Introduzione all'elettronica digitale. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Qualsiasi simbolo di informazione nei dispositivi digitali è codificato in codice binario, quindi i segnali possono assumere solo due valori: livello di tensione alto o basso, presenza o assenza di un impulso di tensione, ecc. Un prerequisito per ciò è la possibilità di riconoscimento sicuro da parte degli elementi di circuiti digitali di due valori di segnale, corrispondenti ai simboli 0 e 1, in condizioni di variazione della temperatura ambiente, della tensione di alimentazione e di altri fattori destabilizzanti.

Abbiamo già detto che i valori dei livelli di segnale (Uc) da parte degli elementi dei dispositivi digitali non vengono percepiti in modo continuo, ma in tempi discreti, l'intervallo tra i quali è chiamato ciclo di lavoro T. Di norma, una trasformazione elementare di l'input del codice ricevuto sulle parole di ingresso. La discretizzazione del tempo è fornita da speciali dispositivi di controllo che generano impulsi di sincronizzazione (SI). Nei dispositivi discreti vengono utilizzati due modi di presentare le informazioni: potenziale e impulso. Con il metodo del potenziale, i valori di 0 logico e 1 logico corrispondono a tensioni di livello basso e alto. Se 0 logico corrisponde a una tensione di basso livello e 1 logico a una tensione alta, allora tale logica è chiamata positiva e viceversa, se 0 logico è una tensione di alto livello e 1 logico è una tensione di basso livello, allora tale logica è detta negativa o inversa.

Di seguito vengono utilizzati principalmente i termini "tensione di livello alto e basso" (segnali di livello alto e basso) corrispondenti ai livelli logico 1 e logico 0.

Le informazioni nei dispositivi digitali possono essere rappresentate in codici seriali e paralleli. Quando si utilizza un codice seriale, ogni ciclo corrisponde a un bit del codice binario. Il numero (del bit è determinato dal numero del ciclo, contato dal ciclo, coincidente con l'inizio della rappresentazione del codice. I grafici mostrati in Figura 1 illustrano il codice seriale del numero binario byte 10011011 con metodi a potenziale e ad impulsi di presentazione delle informazioni.Nel primo metodo, Figura 1, il segnale rimane a livelli bassi o alti per uno o più cicli.Al momento della transizione del segnale da un livello all'altro, il suo valore è incerto.Nel modo pulsato di rappresentare il digitale informazioni nella Figura 1b, la presenza o l'assenza di un impulso di durata finita corrisponde all'unità e ai valori zero di una variabile binaria. In un numero di codice seriale, tutte le sue cifre possono essere fissate su un elemento e trasmesse tramite una trasmissione di informazioni canale. Per trasmettere l'intero numero sono necessari otto cicli (Figura 1, c).

Il codice parallelo può ridurre significativamente il tempo di elaborazione e la trasmissione delle informazioni. Ad esempio, la Figura 3 illustra il codice parallelo del numero a sette bit 1101101. In questo caso, sia nella modalità impulsiva (Figura 2, a) che potenziale (Figura 2, b) di presentare le informazioni, tutti i bit del codice binario sono presentati in un ciclo temporale, possono essere registrati da elementi separati e trasmessi su canali separati (bit pneumatici). I dispositivi digitali che elaborano e trasformano le informazioni ricevute ai loro input sono chiamati automi digitali. Il compito di costruire un automa digitale che esegue determinate azioni sui segnali binari è selezionare gli elementi e un metodo per la loro connessione che forniscano una determinata trasformazione. Questi problemi sono risolti dalla logica matematica o dall'algebra della logica (matematica booleana). I dispositivi che costituiscono le funzioni della matematica booleana sono chiamati logici o digitali e sono classificati in base a varie caratteristiche distintive. I dispositivi digitali in base alla natura delle informazioni sugli ingressi e sulle uscite sono suddivisi in dispositivi ad azione seriale, parallela e mista.

Per implementare un dispositivo ad azione parallela che svolga una funzione simile, sono necessari due gruppi di ingressi con otto bit in ciascun gruppo e otto uscite (a seconda della larghezza di bit della parola di uscita). Sono anche noti dispositivi di tipo misto, in cui, ad esempio, la parola di ingresso è rappresentata in forma parallela e la parola di uscita è in forma seriale (questa è la conversione del codice).

In base alla progettazione del circuito e alla natura della connessione tra le variabili di ingresso e di uscita, tenendo conto dei loro cambiamenti nei cicli di funzionamento, si distinguono i dispositivi digitali combinatori e sequenziali. Nei dispositivi combinatori, l'insieme dei segnali agli ingressi e alle uscite in ogni particolare momento è completamente determinato dai segnali di ingresso che agiscono in quel momento ai suoi ingressi. Se le funzioni di input e output nel ciclo n sono indicate come Xⁿ e Yⁿ, allora la relazione tra loro sarà determinata dall'espressione

Yⁿ=L(Xⁿ),

dove L è il segno della trasformazione logica effettuata dal dispositivo. I dispositivi digitali, a differenza dei dispositivi analogici, consentono quasi ogni tipo di conversione. Nei dispositivi digitali di tipo seriale, il valore delle variabili di uscita Yⁿ nel ciclo n è determinato non solo dal valore delle variabili di ingresso Xⁿin funzione in un dato momento, ma dipendono anche dallo stato interno del dispositivo Cⁿ. A sua volta, lo stato interno del dispositivo dipende dai valori delle variabili agenti in ingresso nei cicli precedenti. Il funzionamento di un dispositivo seriale può essere scritto come

Yn=ƒ(Xⁿ,Cⁿ); Cⁿ=F(X^n-1,C^n-1),

dove X^n-1 e C^n-1 - rispettivamente un insieme di variabili di ingresso e stati interni del dispositivo nel ciclo precedente.

Un esempio di dispositivo seriale può essere un contatore di impulsi, il cui stato delle uscite dipende dal numero totale di impulsi ricevuti al suo ingresso.

Gli elementi logici di base eseguono le seguenti operazioni logiche. "AND" - moltiplicazione logica, "OR" - addizione logica, "NOT" - negazione (inversione). Maggiori dettagli saranno discussi nel prossimo capitolo.

Autore: -=GiG=-, gig@sibmail; Pubblicazione: cxem.net

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