الأجهزة الرقمية: عدادات النبضات والمشفرات والمضاعفات

عداد النبض - جهاز إلكتروني مصمم لحساب عدد النبضات المطبقة على الإدخال. يتم التعبير عن عدد النبضات المستلمة بترميز ثنائي.

عدادات النبض هي نوع من المسجلات (مسجلات العد) وهي مبنية على زحافات وبوابات منطقية ، على التوالي.

المؤشرات الرئيسية للعدادات هي معامل العد K 2n - عدد النبضات التي يمكن حسابها بواسطة العداد. على سبيل المثال ، قد يكون للعداد ذي المشغلات الأربعة عامل العد الأقصى 24 = 16. بالنسبة للعداد ذي المشغلات الأربعة ، يكون الحد الأدنى لكود الإخراج هو 0000 ، والحد الأقصى -1111 ، وعندما يكون عامل العد Kc = 10 ، يكون الناتج يتوقف عن العد عندما يكون الرمز 1001 = 9.

يوضح الشكل 1 أ مخططًا لعداد T-flip رباعي بت متصل في سلسلة. يتم تطبيق عدد نبضات العد على إدخال العد للتخبط الأول. مدخلات العداد من flip-flops التالية متصلة بمخرجات flip-flops السابقة.

يتم توضيح تشغيل الدائرة من خلال الرسوم البيانية للتوقيت الموضحة في الشكل 1 ، ب.عندما تصل نبضة العد الأولى إلى تسوسها ، فإن أول فليب فليب ينتقل إلى الحالة Q1 = 1 ، أي يحتوي العداد على رمز رقمي 0001. في نهاية نبضة العداد الثانية ، يذهب flip-flop الأول إلى الحالة «0» ، والثاني يذهب إلى الحالة «1». العداد يسجل رقم 2 برمز 0010.

الشكل 1 - العداد الثنائي المكون من أربعة أرقام: أ) الرسم التخطيطي ، ب) التمثيل الرسومي التقليدي ، ج) المخططات الزمنية للعملية

من الرسم البياني (الشكل 1 ، ب) يمكن ملاحظة أنه ، على سبيل المثال ، وفقًا لتوهين النبضة الخامسة ، تتم كتابة الكود 0101 في العداد ، وفقًا للرقم 9 - 1001 ، وهكذا. في نهاية النبضة الخامسة عشر ، يتم ضبط جميع أجزاء العداد على الحالة "1" ، وبعد اضمحلال النبضة السادسة عشر ، تتم إعادة ضبط جميع المشغلات ، أي ينتقل العداد إلى حالته الأولية. يوجد إدخال «إعادة ضبط» لإجبار العداد على إعادة التعيين.

تم العثور على عامل العد للعداد الثنائي من النسبة Ksc = 2n ، حيث n هو عدد البتات (flip-flops) للعداد.

يعد حساب عدد النبضات هو العملية الأكثر شيوعًا في أجهزة معالجة المعلومات الرقمية.

أثناء تشغيل العداد الثنائي ، يتم تقليل معدل تكرار النبضات عند إخراج كل فليب فليب لاحق بمقدار النصف مقارنة بتردد نبضات الإدخال (الشكل 1 ، ب). لذلك ، تُستخدم العدادات أيضًا كمقسمات تردد.

يقوم جهاز تشويش إذاعي (يسمى أيضًا المشفر) بتحويل الإشارة إلى رمز رقمي ، وغالبًا ما تكون الأرقام العشرية في نظام الأرقام الثنائية.

يحتوي المشفر على مدخلات m مرقمة على التوالي بأرقام عشرية (0 ، 1 ، 2 ، ... ، م - 1) ومخرجات ن. يتم تحديد عدد المدخلات والمخرجات من خلال العلاقة 2n = m (الشكل 2 ، أ). يتكون الرمز «CD» من الأحرف الموجودة في الكلمة الإنجليزية Coder.

يؤدي تطبيق إشارة على أحد المدخلات إلى إنتاج رقم ثنائي n-bit مطابق لرقم الإدخال. على سبيل المثال ، عند تطبيق نبضة على المدخل الرابع ، يظهر رمز رقمي 100 عند المخرجات (الشكل 2 ، أ).

تُستخدم أجهزة فك التشفير (وتسمى أيضًا أجهزة فك التشفير) لتحويل الأرقام الثنائية إلى أرقام عشرية صغيرة. مدخلات مفكك الشفرة (الشكل 2 ، ب) مخصصة لتوفير أرقام ثنائية ، والمخرجات مرقمة بالتسلسل بأرقام عشرية. عندما يتم تطبيق رقم ثنائي على المدخلات ، تظهر إشارة عند مخرج معين يتوافق رقمه مع رقم الإدخال ، على سبيل المثال ، عندما يتم توفير الكود 110 ، ستظهر الإشارة عند المخرج السادس.

الشكل 2 - أ) مشفر UGO ، ب) مفكك تشفير UGO

Multiplexer - جهاز يتم فيه توصيل الإخراج بأحد المدخلات ، وفقًا لرمز العنوان. تشي. المضاعف هو مفتاح أو مبدل إلكتروني.

الشكل 3 - معدد: أ) تمثيل رسومي تقليدي ، ب) جدول الحالة

يتم إرسال رمز العنوان إلى المدخلات A1 ​​، A2 ، والذي يحدد أي من مدخلات الإشارة سيتم إرساله إلى خرج الجهاز (الشكل 3).

لتحويل المعلومات من الرقمية إلى التناظرية ، استخدم المحولات الرقمية إلى التناظرية (DACs) ، وللتحويل العكسي ، استخدم المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs).

إشارة الإدخال الخاصة بـ DAC هي رقم ثنائي متعدد الأرقام وإشارة الخرج هي الجهد Uout المتكون بناءً على الجهد المرجعي.

يتكون إجراء التحويل من التناظرية إلى الرقمية (الشكل 4) من مرحلتين: أخذ العينات الزمنية (أخذ العينات) وتقدير المستوى. تتكون عملية أخذ العينات من قياس قيم الإشارة المستمرة فقط في أوقات منفصلة.

الشكل 4 - عملية التحويل التناظري إلى الرقمي

من أجل التكميم ، يتم تقسيم نطاق التباين في إشارة الدخل إلى فترات متساوية - مستويات تكمية. في مثالنا هناك ثمانية منهم ، ولكن عادة ما يكون هناك الكثير. يتم تقليل عملية التكميم لتحديد الفاصل الزمني الذي انخفضت فيه قيمة العينة وتعيين رمز رقمي لقيمة الإخراج.