Thiết bị kỹ thuật số: bộ đếm xung, bộ mã hóa, bộ ghép kênh

Bộ đếm xung — một thiết bị điện tử được thiết kế để đếm số lượng xung được áp dụng cho đầu vào. Số lượng xung nhận được được thể hiện bằng ký hiệu nhị phân.

Bộ đếm xung là một loại thanh ghi (count register) và lần lượt được xây dựng trên các flip-flop và cổng logic.

Các chỉ số chính của bộ đếm là hệ số đếm K 2n — số lượng xung mà bộ đếm có thể đếm được. Ví dụ: bộ đếm bốn lần kích hoạt có thể có hệ số đếm tối đa là 24 = 16. Đối với bộ đếm bốn lần kích hoạt, mã đầu ra tối thiểu là 0000, tối đa -1111 và khi hệ số đếm là Kc = 10, đầu ra dừng đếm khi mã 1001 = 9 .

Hình 1a cho thấy sơ đồ của bộ đếm T-flip bốn bit được kết nối nối tiếp. Các xung đếm được áp dụng cho đầu vào đếm của flip-flop đầu tiên. Đầu vào bộ đếm của các flip-flop sau được kết nối với đầu ra của các flip-flop trước đó.

Hoạt động của mạch được minh họa bằng các đồ thị thời gian trong Hình 1, b.Khi xung đếm đầu tiên đến điểm phân rã của nó, flip-flop đầu tiên chuyển sang trạng thái Q1 = 1, tức là bộ đếm có mã kỹ thuật số là 0001. Ở cuối xung bộ đếm thứ hai, flip-flop đầu tiên chuyển sang trạng thái «0» và lần thứ hai chuyển sang trạng thái «1». Bộ đếm ghi số 2 với mã 0010.

Hình 1 - Bộ đếm bốn chữ số nhị phân: a) sơ đồ, b) biểu diễn đồ họa thông thường, c) sơ đồ thời gian hoạt động

Từ sơ đồ (Hình 1, b), có thể thấy rằng, ví dụ, theo độ suy giảm của xung thứ 5, mã 0101 được viết trong bộ đếm, theo thứ 9 - 1001, v.v. Vào cuối xung thứ 15, tất cả các bit của bộ đếm được đặt ở trạng thái «1» và sau khi xung thứ 16 giảm, tất cả các trình kích hoạt được đặt lại, nghĩa là bộ đếm chuyển sang trạng thái ban đầu. Có đầu vào «đặt lại» để buộc bộ đếm đặt lại.

Hệ số đếm của bộ đếm nhị phân được tìm thấy từ tỷ lệ Ksc = 2n, trong đó n là số bit (flip-flop) của bộ đếm.

Đếm số lượng xung là hoạt động phổ biến nhất trong các thiết bị xử lý thông tin kỹ thuật số.

Trong quá trình hoạt động của bộ đếm nhị phân, tốc độ lặp lại của các xung ở đầu ra của mỗi lần lật tiếp theo giảm một nửa so với tần số của các xung đầu vào của nó (Hình 1, b). Do đó, bộ đếm còn được dùng làm bộ chia tần số.

Bộ mã hóa (còn gọi là bộ mã hóa) chuyển đổi tín hiệu thành mã kỹ thuật số, thường là số thập phân trong hệ thống số nhị phân.

Một bộ mã hóa có m đầu vào được đánh số liên tiếp bằng số thập phân (0, 1,2, …, m — 1) và n đầu ra. Số lượng đầu vào và đầu ra được xác định bởi mối quan hệ 2n = m (Hình 2, a). Ký hiệu «CD» được hình thành từ các chữ cái trong từ tiếng Anh Coder.

Áp dụng tín hiệu cho một trong các đầu vào làm cho đầu ra tạo ra một số nhị phân n-bit tương ứng với số đầu vào. Ví dụ: khi một xung được đưa vào đầu vào thứ tư, mã kỹ thuật số 100 sẽ xuất hiện ở đầu ra (Hình 2, a).

Bộ giải mã (còn gọi là bộ giải mã) được sử dụng để chuyển đổi số nhị phân trở lại số thập phân nhỏ. Đầu vào của bộ giải mã (Hình 2, b) nhằm cung cấp số nhị phân, đầu ra được đánh số thứ tự bằng số thập phân. Khi một số nhị phân được áp dụng cho các đầu vào, một tín hiệu sẽ xuất hiện ở một đầu ra cụ thể có số tương ứng với số đầu vào. Ví dụ: khi mã 110 được cung cấp, tín hiệu sẽ xuất hiện ở đầu ra thứ 6.

Hình 2 — a) Bộ mã hóa UGO, b) Bộ giải mã UGO

Bộ ghép kênh - một thiết bị trong đó đầu ra được kết nối với một trong các đầu vào, theo mã địa chỉ. Chế. một bộ ghép kênh là một công tắc hoặc cổ góp điện tử.

Hình 3 - Bộ ghép kênh: a) biểu diễn đồ họa thông thường, b) bảng trạng thái

Mã địa chỉ được gửi đến đầu vào A1, A2, mã này xác định đầu vào tín hiệu nào sẽ được truyền đến đầu ra của thiết bị (Hình 3).

Để chuyển đổi thông tin từ kỹ thuật số sang tương tự, hãy sử dụng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) và để chuyển đổi ngược lại, hãy sử dụng bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC).

Tín hiệu đầu vào của DAC là một số nhị phân có nhiều chữ số và tín hiệu đầu ra là điện áp Uout được hình thành dựa trên điện áp tham chiếu.

Quy trình chuyển đổi tương tự sang số (Hình 4) bao gồm hai giai đoạn: lấy mẫu thời gian (lấy mẫu) và lượng tử hóa mức. Quá trình lấy mẫu bao gồm các giá trị đo của tín hiệu liên tục chỉ tại các thời điểm rời rạc.

Hình 4-Quá trình chuyển đổi tương tự sang số

Đối với lượng tử hóa, phạm vi biến thiên của tín hiệu đầu vào được chia thành các khoảng bằng nhau — các mức lượng tử hóa. Trong ví dụ của chúng tôi có tám trong số chúng, nhưng thông thường có nhiều hơn nữa. Hoạt động lượng tử hóa được rút gọn thành việc xác định khoảng thời gian mà giá trị mẫu giảm xuống và gán mã kỹ thuật số cho giá trị đầu ra.