – unterteilt. In unserem Beispiel sind es acht davon, aber normalerweise sind es noch viel mehr. Der Quantisierungsvorgang reduziert sich auf die Bestimmung des Intervalls, in das der Abtastwert fiel, und die Zuweisung eines digitalen Codes zum Ausgangswert.