Министерство образования Российской Федерации

Владивостокский государственный университет

экономики и сервиса

_____________________________________________________________

Н.Н. Номоконова

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Конспект лекций

Владивосток

Издательство ВГУЭС

2003

ББК 32.85

Н 81

Рецензент: Гудаков Г.А., канд. техн. наук, доцент;

Васильев Б.К., канд. хим. наук, доцент

Номоконова Н.Н.

Н 81 Цифровые устройства и микропроцес­соры: Конспект лекций. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2003. – 52 с.

В конспекте лекций изложены структура, принцип работы, выполняемые функции и особенности анализа и синтеза цифровых устройств комбинационного и последовательностного типов.

Для студентов Института информационных технологий и технических систем ВГУЭС.

ББК 32.85

© Издательство Владивостокского государственного университета

экономики и сервиса, 2003

Введение

Курс лекций составлен в соответствии с учебным планом и программой дисциплины «Цифровые устройства и микропроцессоры». Его издание планируется в двух частях. В целом данная работа будет полезна при изучении цифровой и микропроцессорной техники и вы­полнении контрольных и курсовых работ студентами специальности «Бытовая радиоэлектронная аппаратура» [1, 2, 3, 4, 5].

В данной первой части приводится материал десяти лекций, в которых рассматриваются общетеоретические положения по анализу и проектированию цифровых устройств (ЦУ), относительно невысокой сложности, на основе которых строятся сложные БИС микропроцессоров и микропроцессорного обрамления.

Тематически материал разбит на три основные темы. В первой рассмотрены преимущества цифровых устройств, перечислены области их применения, кратко отражена история развития технологии цифровых ИС, а также суть цифровой информации и способы ее преобразования. Далее раскрываются вопросы теории проектирования и функционирования цифровых устройств комбинационного типа (устройства без памяти). Третья тема посвящена цифровым устройствам с памятью. Приводятся классификация и определение триггеров, счетчиков и регистров. Автор попытался обобщить основные направления развития цифровой техники, однако читателям необходимо использовать дополнительную информацию из справочной и технической литературы и воспользоваться возможностями Internet.

Тема 1. Способы преобразования цифровой информации Лекция 1. Цифровые устройства и цифровая информация

Вводная лекция. Цифровая информация и способы ее преобразования. Общие сведения о цифровых устройствах. Справочные данные. Представление чисел в различных системах счисления

1.1. Цифровая обработка радиосигналов

Все физические процессы, в том числе и радиотехнические сиг­налы, являются непрерывными (аналоговыми). Часто на практике возникает необходимость преобразования таких сигналов к виду, пригодному для обработки цифровыми устройствами.

Преимущества цифровых методов обработки радиосигналов очевидны и заключаются в обеспечении высокой точности, стабильности параметров, недостижимых при аналоговой обработке. Цифровые схемы проектируются на основе одного или нескольких типов логических элементов, что существенно повышает технологичность их производства. В то же время аналоговые схемы содержат элементы с разными номиналами и потому требуют настройки. Стабильность цифровых устройств обеспечивается тем, что логические элементы имеют два устойчивых разграниченных состояния, которые сохраняются даже при воздействии внешних дестабилизирующих факторов (например температурных). Обработка сигналов цифровыми методами позволяет достичь прямоугольной формы одного из основных параметров фильтров амплитудно-частотной характеристики.

Рис.1.1. Приведение аналогового сигнала u (t) к цифровому виду n (t)

Любой непрерывный сигнал u(t) может быть представлен в циф­ровом виде путем его дискретизации по времени и квантования по уровню, как показано на рис. 1.1. При этом естественно возникает вопрос об обратном восстановлении аналогового сигнала без потери информации.

Принцип выбора интервалов дискретизации Т, при которых не происходит потери аналоговой информации, впервые обоснован В.А. Котельниковым в 1933 г. [6]. Однако потеря информации может произойти и при квантовании по амплитуде уже дискретизированного сигнала, т.к. число уровней квантования N конечно. N выбирается исходя из требуемой точности восстановления аналогового сигнала (например, из соотношения сигнал/шум). Таким образом, сигнал дискретизированный по времени и квантованный по уровню называется цифровым.

Устройства, осуществляющие дискретизацию и квантование непрерывного сигнала, называются аналогоцифровыми преобразователями (АЦП). Для обратного преобразования используются цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) [7].