Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь
FAQ
Написать работу

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу

Двоичная арифметика. Формы представления чисел.

↑

Стр 1 из 7Следующая ⇒

Сигналы: аналоговые и цифровые. Виды дискретных сигналов. Основные параметры реального цифрового сигнала. Аналоговые и дискретные электронные устройства. Достоинства и недостатки. Основные типы и назначение цифровых устройств.

Сигнал – любая физическая величина, которая изменяется со временем. Именно благодаря изменениям сигнал несет информацию

Аналоговый сигнал – сигнал, информационный параметр которого может принимать любые значения

Цифровой сигнал – сигнал, принимающий только 2 (иногда 3) значения, причем разрешены некоторые отклонения от этих значений

Дискретный сигнал - сигнал, который представляет собой последовательность отчетов или измерений какой-либо величины. Измерения такого сигнала не непрерывны, а периодичны

Виды дискретных сигналов: дискретный по времени (а); дискретный по уровню (б); дискретный по времени и уровню (в)

Параметры реального цифрового сигнала:

- диапазон напряжений для лог. 0 и 1, для выходов ЛЭ/схем и для входов цифровых элементов/схем;

- нагрузочная способность (коэффициент разветвления по выходу) выходов цифровой схемы

- длительность переключения состояния — время изменения состояния сигнала с низкого уровня на высокий и наоборот (перехода из лог. 0 в 1 и наоборот)

- временная задержка цифрового сигнала при прохождении через ЛЭ/схему

Аналоговое устройство – устройство, которое обеспечивает непрерывность соотношения между его входным и выходным сигналом

Дискретное устройство – устройство, предназначенное для приема, преобразования и передачи электрических сигналов с помощью квантования по времени и/или исходной аналоговой функции S(t)

- аналоговых устройств: чувствительность ко всяким паразитным воздействиям — шумам, наводкам, помехам, которые искажают полезный сигнал, а при передаче сигнала на большие расстояния сигналы ослабляются и уменьшается соотношение сигнал/шум; сильная зависимость от внешних факторов (температура, старение элементов, внешние поля); низкая энергоэффективность

+ аналоговых устройств: максимально достижимое быстродействие всегда принципиально выше, чем цифровых устройств; простота и надежность

- дискретных устройств: иногда дискретное устройство имеет более высокое энергопотребление, чем аналоговое устройство; сложность; неточность

+ дискретных устройств: защита от воздействия шумов, наводок и помех гораздо лучше аналоговых устройств; сигналы можно передавать на большую дальность; малая габаритность (обуславливается облегчением их изготовления средствами интегрального производства)

Основные типы цифровых устройств: комбинационные (по способу ввода-вывода переменных) и последовательностные (по принципу действия)/

КЦУ – устройства, выходной сигнал которых полностью определяется комбинацией входных сигналов в данный момент времени (эти устройства не обладают памятью).

ПЦУ – устройства, выходные сигналы которых определяются не только комбинацией входных сигналов в данный момент времени, но и предшествующими входными сигналами (эти устройства обладают памятью).

Назначение цифровых устройств: запоминание и передача информации, ее прием; хранение информации; управление другими устройствами

2. Представление информации в цифровых устройствах. Представление непрерывных сигналов. Основные операции при преобразовании аналогового сигнала в цифровой.

Цифровые системы оперируют двумя значениями сигнала – лог. 0 и 1. Для математического представления значений дискретных переменных в цифровых устройствах используется в основном двоичная система счисления (могут использоваться и другие системы счисления, например восьмеричная или шестнадцатеричная)

Представление непрерывных сигналов: по теореме Котельникова, всякий непрерывный сигнал S(t) со спектром, ограниченным частотой F_max, может быть представлен последовательностью своих мгновенных значений (отсчетов), взятых через интервалы времени Δt ≤ 1/(2F_max)

Основные операции при преобразовании аналогового сигнала в цифровой:

Ø Дискретизация сигнала – замена непрерывного аналогового сигнала выборками, взятыми с определенным интервалом, значения которых равны аналоговому сигналу в данный момент времени

Ø Квантование по уровню – нахождение для каждой выборки ближайшего к ней уровня квантования из используемого набора уровней

Ø Кодирование (оцифровка) – процесс, в результате которого номер найденного уровня квантования представляется в виде двоичного числа

3. Системы счисления: двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная. Правила переводов из одной системы в другую. Преобразования дробных десятичный чисел в другие системы счисления.

Система счисления - символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков. Основание СС – количество букв алфавита (цифр), которые используются в данной СС

Двоичная система счисления – позиционная система счисления с основанием 2

Восьмеричная система счисления – позиционная система счисления с основанием 8

Шестнадцатеричная система счисления – позиционная система счисления с основанием 16

Комбинационные цифровые устройства. Порядок проведения синтеза комбинационных устройств. Пример синтеза кодопреобразователя из кода 8-4-2-1 в код 4-1-2-1.

КЦУ – устройства, выходной сигнал которых полностью определяется комбинацией входных сигналов в данный момент времени. Такие устройства не обладают памятью.

Порядок синтеза:

- формализация правил работы комбинационного устройства. На основании общих требований к цифровому устройству составляются условия функционирования комбинационного устройства в виде таблицы истинности, структурных формул или совокупности номеров единичных (нулевых) наборов входных сигналов

- минимизация структурных формул. В зависимости от конкретных условий при проведении этого этапа используется алгебраический или графический метод минимизации

- запись минимизированных структурных формул в заданном базисе (И-НЕ, ИЛИ-НЕ)

- составление структурной схемы. На основании структурной формулы каждой логической операции ставится в соответствие логический элемент выбранного базиса и осуществляются необходимые связи между элементами. Составление схемы начинается с определения необходимого числа инверторов, затем выявляются типы используемых логических элементов и, наконец, устанавливаются связи выход-вход согласно последовательности выполняемых логических операций

Пример синтеза кодопреобразователя из кода 8-4-2-1 в код 4-1-2-1:

- составление таблицы истинности:

8-4-2-1

4 - 1 - 2 -1

X₃

X₂

X₁

X₀

Y₃

Y₂

Y₁

Y₀

- заполнение карт Карно:

- запись полученных логических функций:

- Y3=X3+X2

- Y2=X3

- Y1=X3+X1

- Y0=X3+X0

- построение и проверка схемы кодопреобразователя (программа EWB):

Шифраторы и дешифраторы. Примеры применения. Синтез линейного дешифратора 2Х4.

Шифратор - комбинационное устройство, преобразующее кодовую комбинацию в двоичную систему счисления, причем каждому входу может быть поставлена в соответствие кодовая комбинация, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду. Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным. Число входов и выходов в полном шифраторе связано соотношением n = 2^m, где n— число входов, m— число выходов. Применения шифраторов: сокращение количества сигнальных линий, что очень удобно при передаче сигналов на большие расстояния, но при этом, входные сигналы не должны приходить одновременно на все входы. Наличие у шифратора дополнительных входных и выходных линий позволяет объединить их для увеличения разрядности шифратора, но только с помощью дополнительных логических элементов.

Дешифратор - комбинационное устройство с n входами и m выходами, преобразующее n-разрядный параллельный код, поступающий на входы, в логическую 1 на одном из выходов. Число входов и выходов в так называемом полном дешифраторе связано соотношением m = 2ⁿ, где n - число входов, а m - число выходов. Если в работе дешифратора используется неполное число выходов, то такой дешифратор называется неполным. Применения дешифраторов: непосредственно дешифрование входных кодов, селекция кодов (выбирает определенный код и выдает сигнал, что этот код получен), мультиплексирование.

Синтез линейного дешифратора 2х4 (2 входа и 4 выхода; линейный он потому, что основой такого дешифратора является линейка логических элементов):

- составление таблицы истинности:

- составление функций, их минимизация и построение структурной схемы дешифратора:

Триггеры. Назначение. Основные типы. Асинхронный RS -триггер с прямыми входами. Таблица переходов триггера. Собственная функция RS -триггера.

Триггеры – комбинационные устройства, способные длительно находиться в двух устойчивых состояниях и переходить в одно состояние из другого под воздействием внешних факторов.

Бит (1 или 0) показывают уровень напряжения (1-- высокий уровень напряжения, 0 – низкий)

Назначение триггеров: используется в элементах хранения памяти (в качестве статических ЗУ), в качестве реагирующего элемента на некоторые входные сигналы в соответствии с задачей, которая стоит перед триггером.

Основные типы триггеров:

- по количеству ступеней обработки входной информации подразделяются на одноступенчатые и двухступенчатые

- по способу записи информации (характеру восприятия триггером входных управляющих сигналов) триггеры можно разделить на синхронные и асинхронные

- по типу управления – на динамические и статические

- по логике работы – бывают D-, T-, RS-, JK-триггеры

Асинхронный RS -триггер с прямыми входами – триггер, активным сигналом для которого является лог. 1. Строится на базе ЛЭ ИЛИ-НЕ.

Схема триггера:

Таблица функционирования триггера:

Вход 1 R_t	Вход 4 S_t	Вых. 1 Q_t	Вых. Q_t+1	Состояние
0	0	0	0	Хранение 0
0	0	1	1	Хранение 1
0	1	0	1	Установка 1
0	1	1	1	Подтверждение 1
1	0	0	0	Подтверждение 0
1	0	1	0	Установка 0
1	1	0	*	Запрещ
1	1	1	*	Запрещ

Собственная функция триггера: . Строится на базе карты Карно

Асинхронный RS -триггер с инверсными входами. Таблица переходов триггера.

Асинхронный RS -триггер с инверсными входами – триггер, построенный на базе ЛЭ И-НЕ. Активным сигналом для такого триггера является лог. 0.

Таблица функционирования:

Вых. Q_t	Вх. 4 R_t	Вх. 1 S_t	Вых. Q_t+1	Состояние
0	1	0	1	Установка 1
1	1	1	1	Хранение 1
1	1	0	1	Подтверждение 1
1	0	1	0	Установка 0
0	1	1	0	Хранение 0
0	0	1	0	Подтверждение 0
0	0	0	*	Зап
1	0	0	*	Зап

Собственная функция триггера: . Строится на базе карты Карно:

Работа триггера происходит следующим образом: при подаче на вход S (установка) лог. 0 происходит запись лог. 1. При подаче лог. 1 на S триггер не изменит своего состояния – происходит хранение информации. При подаче на вход R (сброс) лог. 0 происходит сброс триггера в 0, при подаче 1 на R – триггер не изменит своего состояния. Одновременно подавать 2 лог. 0 на триггер нельзя, так как в этом случае его устойчивая работа не гарантируется.

Схема асинхронного RS-триггера на базе ЛЭ И-НЕ (м/с 7400):

Триггеры типа JK. Таблица функционирования. Примеры использования.

JK -триггер – триггер, работающий так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное, то есть выполняется операция инверсии.

Схема JK-триггера (классическая двухтактная)

Вход J является входом S, а вход K – входом R (как у RS-триггера). JK-триггер не имеет запрещенных состояний (при подаче двух единиц триггер превращается в счетный триггер. Это означает, что при подаче на тактовый вход C импульсов он изменяет свое состояние на противоположное).

Таблица функционирования JK- триггера:

C	K	J	Q(t)	Q(t+1)	Пояснения
0	x	x	0	0	Режим хран. инф-ции
0	x	x	1	1	Режим хран. инф-ции
1	0	0	0	0	Режим хран. инф-ции
1	0	0	1	1	Режим хран. инф-ции
1	0	1	0	1	Режим устан. 1 J=1
1	0	1	1	1	Режим устан. 1 J=1
1	1	0	0	0	Режим записи 0 K=1
1	1	0	1	0	Режим записи 0 K=1
1	1	1	0	1	Счетный режим K=J=1
1	1	1	1	0	Счетный режим K=J=1

Используется в качестве обнаружителя коротких импульсов, ждущего мультивибратора, в схемах счетного T-триггера, в составе цифровых счетчиков.

Основные характеристики ЗУ

- емкость ЗУ (общее кол-тво бит информации, которое может храниться в ЗУ одновременно).

- время обращения (полный цикл записи информации или ее считывания).

- время цикла (максимальный интервал времени между двумя обращениями).

- время выборки (временной интервал, определяемый от момента выдачи запроса передачи из памяти до момента появления требуемой информации на выходе ЗУ).

- потребляемая мощность (средняя потребляемая мощность при максимальной частоте обращения и потребляемая мощность в режиме хранения).

ОЗУ

Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) осуществляют запись, хранение и считывание информации и работают только при включенном питании - ОЗУ являются энергозависимыми.

ОЗУ по виду хранения информации разделяются на статические и динамические. В статическом ОЗУ в качестве элемента памяти используется триггер, в динамическом - конденсатор. ОЗУ называется RAM (random access memory - память с произвольным доступом). Статическое ОЗУ соответственно SRAM, динамическое DRAM.

Запоминающий элемент статического ОЗУ

Запоминающий элемент динамического ОЗУ

Роль запоминающего элемента в статическом ОЗУ исполняет триггер. Такой триггер представляет собой схему с двумя устойчивыми состояниями, обычно состоящую из четырех или шести транзисторов. Схема с четырьмя транзисторами обеспечивает большую емкость микросхемы, а следовательно, меньшую стоимость, однако у такой схемы большой ток утечки, когда информация просто хранится. Также триггер на четырех транзисторах более чувствителен к воздействию внешних источников излучения, которые могут стать причиной потери информации. Наличие двух дополнительных транзисторов позволяет в какой-то мере компенсировать упомянутые недостатки схемы на четырех транзисторах, но, главное — увеличить быстродействие памяти.

Запоминающий элемент динамической памяти значительно проще. Он состоит из конденсатора и запирающего транзистора. Наличие или отсутствие заряда в конденсаторе интерпретируются как 1 или 0 соответственно. Простота схемы позволяет достичь высокой плотности размещения ЗЭ и, в итоге, снизить стоимость. Главный недостаток подобной технологии связан с тем, что накапливаемый на конденсаторе заряд со временем теряется. Среднее время утечки заряда ЗЭ динамической памяти составляет сотни или даже десятки миллисекунд, поэтому заряд необходимо успеть восстановить в течение данного отрезка времени, иначе хранящаяся информация будет утеряна.

ПЗУ

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - энергонезависимая память, используется для хранения массива неизменяемых данных.

Репрограммируемые ПЗУ

Репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) – это ПЗУ, способные не только долго хранить информацию при отсутствии питания (энергонезависимые), но и позволяющие записывать на них новую информацию электрическим способом. Это свойство микросхемы имеют благодаря применению элементов памяти с возможностью управляемой перемычки.

Функции таких элементов памяти выполняют транзисторы со структурой МНОП (или транзисторы со структурой ЛИЗМОП – полупроводник с лавинной инжекцией заряда). Микросхемы РПЗУ подразделяют на две группы: стираемые электрическим сигналом (РПЗУ-ЭС) и стираемые УФ излучением (РПЗУ-УФ).

Элемент памяти со структурой МНОП представляет собой МОП-транзистор с индуцированным каналом n – или р – типа, имеющий двуслойный диэлектрик под затвором. Верхний слой сформирован из нитрида кремния, нижний — из оксида кремния, причем нижний слой значительно тоньше верхнего. Если к затвору относительно подложки приложить импульс напряжения положительной полярности с амплитудой 30-40 В, то под действием сильного электрического поля между затвором и подложкой электроны получат достаточную энергию, чтобы преодолеть тонкий диэлектрический слой и попасть на границу раздела двух диэлектриков.

Поскольку верхний слой имеет значительную толщину, то электроны не могут его пройти и накапливаются внутри подзатворного слоя. Накопленный под затвором заряд электронов снижает пороговое напряжение МНОП-транзистора. Состояние элемента памяти, содержащего под затвором заряд, соответствует лог. 1. Если же заряда нет – это лог. 0.

Процесс программирования микросхем РПЗУ-ЭС происходит в два этапа. На первом этапе стирают информацию во всех МНОП - элементах памяти. Для этого импульсом напряжения отрицательной полярности, прикладываемым на затвор относительно подложки, с амплитудой 30-40 В электроны вытесняются из подзатворного диэлектрика в подложку. Следовательно, после стирания информации элемент памяти принимает состояние лог. 0. На втором этапе уже в нужные элементы памяти производят запись напряжением положительной полярности.

24. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Структурная схема, назначение, основные параметры, типы. Процессы дискретизации, квантования и кодирования сигнала. Принципиальная схема АЦП прямого преобразования.

Аналого-цифровые преобразователи – преобразователи входной физической величины в ее числовое представление (преобразователи аналогового сигнала в цифровой).

Структурная схема АЦП прямого преобразования:

Аналоговый сигнал – сигнал, информационный параметр которого может принимать любые значения

Параметры реального цифрового сигнала:

- диапазон напряжений для лог. 0 и 1, для выходов ЛЭ/схем и для входов цифровых элементов/схем;

- нагрузочная способность (коэффициент разветвления по выходу) выходов цифровой схемы

- временная задержка цифрового сигнала при прохождении через ЛЭ/схему

Основные операции при преобразовании аналогового сигнала в цифровой:

Двоичная система счисления – позиционная система счисления с основанием 2

Восьмеричная система счисления – позиционная система счисления с основанием 8

Шестнадцатеричная система счисления – позиционная система счисления с основанием 16

Двоичная арифметика. Формы представления чисел.

Формы представления чисел: в формате с плавающей запятой и в формате с фиксированной запятой.

При работе с очень большими или очень малыми числами их представляют в полулогарифмической форме (с плавающей запятой). Вес числа в этом случае изменяется за счет изменения порядка числа. Любое число А в формате с плавающей запятой выглядит следующим образом: А = S^±^P·(±m), где S – основание СС мантиссы числа; m – мантисса числа А, причем модуль мантиссы должен быть меньше 1; p – целое число, выражающее порядок числа А, которое показывает, на сколько разрядов вправо (+p) или влево (-p) необходимо передвинуть запятую, чтобы разряды мантиссы представляли собой количественную характеристику исходного числа, его целую и дробную части.

Представление чисел в естественной форме (с фиксированной запятой) более простое. Все исходные числа представляются как целые. Для приведения исходных чисел к единому виду производится их умножение на общий масштабный коэффициент М.

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒