Dispositivi digitali: contaimpulsi, encoder, multiplexer
Contatore di impulsi: un dispositivo elettronico progettato per contare il numero di impulsi applicati all'ingresso. Il numero di impulsi ricevuti è espresso in notazione binaria.
I contatori di impulsi sono un tipo di registri (registri di conteggio) e sono costruiti rispettivamente su flip-flop e porte logiche.
Gli indicatori principali dei contatori sono il coefficiente di conteggio K 2n, il numero di impulsi che possono essere contati dal contatore. Ad esempio, un contatore a quattro trigger può avere un fattore di conteggio massimo di 24 = 16. Per un contatore a quattro trigger, il codice di output minimo è 0000, il massimo -1111 e quando il fattore di conteggio è Kc = 10, il codice di output interrompe il conteggio quando il codice 1001 = 9 .
La Figura 1a mostra un diagramma di un contatore T-flip a quattro bit collegato in serie. Gli impulsi di conteggio vengono applicati all'ingresso di conteggio del primo flip-flop. Gli ingressi contatore dei flip-flop successivi sono collegati alle uscite dei flip-flop precedenti.
Il funzionamento del circuito è illustrato dai grafici di temporizzazione mostrati in Figura 1, b.Quando il primo impulso di conteggio arriva al suo decadimento, il primo flip-flop va nello stato Q1 = 1, cioè il contatore ha un codice digitale di 0001. Alla fine del secondo impulso di conteggio, il primo flip-flop va allo stato «0», e il secondo va allo stato «1». Il contatore registra il numero 2 con codice 0010.
Figura 1 — Contatore binario a quattro cifre: a) diagramma, b) rappresentazione grafica convenzionale, c) diagrammi temporali di funzionamento
Dal diagramma (Fig. 1, b) si può vedere che, ad esempio, secondo l'attenuazione del 5° impulso, il codice 0101 è scritto nel contatore, secondo il 9° - 1001, e così via. Alla fine del 15° impulso, tutti i bit del contatore vengono impostati sullo stato «1», e dopo il decadimento del 16° impulso, tutti i trigger vengono resettati, cioè il contatore torna allo stato iniziale. C'è un ingresso «reset» per forzare il reset del contatore.
Il fattore di conteggio di un contatore binario si ricava dal rapporto Ksc = 2n, dove n è il numero di bit (flip-flop) del contatore.
Il conteggio del numero di impulsi è l'operazione più comune nei dispositivi di elaborazione delle informazioni digitali.
Durante il funzionamento del contatore binario, la frequenza di ripetizione degli impulsi all'uscita di ogni successivo flip-flop è ridotta della metà rispetto alla frequenza dei suoi impulsi di ingresso (Fig. 1, b). Pertanto, i contatori vengono utilizzati anche come divisori di frequenza.
Uno scrambler (chiamato anche codificatore) converte un segnale in un codice digitale, molto spesso numeri decimali in un sistema numerico binario.
Un encoder ha m ingressi numerati consecutivamente con numeri decimali (0, 1,2, …, m — 1) e n uscite. Il numero di ingressi e uscite è determinato dalla relazione 2n = m (Fig. 2, a). Il simbolo «CD» è formato dalle lettere della parola inglese Coder.
L'applicazione di un segnale a uno degli ingressi fa sì che l'uscita produca un numero binario di n bit corrispondente al numero di ingresso. Ad esempio, quando viene applicato un impulso al quarto ingresso, alle uscite appare un codice digitale 100 (Fig. 2, a).
I decodificatori (chiamati anche decodificatori) vengono utilizzati per riconvertire i numeri binari in piccoli numeri decimali. Gli ingressi del decodificatore (Fig. 2, b) sono destinati a fornire numeri binari, le uscite sono numerate in sequenza con numeri decimali. Quando un numero binario viene applicato agli ingressi, un segnale appare su una particolare uscita il cui numero corrisponde al numero di ingresso.Ad esempio, quando viene fornito il codice 110, il segnale apparirà sulla 6a uscita.
Figura 2 — a) codificatore UGO, b) decodificatore UGO
Multiplexer: un dispositivo in cui l'uscita è collegata a uno degli ingressi, in base al codice dell'indirizzo. Che. un multiplexer è un interruttore o commutatore elettronico.
Figura 3 — Multiplexer: a) rappresentazione grafica convenzionale, b) tabella di stato
Un codice indirizzo viene inviato agli ingressi A1, A2, che determina quale degli ingressi del segnale verrà trasmesso all'uscita del dispositivo (Fig. 3).
Per convertire le informazioni da digitale ad analogico, utilizzare convertitori digitale-analogico (DAC) e per la conversione inversa, utilizzare convertitori analogico-digitale (ADC).
Il segnale di ingresso del DAC è un numero binario a più cifre e il segnale di uscita è la tensione Uout formata in base alla tensione di riferimento.
La procedura di conversione analogico-digitale (Fig. 4) consiste in due fasi: campionamento del tempo (campionamento) e quantizzazione del livello. Il processo di campionamento consiste nel misurare i valori di un segnale continuo solo a tempi discreti.
Figura 4-Il processo di conversione da analogico a digitale
Per la quantizzazione, l'intervallo di variazione del segnale di ingresso è diviso in intervalli uguali — livelli di quantizzazione. Nel nostro esempio ce ne sono otto, ma di solito ce ne sono molti di più. L'operazione di quantizzazione si riduce alla determinazione dell'intervallo in cui cade il valore campione e all'assegnazione di un codice digitale al valore di uscita.