Digitalni uređaji: brojači impulsa, koderi, multiplekseri

Brojač impulsa — elektronički uređaj dizajniran za brojanje broja impulsa primijenjenih na ulazu. Broj primljenih impulsa izražava se u binarnom zapisu.

Brojači impulsa su vrsta registara (registri brojanja) i izgrađeni su na flip-flopovima odnosno logičkim vratima.

Glavni pokazatelji brojača su koeficijent brojanja K 2n — broj impulsa koje brojač može izbrojati. Na primjer, brojač s četiri okidača može imati maksimalni faktor brojanja 24 = 16. Za brojač s četiri okidača minimalni izlazni kod je 0000, maksimalni -1111, a kada je faktor brojanja Kc = 10, izlaz prestaje brojati kada je kod 1001 = 9 .

Slika 1a prikazuje dijagram serijski spojenog četverobitnog T-flip brojača. Impulsi brojanja primjenjuju se na ulaz brojača prvog flip-flopa. Brojački ulazi sljedećih bistabila spojeni su na izlaze prethodnih bistabila.

Rad kruga ilustriran je vremenskim grafikonima prikazanim na slici 1, b.Kada prvi impuls brojanja dođe do svog raspada, prvi flip-flop prelazi u stanje Q1 = 1, tj. brojač ima digitalni kod 0001. Na kraju drugog impulsa brojača, prvi flip-flop prelazi u stanje «0», a drugi u stanje «1». Brojač bilježi broj 2 sa šifrom 0010.

Slika 1 — Binarni četveroznamenkasti brojač: a) dijagram, b) konvencionalni grafički prikaz, c) vremenski dijagrami rada

Iz dijagrama (slika 1, b) može se vidjeti da je, na primjer, prema prigušenju 5. impulsa, kod 0101 napisan u brojaču, prema 9. - 1001, i tako dalje. Na kraju 15. impulsa svi bitovi brojača postavljaju se u stanje «1», a nakon raspada 16. impulsa svi trigeri se resetiraju, odnosno brojač prelazi u početno stanje. Postoji ulaz za «resetiranje» za prisilno resetiranje brojača.

Faktor brojanja binarnog brojača nalazi se iz omjera Ksc = 2n, gdje je n broj bitova (flip-flopova) brojača.

Brojanje broja impulsa najčešća je operacija u uređajima za digitalnu obradu informacija.

Tijekom rada binarnog brojača, brzina ponavljanja impulsa na izlazu svakog sljedećeg flip-flopa smanjuje se za pola u usporedbi s frekvencijom njegovih ulaznih impulsa (slika 1, b). Stoga se brojači također koriste kao djelitelji frekvencije.

Scrambler (koji se naziva i koder) pretvara signal u digitalni kod, najčešće decimalne brojeve u binarnom brojevnom sustavu.

Koder ima m ulaza uzastopno numeriranih decimalnim brojevima (0, 1,2, …, m — 1) i n izlaza. Broj ulaza i izlaza određen je odnosom 2n = m (slika 2, a). Simbol «CD» formiran je od slova engleske riječi Coder.

Primjena signala na jedan od ulaza uzrokuje da izlaz proizvede n-bitni binarni broj koji odgovara ulaznom broju. Na primjer, kada se impuls primijeni na četvrti ulaz, na izlazima se pojavljuje digitalni kod 100 (slika 2, a).

Dekoderi (koji se nazivaju i dekoderi) koriste se za pretvaranje binarnih brojeva natrag u male decimalne brojeve. Ulazi dekodera (slika 2, b) namijenjeni su za dovod binarnih brojeva, izlazi su sekvencijalno numerirani decimalnim brojevima. Kada se na ulaze primijeni binarni broj, signal se pojavljuje na određenom izlazu čiji broj odgovara ulaznom broju.Na primjer, kada je dat kod 110, signal će se pojaviti na 6. izlazu.

Slika 2 — a) UGO koder, b) UGO dekoder

Multiplekser - uređaj u kojem je izlaz povezan s jednim od ulaza, prema adresnom kodu. Che. multiplekser je elektronički prekidač ili komutator.

Slika 3 — Multiplekser: a) konvencionalni grafički prikaz, b) tablica stanja

Na ulaze A1, A2 šalje se adresni kod koji određuje koji će se signalni ulaz prenositi na izlaz uređaja (slika 3).

Za pretvaranje informacija iz digitalnog u analogni koristite digitalno-analogne pretvarače (DAC), a za obrnutu pretvorbu koristite analogno-digitalne pretvarače (ADC).

Ulazni signal DAC-a je binarni višeznamenkasti broj, a izlazni signal je napon Uout formiran na temelju referentnog napona.

Postupak analogno-digitalne pretvorbe (sl. 4) sastoji se od dvije faze: vremenskog uzorkovanja (uzorkovanje) i kvantizacije razine. Proces uzorkovanja sastoji se od mjerenja vrijednosti kontinuiranog signala samo u diskretnim vremenima.

Slika 4-Proces analogno-digitalne pretvorbe

Za kvantizaciju, raspon varijacije ulaznog signala podijeljen je na jednake intervale — razine kvantizacije. U našem primjeru ima ih osam, ali obično ih je mnogo više. Operacija kvantizacije svodi se na određivanje intervala u kojem je pala vrijednost uzorka i dodjeljivanje digitalnog koda izlaznoj vrijednosti.