Dispositivos digitais: contadores de pulso, codificadores, multiplexadores

Contador de pulsos — um dispositivo eletrônico projetado para contar o número de pulsos aplicados à entrada. O número de pulsos recebidos é expresso em notação binária.

Os contadores de pulso são um tipo de registradores (registradores de contagem) e são construídos em flip-flops e portas lógicas, respectivamente.

Os principais indicadores dos contadores são o coeficiente de contagem K 2n - o número de pulsos que podem ser contados pelo contador. Por exemplo, um contador de quatro disparos pode ter um fator de contagem máximo de 24 = 16. Para um contador de quatro disparos, o código de saída mínimo é 0000, o máximo -1111 e, quando o fator de contagem é Kc = 10, a saída pára de contar quando o código 1001 = 9 .

A Figura 1a mostra um diagrama de um contador T-flip de quatro bits conectado em série. Os pulsos de contagem são aplicados à entrada de contagem do primeiro flip-flop. As entradas dos contadores dos flip-flops seguintes são conectadas às saídas dos flip-flops anteriores.

A operação do circuito é ilustrada pelos gráficos de tempo mostrados na Figura 1, b.Quando o primeiro pulso de contagem chega ao seu decaimento, o primeiro flip-flop passa para o estado Q1 = 1, ou seja, o contador tem um código digital de 0001. Ao final do segundo pulso do contador, o primeiro flip-flop vai para o estado «0», e o segundo vai para o estado «1». O contador registra o número 2 com o código 0010.

Figura 1 — Contador binário de quatro dígitos: a) diagrama, b) representação gráfica convencional, c) diagramas de temporização da operação

Pelo diagrama (Fig. 1, b) pode-se ver que, por exemplo, de acordo com a atenuação do 5º pulso, o código 0101 é escrito no contador, de acordo com o 9º - 1001 e assim por diante. Ao final do 15º pulso, todos os bits do contador são colocados no estado «1», e após o decaimento do 16º pulso, todos os triggers são zerados, ou seja, o contador volta ao seu estado inicial. Existe uma entrada «reset» para forçar o contador a reiniciar.

O fator de contagem de um contador binário é encontrado a partir da razão Ksc = 2n, onde n é o número de bits (flip-flops) do contador.

Contar o número de pulsos é a operação mais comum em dispositivos de processamento de informações digitais.

Durante a operação do contador binário, a taxa de repetição dos pulsos na saída de cada flip-flop subseqüente é reduzida pela metade em comparação com a frequência de seus pulsos de entrada (Fig. 1, b). Portanto, os contadores também são usados ​​como divisores de frequência.

Um misturador (também chamado de codificador) converte um sinal em um código digital, na maioria das vezes números decimais em um sistema numérico binário.

Um encoder tem m entradas numeradas consecutivamente com números decimais (0, 1,2, …, m — 1) e n saídas. O número de entradas e saídas é determinado pela relação 2n = m (Fig. 2, a). O símbolo «CD» é formado pelas letras da palavra inglesa Coder.

Aplicar um sinal a uma das entradas faz com que a saída produza um número binário de n bits correspondente ao número da entrada. Por exemplo, quando um pulso é aplicado na quarta entrada, um código digital 100 aparece nas saídas (Fig. 2, a).

Decodificadores (também chamados de decodificadores) são usados ​​para converter números binários de volta para pequenos números decimais. As entradas do decodificador (Fig. 2, b) destinam-se a fornecer números binários, as saídas são numeradas sequencialmente com números decimais. Quando um número binário é aplicado às entradas, um sinal aparece em uma determinada saída cujo número corresponde ao número da entrada, por exemplo, quando o código 110 é fornecido, o sinal aparecerá na 6ª saída.

Figura 2 — a) codificador UGO, b) decodificador UGO

Multiplexador - dispositivo no qual a saída é conectada a uma das entradas, de acordo com o código de endereço. Che. um multiplexador é um comutador ou comutador eletrônico.

Figura 3 — Multiplexador: a) representação gráfica convencional, b) tabela de estados

Um código de endereço é enviado para as entradas A1, A2, que determina qual das entradas de sinal será transmitida para a saída do dispositivo (Fig. 3).

Para converter informações de digital para analógico, use conversores digital para analógico (DACs) e, para a conversão reversa, use conversores analógico para digital (ADCs).

O sinal de entrada do DAC é um número binário de vários dígitos e o sinal de saída é a tensão Uout formada com base na tensão de referência.

O procedimento de conversão analógico-digital (Fig. 4) consiste em duas etapas: amostragem de tempo (sampling) e quantização de nível. O processo de amostragem consiste em medir valores de um sinal contínuo apenas em tempos discretos.

Figura 4-O processo de conversão analógico-digital

Para quantização, a faixa de variação do sinal de entrada é dividida em intervalos iguais — níveis de quantização. Em nosso exemplo, há oito deles, mas geralmente há muito mais. A operação de quantização é reduzida a determinar o intervalo em que o valor da amostra caiu e atribuir um código digital ao valor de saída.