מכשירים דיגיטליים: מוני פולסים, מקודדים, מרבבים

מונה פעימות - מכשיר אלקטרוני שנועד לספור את מספר הפולסים המופעלים על הקלט. מספר הפולסים שהתקבלו מבוטא בסימון בינארי.

מוני פולסים הם סוג של אוגרים (אוגרי ספירה) והם בנויים על כפכפים ושערים לוגיים, בהתאמה.

האינדיקטורים העיקריים של המונים הם מקדם הספירה K 2n - מספר הפולסים שניתן לספור על ידי המונה. לדוגמה, מונה ארבעה טריגרים עשוי להיות בעל מקדם ספירה מקסימלי של 24 = 16. עבור מונה ארבעה טריגרים, קוד הפלט המינימלי הוא 0000, המקסימום -1111, וכאשר מקדם הספירה הוא Kc = 10, הפלט מפסיק לספור כאשר קוד 1001 = 9.

איור 1a מציג תרשים של מונה T-flip ארבע סיביות המחובר בסדרה. פולסי הספירה מופעלים על כניסת הספירה של הכפכף הראשון. כניסות המונה של הכפכפים הבאים מחוברים ליציאות של הכפכפים הקודמים.

פעולת המעגל מומחשת על ידי גרפי התזמון המוצגים באיור 1, ב.כאשר דופק הספירה הראשון מגיע לדעיכה שלו, הכפכף הראשון עובר למצב Q1 = 1, כלומר. למונה יש קוד דיגיטלי של 0001. בסוף פעימת המונה השנייה, הכפכף הראשון עובר למצב «0», והשני עובר למצב «1». המונה רושם את מספר 2 עם קוד 0010.

איור 1 - מונה בינארי בן ארבע ספרות: א) דיאגרמה, ב) ייצוג גרפי רגיל, ג) דיאגרמות תזמון של פעולה

מהתרשים (איור 1, ב) ניתן לראות, למשל, לפי הנחתה של הפולס ה-5, קוד 0101 כתוב במונה, לפי ה-9 - 1001, וכן הלאה. בסוף הפעימה ה-15, כל הסיביות של המונה מוגדרות למצב "1", ולאחר דעיכה של הפעימה ה-16, כל הטריגרים מאופסים, כלומר, המונה עובר למצב ההתחלתי שלו. יש קלט "איפוס" כדי לאלץ את המונה להתאפס.

גורם הספירה של מונה בינארי נמצא מהיחס Ksc = 2n, כאשר n הוא מספר הביטים (כפכפים) של המונה.

ספירת מספר הפולסים היא הפעולה הנפוצה ביותר בהתקני עיבוד מידע דיגיטלי.

במהלך פעולת המונה הבינארי, קצב החזרה של הפולסים במוצא של כל כפכפי כפכף עוקב מופחת בחצי בהשוואה לתדירות פולסי הכניסה שלו (איור 1, ב). לכן, מונים משמשים גם כמחלקי תדרים.

מערבל (נקרא גם מקודד) ממיר אות לקוד דיגיטלי, לרוב מספרים עשרוניים במערכת מספרים בינארית.

לקודד יש m כניסות ממוספרות ברציפות עם מספרים עשרוניים (0, 1,2, …, m - 1) ו-n יציאות. מספר הכניסות והיציאות נקבע על ידי הקשר 2n = m (איור 2, א). הסמל «CD» נוצר מהאותיות במילה האנגלית Coder.

החלת אות על אחת מהכניסות גורמת לפלט לייצר מספר בינארי של n-bit המתאים למספר הקלט. לדוגמה, כאשר דופק מופעל על הכניסה הרביעית, מופיע קוד דיגיטלי 100 ביציאות (איור 2, א).

מפענחים (הנקראים גם מפענחים) משמשים להמרת מספרים בינאריים בחזרה למספרים עשרוניים קטנים. כניסות המפענח (איור 2, ב) מיועדות לאספקת מספרים בינאריים, המוצאים ממוספרים ברצף במספרים עשרוניים. כאשר מוחל מספר בינארי על הכניסות, מופיע אות ביציאה מסויימת שמספרו מתאים למספר הקלט. לדוגמה, כאשר מסופק קוד 110, האות יופיע ביציאה ה-6.

איור 2 - א) מקודד UGO, ב) מפענח UGO

Multiplexer - מכשיר בו היציאה מחוברת לאחת הכניסות, לפי קוד הכתובת. צ'ה. מרבבי הוא מתג אלקטרוני או קומוטטור.

איור 3 - מרבב: א) ייצוג גרפי רגיל, ב) טבלת מצבים

קוד כתובת נשלח לכניסות A1, A2, הקובע אילו מבין כניסות האות ישודרו ליציאה של המכשיר (איור 3).

כדי להמיר מידע מדיגיטלי לאנלוגי, השתמש בממירים דיגיטליים לאנלוגיים (DAC), ולהמרה הפוכה, השתמש בממירים אנלוגיים לדיגיטליים (ADC).

אות הכניסה של ה-DAC הוא מספר רב ספרתי בינארי ואות המוצא הוא המתח Uout שנוצר על בסיס מתח הייחוס.

הליך ההמרה האנלוגי לדיגיטלי (איור 4) מורכב משני שלבים: דגימת זמן (דגימה) וכימות רמות. תהליך הדגימה מורכב ממדידת ערכים של אות רציף רק בזמנים נפרדים.

איור 4-תהליך ההמרה אנלוגי לדיגיטל

עבור קוונטיזציה, טווח השונות של אות הכניסה מחולק למרווחים שווים - רמות קוונטיזציה. בדוגמה שלנו יש שמונה כאלה, אבל בדרך כלל יש הרבה יותר. פעולת הקוונטיזציה מצטמצמת לקביעת המרווח שבו נפל ערך המדגם והקצאת קוד דיגיטלי לערך הפלט.