Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления	Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ Двоичная арифметика. Формы представления чисел. Стр 1 из 7Следующая ⇒ Сигналы: аналоговые и цифровые. Виды дискретных сигналов. Основные параметры реального цифрового сигнала. Аналоговые и дискретные электронные устройства. Достоинства и недостатки. Основные типы и назначение цифровых устройств.   Сигнал – любая физическая величина, которая изменяется со временем. Именно благодаря изменениям сигнал несет информацию Аналоговый сигнал – сигнал, информационный параметр которого может принимать любые значения Цифровой сигнал – сигнал, принимающий только 2 (иногда 3) значения, причем разрешены некоторые отклонения от этих значений Дискретный сигнал - сигнал, который представляет собой последовательность отчетов или измерений какой-либо величины. Измерения такого сигнала не непрерывны, а периодичны   Виды дискретных сигналов: дискретный по времени (а); дискретный по уровню (б); дискретный по времени и уровню (в) Параметры реального цифрового сигнала: - диапазон напряжений для лог. 0 и 1, для выходов ЛЭ/схем и для входов цифровых элементов/схем; - нагрузочная способность (коэффициент разветвления по выходу) выходов цифровой схемы - длительность переключения состояния — время изменения состояния сигнала с низкого уровня на высокий и наоборот (перехода из лог. 0 в 1 и наоборот) - временная задержка цифрового сигнала при прохождении через ЛЭ/схему Аналоговое устройство – устройство, которое обеспечивает непрерывность соотношения между его входным и выходным сигналом Дискретное устройство – устройство, предназначенное для приема, преобразования и передачи электрических сигналов с помощью квантования по времени и/или исходной аналоговой функции S(t) -  аналоговых устройств: чувствительность ко всяким паразитным воздействиям — шумам, наводкам, помехам, которые искажают полезный сигнал, а при передаче сигнала на большие расстояния сигналы ослабляются и уменьшается соотношение сигнал/шум; сильная зависимость от внешних факторов (температура, старение элементов, внешние поля); низкая энергоэффективность +    аналоговых устройств: максимально достижимое быстродействие всегда принципиально выше, чем цифровых устройств; простота и надежность     - дискретных устройств: иногда дискретное устройство имеет более высокое энергопотребление, чем аналоговое устройство; сложность; неточность    +     дискретных устройств: защита от воздействия шумов, наводок и помех гораздо лучше аналоговых устройств; сигналы можно передавать на большую дальность; малая габаритность (обуславливается облегчением их изготовления средствами интегрального производства) Основные типы цифровых устройств:   комбинационные (по способу ввода-вывода переменных) и последовательностные (по принципу действия)/ КЦУ – устройства, выходной сигнал которых полностью определяется комбинацией входных сигналов в данный момент времени (эти устройства не обладают памятью). ПЦУ – устройства, выходные сигналы которых определяются не только комбинацией входных сигналов в данный момент времени, но и предшествующими входными сигналами (эти устройства обладают памятью). Назначение цифровых устройств: запоминание и передача информации, ее прием; хранение информации; управление другими устройствами   2. Представление информации в цифровых устройствах. Представление непрерывных сигналов. Основные операции при преобразовании аналогового сигнала в цифровой.  Цифровые системы оперируют двумя значениями сигнала – лог. 0 и 1. Для математического представления значений дискретных переменных в цифровых устройствах используется в основном двоичная система счисления (могут использоваться и другие системы счисления, например восьмеричная или шестнадцатеричная) Представление непрерывных сигналов: по теореме Котельникова, всякий непрерывный сигнал S(t) со спектром, ограниченным частотой Fmax, может быть представлен последовательностью своих мгновенных значений (отсчетов), взятых через интервалы времени Δt ≤ 1/(2Fmax) Основные операции при преобразовании аналогового сигнала в цифровой: Ø Дискретизация сигнала – замена непрерывного аналогового сигнала выборками, взятыми с определенным интервалом, значения которых равны аналоговому сигналу в данный момент времени Ø Квантование по уровню – нахождение для каждой выборки ближайшего к ней уровня квантования из используемого набора уровней Ø Кодирование (оцифровка) – процесс, в результате которого номер найденного уровня квантования представляется в виде двоичного числа     3. Системы счисления: двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная. Правила переводов из одной системы в другую. Преобразования дробных десятичный чисел в другие системы счисления. Система счисления - символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков. Основание СС – количество букв алфавита (цифр), которые используются в данной СС Двоичная система счисления – позиционная система счисления с основанием 2 Восьмеричная система счисления – позиционная система счисления с основанием 8 Шестнадцатеричная система счисления – позиционная система счисления с основанием 16 Комбинационные цифровые устройства. Порядок проведения синтеза комбинационных устройств. Пример синтеза кодопреобразователя из кода 8-4-2-1 в код 4-1-2-1. КЦУ – устройства, выходной сигнал которых полностью определяется комбинацией входных сигналов в данный момент времени. Такие устройства не обладают памятью. Порядок синтеза: - формализация правил работы комбинационного устройства. На основании общих требований к цифровому устройству составляются условия функционирования комбинационного устройства в виде таблицы истинности, структурных формул или совокупности номеров единичных (нулевых) наборов входных сигналов - минимизация структурных формул. В зависимости от конкретных условий при проведении этого этапа используется алгебраический или графический метод минимизации - запись минимизированных структурных формул в заданном базисе (И-НЕ, ИЛИ-НЕ) - составление структурной схемы. На основании структурной формулы каждой логической операции ставится в соответствие логический элемент выбранного базиса и осуществляются необходимые связи между элементами. Составление схемы начинается с определения необходимого числа инверторов, затем выявляются типы используемых логических элементов и, наконец, устанавливаются связи выход-вход согласно последовательности выполняемых логических операций Пример синтеза кодопреобразователя из кода 8-4-2-1 в код 4-1-2-1: - составление таблицы истинности: 8-4-2-1	4 - 1 - 2 -1
N	X3	X2	X1	X0	Y3	Y2	Y1	Y0
0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	0	0	0	1
2	0	0	1	0	0	0	1	0
3	0	0	1	1	0	0	1	1
4	0	1	0	0	1	0	0	0
5	0	1	0	1	1	0	0	1
6	0	1	1	0	1	0	1	0
7	0	1	1	1	1	0	1	1
8	1	0	0	0	1	1	1	1
9	1	0	0	1	3	3	3	3
10	1	0	1	0	3	3	3	3
11	1	0	1	1	3	3	3	3
12	1	1	0	0	3	3	3	3
13	1	1	0	1	3	3	3	3
14	1	1	1	0	3	3	3	3
15	1	1	1	1	3	3	3	3

 

- заполнение карт Карно:

- запись полученных логических функций:

- Y3=X3+X2

- Y2=X3

- Y1=X3+X1

- Y0=X3+X0

- построение и проверка схемы кодопреобразователя (программа EWB):

 

 

Шифраторы и дешифраторы. Примеры применения. Синтез линейного дешифратора 2Х4.

Шифратор - комбинационное устройство, преобразующее кодовую комбинацию в двоичную систему счисления, причем каждому входу может быть поставлена в соответствие кодовая комбинация, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду. Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным. Число входов и выходов в полном шифраторе связано соотношением n = 2^m, где n— число входов, m— число выходов. Применения шифраторов: сокращение количества сигнальных линий, что очень удобно при передаче сигналов на большие расстояния, но при этом, входные сигналы не должны приходить одновременно на все входы. Наличие у шифратора дополнительных входных и выходных линий позволяет объединить их для увеличения разрядности шифратора, но только с помощью дополнительных логических элементов.

Дешифратор - комбинационное устройство с n входами и m выходами, преобразующее n-разрядный параллельный код, поступающий на входы, в логическую 1 на одном из выходов. Число входов и выходов в так называемом полном дешифраторе связано соотношением m = 2ⁿ, где n - число входов, а m - число выходов. Если в работе дешифратора используется неполное число выходов, то такой дешифратор называется неполным. Применения дешифраторов: непосредственно дешифрование входных кодов, селекция кодов (выбирает определенный код и выдает сигнал, что этот код получен), мультиплексирование.

Синтез линейного дешифратора 2х4 (2 входа и 4 выхода; линейный он потому, что основой такого дешифратора является линейка логических элементов):

- составление таблицы истинности:

- составление функций, их минимизация и построение структурной схемы дешифратора:

Триггеры. Назначение. Основные типы. Асинхронный RS -триггер с прямыми входами. Таблица переходов триггера. Собственная функция RS -триггера.

Триггеры – комбинационные устройства, способные длительно находиться в двух устойчивых состояниях и переходить в одно состояние из другого под воздействием внешних факторов.

Бит (1 или 0) показывают уровень напряжения       (1-- высокий уровень напряжения, 0 – низкий)

Назначение триггеров: используется в элементах хранения памяти (в качестве статических ЗУ), в качестве реагирующего элемента на некоторые входные сигналы в соответствии с задачей, которая стоит перед триггером.

Основные типы триггеров:

- по количеству ступеней обработки входной информации подразделяются на одноступенчатые и двухступенчатые

- по способу записи информации (характеру восприятия триггером входных управляющих сигналов) триггеры можно разделить на синхронные и асинхронные

- по типу управления – на динамические и статические

- по логике работы – бывают D-, T-, RS-, JK-триггеры

Асинхронный RS -триггер с прямыми входами – триггер, активным сигналом для которого является лог. 1. Строится на базе ЛЭ ИЛИ-НЕ.

Схема триггера:

Таблица функционирования триггера:

Вход 1 Rt	Вход 4 St	Вых. 1 Qt	Вых. Qt+1	Состояние
0	0	0	0	Хранение 0
0	0	1	1	Хранение 1
0	1	0	1	Установка 1
0	1	1	1	Подтверждение 1
1	0	0	0	Подтверждение 0
1	0	1	0	Установка 0
1	1	0	*	Запрещ
1	1	1	*	Запрещ

 

Собственная функция триггера: . Строится на базе карты Карно

Асинхронный RS -триггер с инверсными входами. Таблица переходов триггера.

Асинхронный RS -триггер с инверсными входами – триггер, построенный на базе ЛЭ И-НЕ. Активным сигналом для такого триггера является лог. 0.

Таблица функционирования:

Вых. Qt	Вх. 4 Rt	Вх. 1 St	Вых. Qt+1	Состояние
0	1	0	1	Установка 1
1	1	1	1	Хранение 1
1	1	0	1	Подтверждение 1
1	0	1	0	Установка 0
0	1	1	0	Хранение 0
0	0	1	0	Подтверждение 0
0	0	0	*	Зап
1	0	0	*	Зап

 

Собственная функция триггера: . Строится на базе карты Карно:

Работа триггера происходит следующим образом: при подаче на вход S (установка) лог. 0 происходит запись лог. 1. При подаче лог. 1 на S триггер не изменит своего состояния – происходит хранение информации. При подаче на вход R (сброс) лог. 0 происходит сброс триггера в 0, при подаче 1 на R – триггер не изменит своего состояния. Одновременно подавать 2 лог. 0 на триггер нельзя, так как в этом случае его устойчивая работа не гарантируется.

Схема асинхронного RS-триггера на базе ЛЭ И-НЕ (м/с 7400):

 

Триггеры типа JK. Таблица функционирования. Примеры использования.

JK -триггер – триггер, работающий так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное, то есть выполняется операция инверсии.

Схема JK-триггера (классическая двухтактная)

Вход J является входом S, а вход K – входом R (как у RS-триггера). JK-триггер не имеет запрещенных состояний (при подаче двух единиц триггер превращается в счетный триггер. Это означает, что при подаче на тактовый вход C импульсов он изменяет свое состояние на противоположное).

Таблица функционирования JK- триггера:

C	K	J	Q(t)	Q(t+1)	Пояснения
0	x	x	0	0	Режим хран. инф-ции
0	x	x	1	1
1	0	0	0	0	Режим хран. инф-ции
1	0	0	1	1
1	0	1	0	1	Режим устан. 1 J=1
1	0	1	1	1
1	1	0	0	0	Режим записи 0 K=1
1	1	0	1	0
1	1	1	0	1	Счетный режим K=J=1
1	1	1	1	0

 

Используется в качестве обнаружителя коротких импульсов, ждущего мультивибратора, в схемах счетного T-триггера, в составе цифровых счетчиков.

Основные характеристики ЗУ

- емкость ЗУ (общее кол-тво бит информации, которое может храниться в ЗУ одновременно).

- время обращения (полный цикл записи информации или ее считывания).

- время цикла (максимальный интервал времени между двумя обращениями).

- время выборки (временной интервал, определяемый от момента выдачи запроса передачи из памя­ти до момента появления требуемой информации на вы­ходе ЗУ).

- потребляемая мощность (средняя потребляемая мощность при максимальной частоте обращения и потребляемая мощность в режиме хранения).

ОЗУ

Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) осуществляют запись, хранение и считывание информации и работают только при включенном питании - ОЗУ являются энергозависимыми.

ОЗУ по виду хранения информации разделяются на статические и динамические. В статическом ОЗУ в качестве элемента памяти используется триггер, в динамическом - конденсатор. ОЗУ называется RAM (random access memory - память с произвольным доступом). Статическое ОЗУ соответственно SRAM, динамическое DRAM.

Запоминающий элемент статического ОЗУ

Запоминающий элемент динамического ОЗУ

Роль запоминающего элемента в статическом ОЗУ исполняет триггер. Такой триггер представляет собой схему с двумя устойчивыми состояниями, обычно состоящую из четырех или шести транзисторов. Схема с четырьмя транзисторами обеспечивает большую емкость микросхемы, а следовательно, меньшую стоимость, однако у такой схемы большой ток утечки, когда информация просто хранится. Также триггер на четырех транзисторах более чувствителен к воздействию внешних источников излучения, которые могут стать причиной потери информации. Наличие двух дополнительных транзисторов позволяет в какой-то мере компенсировать упомянутые недостатки схемы на четырех транзисторах, но, главное — увеличить быстродействие памяти.

Запоминающий элемент динамической памяти значительно проще. Он состоит из конденсатора и запирающего транзистора. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе интерпретируются как 1 или 0 соответственно. Простота схемы позволяет достичь высокой плотности размещения ЗЭ и, в итоге, снизить стоимость. Главный недостаток подобной технологии связан с тем, что накапливаемый на конденсаторе заряд со временем теряется. Среднее время утечки заряда ЗЭ динамической памяти составляет сотни или даже десятки миллисекунд, поэтому заряд необходимо успеть восстановить в течение данного отрезка времени, иначе хранящаяся информация будет утеряна.

 

ПЗУ

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.

Репрограммируемые ПЗУ

Репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) – это ПЗУ, способные не только долго хранить информацию при отсутствии питания (энергонезависимые), но и позволяющие записывать на них новую информацию электрическим способом. Это свойство микросхемы имеют благодаря применению элементов памяти с возможностью управляемой перемычки.

Функции таких элементов памяти выполняют транзисторы со структурой МНОП (или транзисторы со структурой ЛИЗМОП – полупроводник с лавинной инжекцией заряда). Микросхемы РПЗУ подразделяют на две группы: стираемые электрическим сигналом (РПЗУ-ЭС) и стираемые УФ излучением (РПЗУ-УФ).

Элемент памяти со структурой МНОП представляет собой МОП-транзистор с индуцированным каналом n – или р – типа, имеющий двуслойный диэлектрик под затвором. Верхний слой сформирован из нитрида кремния, нижний — из оксида кремния, причем нижний слой значительно тоньше верхнего. Если к затвору относительно подложки приложить импульс напряжения положительной полярности с амплитудой 30-40 В, то под действием сильного электрического поля между затвором и подложкой электроны получат достаточную энергию, чтобы преодолеть тонкий диэлектрический слой и попасть на границу раздела двух диэлектриков.

Поскольку верхний слой имеет значительную толщину, то электроны не могут его пройти и накапливаются внутри подзатворного слоя. Накопленный под затвором заряд электронов снижает пороговое напряжение МНОП-транзистора. Состояние элемента памяти, содержащего под затвором заряд, соответствует лог. 1. Если же заряда нет – это лог. 0.

Процесс программирования микросхем РПЗУ-ЭС происходит в два этапа. На первом этапе стирают информацию во всех МНОП - элементах памяти. Для этого импульсом напряжения отрицательной полярности, прикладываемым на затвор относительно подложки, с амплитудой 30-40 В электроны вытесняются из подзатворного диэлектрика в подложку. Следовательно, после стирания информации элемент памяти принимает состояние лог. 0. На втором этапе уже в нужные элементы памяти производят запись напряжением положительной полярности.

 

24. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Структурная схема, назначение, основные параметры, типы. Процессы дискретизации, квантования и кодирования сигнала. Принципиальная схема АЦП прямого преобразования.

Аналого-цифровые преобразователи – преобразователи входной физической величины в ее числовое представление (преобразователи аналогового сигнала в цифровой).

Структурная схема АЦП прямого преобразования:

 

 

Сигналы: аналоговые и цифровые. Виды дискретных сигналов. Основные параметры реального цифрового сигнала. Аналоговые и дискретные электронные устройства. Достоинства и недостатки. Основные типы и назначение цифровых устройств.

 

Сигнал – любая физическая величина, которая изменяется со временем. Именно благодаря изменениям сигнал несет информацию

Аналоговый сигнал – сигнал, информационный параметр которого может принимать любые значения

Цифровой сигнал – сигнал, принимающий только 2 (иногда 3) значения, причем разрешены некоторые отклонения от этих значений

Дискретный сигнал - сигнал, который представляет собой последовательность отчетов или измерений какой-либо величины. Измерения такого сигнала не непрерывны, а периодичны

 

Виды дискретных сигналов: дискретный по времени (а); дискретный по уровню (б); дискретный по времени и уровню (в)

Параметры реального цифрового сигнала:

- диапазон напряжений для лог. 0 и 1, для выходов ЛЭ/схем и для входов цифровых элементов/схем;

- нагрузочная способность (коэффициент разветвления по выходу) выходов цифровой схемы

- длительность переключения состояния — время изменения состояния сигнала с низкого уровня на высокий и наоборот (перехода из лог. 0 в 1 и наоборот)

- временная задержка цифрового сигнала при прохождении через ЛЭ/схему

Аналоговое устройство – устройство, которое обеспечивает непрерывность соотношения между его входным и выходным сигналом

Дискретное устройство – устройство, предназначенное для приема, преобразования и передачи электрических сигналов с помощью квантования по времени и/или исходной аналоговой функции S(t)

-  аналоговых устройств: чувствительность ко всяким паразитным воздействиям — шумам, наводкам, помехам, которые искажают полезный сигнал, а при передаче сигнала на большие расстояния сигналы ослабляются и уменьшается соотношение сигнал/шум; сильная зависимость от внешних факторов (температура, старение элементов, внешние поля); низкая энергоэффективность

+    аналоговых устройств: максимально достижимое быстродействие всегда принципиально выше, чем цифровых устройств; простота и надежность

 

 

- дискретных устройств: иногда дискретное устройство имеет более высокое энергопотребление, чем аналоговое устройство; сложность; неточность

   +     дискретных устройств: защита от воздействия шумов, наводок и помех гораздо лучше аналоговых устройств; сигналы можно передавать на большую дальность; малая габаритность (обуславливается облегчением их изготовления средствами интегрального производства)

Основные типы цифровых устройств:   комбинационные (по способу ввода-вывода переменных) и последовательностные (по принципу действия)/

КЦУ – устройства, выходной сигнал которых полностью определяется комбинацией входных сигналов в данный момент времени (эти устройства не обладают памятью).

ПЦУ – устройства, выходные сигналы которых определяются не только комбинацией входных сигналов в данный момент времени, но и предшествующими входными сигналами (эти устройства обладают памятью).

Назначение цифровых устройств: запоминание и передача информации, ее прием; хранение информации; управление другими устройствами

 

2. Представление информации в цифровых устройствах. Представление непрерывных сигналов. Основные операции при преобразовании аналогового сигнала в цифровой.

 Цифровые системы оперируют двумя значениями сигнала – лог. 0 и 1. Для математического представления значений дискретных переменных в цифровых устройствах используется в основном двоичная система счисления (могут использоваться и другие системы счисления, например восьмеричная или шестнадцатеричная)

Представление непрерывных сигналов: по теореме Котельникова, всякий непрерывный сигнал S(t) со спектром, ограниченным частотой F_max, может быть представлен последовательностью своих мгновенных значений (отсчетов), взятых через интервалы времени Δt ≤ 1/(2F_max)

Основные операции при преобразовании аналогового сигнала в цифровой:

Ø Дискретизация сигнала – замена непрерывного аналогового сигнала выборками, взятыми с определенным интервалом, значения которых равны аналоговому сигналу в данный момент времени

Ø Квантование по уровню – нахождение для каждой выборки ближайшего к ней уровня квантования из используемого набора уровней

Ø Кодирование (оцифровка) – процесс, в результате которого номер найденного уровня квантования представляется в виде двоичного числа

 

 

3. Системы счисления: двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная. Правила переводов из одной системы в другую. Преобразования дробных десятичный чисел в другие системы счисления.

Система счисления - символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков. Основание СС – количество букв алфавита (цифр), которые используются в данной СС

Двоичная система счисления – позиционная система счисления с основанием 2

Восьмеричная система счисления – позиционная система счисления с основанием 8

Шестнадцатеричная система счисления – позиционная система счисления с основанием 16

Двоичная арифметика. Формы представления чисел.

Формы представления чисел: в формате с плавающей запятой и в формате с фиксированной запятой.

При работе с очень большими или очень малыми числами их представляют в полулогарифмической форме (с плавающей запятой). Вес числа в этом случае изменяется за счет изменения порядка числа. Любое число А в формате с плавающей запятой выглядит следующим образом: А = S^±P·(±m), где S – основание СС мантиссы числа; m – мантисса числа А, причем модуль мантиссы должен быть меньше 1; p – целое число, выражающее порядок числа А, которое показывает, на сколько разрядов вправо (+p) или влево (-p) необходимо передвинуть запятую, чтобы разряды мантиссы представляли собой количественную характеристику исходного числа, его целую и дробную части.

Представление чисел в естественной форме (с фиксированной запятой) более простое. Все исходные числа представляются как целые. Для приведения исходных чисел к единому виду производится их умножение на общий масштабный коэффициент М.