Digitale apparaten: pulstellers, encoders, multiplexers

Pulsteller - een elektronisch apparaat dat is ontworpen om het aantal pulsen te tellen dat op de ingang wordt toegepast. Het aantal ontvangen pulsen wordt uitgedrukt in binaire notatie.

Pulstellers zijn een soort registers (telregisters) en zijn gebouwd op respectievelijk flip-flops en logische poorten.

De belangrijkste indicatoren van de tellers zijn de telcoëfficiënt K 2n — het aantal pulsen dat door de teller kan worden geteld. Een teller met vier triggers kan bijvoorbeeld een maximale telfactor van 24 = 16 hebben. Voor een teller met vier triggers is de minimale uitvoercode 0000, de maximale -1111, en wanneer de telfactor Kc = 10 is, is de uitvoercode stopt met tellen als code 1001 = 9 .

Figuur 1a toont een schema van een vier-bits T-flip-teller die in serie is geschakeld. De telimpulsen worden toegevoerd aan de telingang van de eerste flip-flop. De telleringangen van de volgende flip-flops zijn verbonden met de uitgangen van de voorgaande flip-flops.

De werking van het circuit wordt geïllustreerd door de timinggrafieken die worden weergegeven in figuur 1, b.Wanneer de eerste telpuls zijn verval bereikt, gaat de eerste flip-flop in de toestand Q1 = 1, d.w.z. de teller heeft een digitale code van 0001. Aan het einde van de tweede telimpuls gaat de eerste flip-flop naar stand «0» en de tweede naar stand «1». De teller registreert nummer 2 met code 0010.

Figuur 1 — Binaire viercijferige teller: a) diagram, b) conventionele grafische weergave, c) timingdiagrammen van de werking

Uit het diagram (Fig. 1, b) blijkt dat bijvoorbeeld, volgens de verzwakking van de 5e puls, code 0101 in de teller wordt geschreven, volgens de 9e - 1001, enzovoort. Aan het einde van de 15e puls worden alle bits van de teller op stand «1» gezet en na het wegvallen van de 16e puls worden alle triggers gereset, dat wil zeggen, de teller gaat terug naar de beginstand. Er is een «reset» ingang om de teller te forceren om te resetten.

De telfactor van een binaire teller wordt gevonden uit de verhouding Ksc = 2n, waarbij n het aantal bits (flip-flops) van de teller is.

Het tellen van het aantal pulsen is de meest gebruikelijke bewerking in digitale informatieverwerkende apparaten.

Tijdens de werking van de binaire teller wordt de herhalingsfrequentie van de pulsen aan de uitgang van elke volgende flip-flop met de helft verminderd in vergelijking met de frequentie van de ingangspulsen (Fig. 1, b). Daarom worden tellers ook gebruikt als frequentiedelers.

Een scrambler (ook wel encoder genoemd) zet een signaal om in een digitale code, meestal decimale getallen in een binair getallenstelsel.

Een encoder heeft m ingangen die achtereenvolgens zijn genummerd met decimale getallen (0, 1,2, …, m — 1) en n uitgangen. Het aantal ingangen en uitgangen wordt bepaald door de relatie 2n = m (Fig. 2, a). Het symbool «CD» is gevormd uit de letters van het Engelse woord Coder.

Het aanleggen van een signaal aan een van de ingangen zorgt ervoor dat de uitgang een n-bits binair getal produceert dat overeenkomt met het ingangsnummer. Wanneer bijvoorbeeld een puls wordt toegepast op de vierde ingang, verschijnt een digitale code 100 aan de uitgangen (Fig. 2, a).

Decoders (ook wel decoders genoemd) worden gebruikt om binaire getallen terug te zetten naar kleine decimale getallen. De ingangen van de decoder (fig. 2, b) zijn bedoeld voor het leveren van binaire getallen, de uitgangen zijn opeenvolgend genummerd met decimale getallen. Wanneer een binair getal wordt toegepast op de ingangen, verschijnt er een signaal aan een bepaalde uitgang waarvan het nummer overeenkomt met het ingangsnummer.Als bijvoorbeeld code 110 wordt gegeven, verschijnt het signaal aan de 6e uitgang.

Figuur 2 — a) UGO-encoder, b) UGO-decoder

Multiplexer - een apparaat waarin de uitgang is aangesloten op een van de ingangen, volgens de adrescode. Che. een multiplexer is een elektronische schakelaar of commutator.

Figuur 3 — Multiplexer: a) conventionele grafische weergave, b) statustabel

Er wordt een adrescode verzonden naar de ingangen A1, A2, die bepaalt welke van de signaalingangen wordt verzonden naar de uitgang van het apparaat (Fig. 3).

Om informatie van digitaal naar analoog om te zetten, gebruikt u digitaal-naar-analoog-omzetters (DAC's) en voor omgekeerde conversie gebruikt u analoog-naar-digitaal-omzetters (ADC's).

Het ingangssignaal van de DAC is een binair meercijferig getal en het uitgangssignaal is de spanning Uout gevormd op basis van de referentiespanning.

De analoog-naar-digitaal conversieprocedure (Fig. 4) bestaat uit twee fasen: time sampling (sampling) en niveaukwantisering. Het bemonsteringsproces bestaat uit het alleen op discrete tijdstippen meten van waarden van een continu signaal.

Figuur 4-Het conversieproces van analoog naar digitaal

Voor kwantisatie wordt het variatiebereik van het ingangssignaal verdeeld in gelijke intervallen - kwantisatieniveaus. In ons voorbeeld zijn het er acht, maar meestal zijn het er veel meer. De kwantiseringsbewerking is beperkt tot het bepalen van het interval waarin de bemonsteringswaarde viel en het toewijzen van een digitale code aan de uitgangswaarde.