4. Определение генератора импульсов, основные виды генераторов.

Импульсом называется кратковременное отклонение сигнала то начального уровня. Импульс может быть представлен аналитической, графической и спектральной формами. Для получения импульсов используются генераторы импульсов.

Импульсный генератор – устройство, преобразующее энергию источников постоянного напряжения в энергию импульсов.

В зависимости от формы сигнала бывают: 1. Генератор прямоугольных импульсов. 2. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения – ГЛИН. 3. Генератор импульсов специальной формы.

Г енератор прямоугольных импульсов формирует сигнал, близкий к прямоугольным – релаксационные генераторы. Имеют участки с разной скоростью изменения сигнала. Участок с низкой скоростью изменения сигнала называется равновесным состоянием. 1 – высокая скорость,0 – низкая скорость

Равновесные состояния могут быть: - длительно устойчивыми - квазиустойчивыми

1. В длительно устойчивом состоянии устройство может быть бесконечно долгое количество времени, вывести его из этого состояния может только внешний запускающий импульс.

2. Квазиустойчивое – в нем устройство может находиться некоторое время, определяемое внутренними параметрами системы.

В зависимости от характера устойчивости генераторы делятся: бистабильные генераторы – каждое из состояний устойчиво, моностабильное– одно состояние устойчиво, другое квазиустойчивое, астабильное – оба состояния квазиустойчивы.

5. Функции цифровых устройств, основные понятия, клу, сумматоры, триггеры, регистры и счетчики, ацп, цап, озу, пзу.

ЦЭУ – квантуют исходный сигнал по уровню и времени. Здесь нарушена непрерывность сигнала и по времени и по величине. Но чем больше величина дискретизации, тем меньше погрешность, но т.к. число делений – величина конечная, то с математической точки зрения возникает погрешность между исходным сигналом и выходной образующей, но ошибка в 40 знаке после запятой, это погрешность невеликая.

Процесс замены дискретных уровней сигнала последовательностью чисел называется кодированием. Совокупность чисел – код. Т.е. процесс преобразования и передачи сигнала заменяется процессом преобразования и передачи кодов.

Основными системами счисления, используемыми в цифровых приборах, являются двоичная, восьмеричная, десятичная и шестнадцатеричная.

Сумматоры

Сумматоры различаются по количеству входов и выполняемым операциям.

1. Полусумматор – имеет 2 входа и 2 выхода, предназначен для сложения двух одноразрядных кодов.

2. Полный сумматор – 3 входа, 2 выхода. Формирует сигнал переноса из предыдущего разряда и сигнал переноса в последующий разряд, используется для промежуточного суммирования одноразрядных кодов.

3. Многоразрядный сумматор – предназначен для сложения многоразрядных кодов, формирует код суммы и сигнал переноса в старший разряд, если код результата сложения больше разрядности сумматора.

Многоразрядные сумматоры могут быть двух видов: последовательные и параллельные, в параллельных сигнал суммы и сигнал переноса формируется одновременно во всех разрядах, в последовательных сложение происходит последовательно, начиная с младшего разряда.

Ц ифро-Аналоговые Преобразователи (ЦАП).

Д ля преобразования цифрового сигнала в аналоговый (например, для вывода информации из компьютера на графопостороитель, динамик или другой аналоговый прибор) служит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Простейший ЦАП можно построить на основе суммирующего усилителя, если сопротивления на его входах будут отличаться друг от друга в 2^N раз.

Аналогово-цифровые преобразователи подразделяются на параллельные и последовательные.

П араллельные АЦП имеют более высокое быстродействие, но их трудно сделать многоразрядными. Для примера на рисунке представлен 3-битный АЦП и его передаточная функция.

Опорное напряжение делится на цепочке резисторов. Сравнение полученных напряжений с входным происходит на компараторах. Цифратор (кодер) преобразует полученный код в обычный двоичный код. Как видно на передаточной характеристике (на рисунке, справа), точность преобразования ("оцифровки") зависит от разрядности АПЦ. В данном случае при опорном напряжении 7 В точность преобразования составляет - 1 вольт.

АЦП последовательного типа называют еще счетными. Для преобразование необходимо время для подсчета импульсов, как показано на рисунке ниже, поэтому они более медленные чем параллельные АЦП.

ОЗУ, ПЗУ.

Цифровые запоминающими называют устройства (ЗУ), предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде. Каждый код хранится в отдельном элементе, называемом ячейкой памяти. К основным параметром запоминающих устройств (ЗУ) относятся информационная ёмкость, потребляемая мощность, время хранения кодов, быстродействие.

Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство), в которую информация заносится один раз на этапе изготовления микросхемы. Информация в памяти не пропадает при выключении её питания, поэтому её ещё называются энергонезависимой памятью.

ПЗУ можно разделить на следующие группы: программируемые при изготовлении (обозначают как ПЗУ или ROM); С однократным программированием, позволяющим пользователю однократно изменить состояние матрицы памяти электрическим путём по заданной программе (обозначают как ППЗУ или PROM); Перепрограммируемые (репрограммируемые), с возможностью многократного электрического перепрограммирования, с ультрафиолетовым (обозначают как РПЗУУФ или EPROM) или электрическим (обозначают как РПЗУЭС или EEPROM, или ) стиранием информации.

Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающие устройство), запись информацию в которую наиболее проста и может производится пользователем сколько угодно раз на протяжении срока службы микросхемы. Информация в памяти пропадает при выключении её питания. ОЗУ (RAM) подразделяются на статически и динамические.

Каждая ячейка оперативной (статической) памяти представляет собой, по сути, регистр из триггерных ячеек, в который может быть записана информация и из которой можно информацию читать. Выбор того или иного регистра (той или иной ячейки памяти) производится с помощью кода адреса памяти. Поэтому при выключении питания вся информация из оперативной памяти пропадает (стирается).

Комбинационные логические устройства (КЛУ)

К комбинационным логическим устройствам относятся мультиплексоры, демультиплексоры, кодеры и декодеры, частным случаем кодеров и декодеров являются шифраторы и дешифраторы

Мультиплексором называются комбинационные устройство, обеспечивающее передачу в желаемом порядке цифровой информации, поступающей по нескольким входам на один выход. Мультиплексоры обозначают через MUX, а также через MS. Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства. Кроме информационных входов в мультиплексоре имеются адресные входы и, как правило, разрешающие (стробирующие). Сигналы на адресных входах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных входов n и число адресных входов m действуют соотношение n =2m, то такой мультиплексор называют полным. Если n<2m, то мультиплексор называют неполным.

Шифратор — это комбинационное устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления, причём каждому входу может быть поставлено в соответствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определённому двоичному коду. Шифратор иногда называют " кодером" (от англ. Coder) и используют, например, для перевода десятичных чисел, набранных на клавиатуре.

Дешифратором называется комбинационное устройство, преобразующее n — разрядный двоичный код в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду.

Триггеры

Главное свойство последовательностных устройств – зависимость выходного сигнала от комбинации входных сигналов и от значений переменных на входе и выходе в предыдущий момент времени. Например, необходимо сложить два числа, потом к этой сумме прибавить третье, следовательно нужна память для сохранения предыдущей суммы и обратная связь для возврата к входу этой суммы.

Самым распространенным элементом памяти является триггер (см. бистабильный генератор, триггер с коллекторно-базовыми связями). Рассмотрим его эквивалентную схему на логических элементах:

Из равновесного состояний система выводится замыканием на ноль одного из входов, это неуправляемый триггер. Но если заменить элементы НЕ на элементы 2И-НЕ или 2ИЛИ-НЕ, получим простейший асинхронный неуправляемый RS – триггер.

S – вход установки, R – вход сброса. Если R=S=0 – получаем инвертор.

Регистры

Регистр – это последовательностное устройство, предназначенное для записи, хранения и(или) сдвига информации, записанной в виде многоразрядного двоичного кода. Регистры могут быть двух видов – последовательные и параллельные, последовательные, это скоростные регистры, но они громоздки при использовании многоразрядного кода.

Рассмотрим простейший параллельный регистр для хранения и передачи одного байта информации. Один триггер может хранить и передавать один бит информации, следовательно понадобится 8 триггеров, построим схему на основе D-триггеров.

При поступлении положительного импульса, регистр передает информацию с входа на выход, при поступлении отрицательного, находится в состоянии хранения информации.

Счетчики

С четчик предназначен для счета входных импульсов и фиксации их количества в двоичном коде. Основной элемент счетчика также – триггер, типа ведущий-ведомый.

Рассмотрим схему четырехразрядного счетчика:

Так как J=K=1, следовательно триггеры работают в счетном режиме. Сброс происходит кратковременным подключением канала сброса к единице. На выходах получаем следующие временные характеристики