wyklad06.pdf
(
347 KB
)
Pobierz
Układy cyfrowe
Układy cyfrowe to układy których sygnały są sygnałami cyfrowymi (tzn. są dyskretne w czasie i
mają dyskretne wartości). Układy te są podstawowymi układami sterowania stosowanymi do
automatyzacji procesów produkcyjnych. Wykorzystanie cyfrowych urządzeń sterujących w
przypadku występowania sygnałów analogowych wymaga stosowania przetworników A/C i C/A.
Zalety układów cyfrowych
duża odporność na zakłócenia,
większa niezawodność układów,
łatwość zapamiętywania i przechowywania informacji cyfrowych,
duża dokładność przetwarzania (zależy od dokładności informacji wejściowych),
możliwość realizacji złożonych algorytmów przetwarzania sygnałów,
niski koszt w stosunku do realizowanych funkcji.
Przetwornik A/C – zamienia sygnał analogowy na sygnał cyfrowy, zamiana przebiega w trzech etapach:
próbkowanie, kwantowanie i kodowanie (kodowanie to proces polegający na przyporządkowaniu określonej
informacji ustalonego zestawu symboli, w tym przypadku wartości liczbowej odpowiadającej otrzymanemu
poziomowi kwantowania przypisywany jest jej kod – zwykle naturalny kod dwójkowy czy kod BCD).
Przetwornik C/A – zamienia sygnał cyfrowy na analogowy.
Ukþady cyfrowe f.1/1
Kody liczbowe
Kod to dowolnie uporządkowany układ symboli przedstawiających słowa, liczby, informacje.
Symbolami wykorzystywanymi przez kody liczbowy są cyfry.
Naturalny kod dwójkowy (binarny) – jest kodem wagowym (pozycyjnym) wykorzystującym do
kodowania cyfry 0 i 1, każda pozycja (bit) kodu ma określoną wagę: waga i-tej pozycji w n
pozycyjnym kodzie wynosi 2
i
gdzie i = 0, 1, 2, …, n–1.
46
10
= 1·2
5
+ 0·2
4
+ 1·2
3
+ 1·2
2
+ 1·2
1
+ 0·2
0
= 101110
2
Kody dwójkowo dziesiętne (BCD, ang. Binary Coded
Decimal) – to kody służące do dwójkowego
zakodowania cyfr dziesiętnych (0, 1, .., 9).
Do kodowania dziesięciu cyfr potrzebny jest co
najmniej 4 bitowy kod dwójkowy. W najprostszych
kodach BCD każda cyfra jest kodowana przy pomocy
dwójkowego kodu wagowego – stosowane są różne
kombinacje wag dla poszczególnych pozycji np. 8421,
7421, 2421, 5211.
Kod BCD 8421 jest nazywany naturalnym kodem
BCD lub po prostu BCD.
46
10
= 0100 0110
BCD
cyfra
dziesiętna
wagi kodów
8421
7421
2421
5211
0
0000
0000
0000
0000
1
0001
0001
0001
0001
2
0010
0010
0010
0011
3
0011
0011
0011
0101
4
0100
0100
0100
0111
5
0101
0101
1011
1000
6
0110
0110
1100
1001
7
0111
1000
1101
1011
8
1000
1001
1110
1101
9
1001
1010
1111
1111
Ukþady cyfrowe f.1/2
Kody liczbowe – kod Graya
Kod Graya należy do grupy kodów refleksyjnych (dwie kolejne liczby kodu refleksyjnego różnią
się tylko jedną pozycją).
N–pozycyjny kod Graya można utworzyć z kodu n–1 pozycyjnego zgodnie z następującym
algorytmem:
do układu symboli kodu n–1 pozycyjnego należy dopisać jeszcze raz te same symbole ale w
odwrotnej kolejności,
do pierwotnych symboli z przodu dopisać cyfrę „0” a do symboli dopisanych „1”.
Konstrukcja 3-pozycyjnego kodu Graya
kod
2-poz.
po
odbiciu
kod
3-poz
kod
1-poz.
po
odbiciu
kod
2-poz
00
00
000
0
0
00
01
01
001
1
1
01
11
11
011
1
11
10
10
010
0
10
10
110
11
111
01
101
00
100
Ukþady cyfrowe f.1/3
Układy cyfrowe – pojęcia pokrewne
Układ przełączający – układ cyfrowy.
Układ zbudowany z tzw. elementów przełączających, elementy te mogą być w stanie włączenia
(przewodzenia) i wyłączenia (blokowania).
Układ logiczny – model matematyczny układu cyfrowego oparty na algebrze Boole’a; często
określenie „układ logiczny” jest stosowane zamiennie z określeniem „układ cyfrowy”.
Teoria układów cyfrowych oparta jest na logice matematycznej, głównie na rachunku zdań.
Podstawowe znaczenie ma dwuelementowa algebra Boole’a, która jest sformalizowanym
uogólnieniem rachunku zdań.
Automat skończony – model matematyczny układu cyfrowego zdefiniowany w teorii
automatów; automat skończony jest układem który może znajdować się w jednym ze
skończonej liczby stanów, każda zmiana wejść automatu powoduje zmianę jego stanu,
działanie automatu można przedstawić np. przy pomocy grafu którego wierzchołki
odpowiadają stanom automatu a gałęzie oznaczają przejście pomiędzy stanami wymuszane
określonymi sygnałami wejściowymi.
czujnik „otwarte”
drzwi
otwierają się
otwórz
drzwi
zamknięte
drzwi
otwarte
czujnik „nie można zamknąć”
drzwi
zamykają się
Rys. 1. Model automatu
realizującego sterowanie drzwiami
zamknij
czujnik „zamknięte”
Ukþady cyfrowe f.1/4
Układy cyfrowe – klasyfikacja
Klasyfikacja ze względy na sposób przetwarzania sygnałów
układy kombinacyjne – każda kombinacja wartości sygnałów wejściowych (tzw. stan wejść)
określa jednoznacznie kombinację wartości sygnałów wyjściowych (tzw. stan wyjść), układy te
nazywane są również układami bez pamięci,
układy sekwencyjne – istnieje przynajmniej jeden stan wejść któremu odpowiada kilka stanów
wyjść, układy nazywane są również układami z pamięcią.
Klasyfikacja ze względu rodzaj elementów konstrukcyjnych użytych do opisu układów
układy konstruowane z bramek i przerzutników,
układy konstruowane z tzw. bloków funkcjonalnych (typowe bloki funkcjonalne to
multipleksery, demultipleksery, dekodery, sumatory, komparatory, rejestry, liczniki i pamięci).
Klasyfikacja ze względu na metodę realizacji
układy stykowe (przekaźnikowe) – elementy przełączające: przyciski, przekaźniki, itp.
układy złożone z półprzewodnikowych elementów elektronicznych – elementy przełączające
budowane z pojedynczych tranzystorów, diod, rezystorów; realizowane jako układy scalone
zawierające od kilku do setek tysięcy bramek: skala integracji SSI, MSI, LSI, VLSI, w różnych
technologiach: TTL, CMOS,
...
, produkowane jako układy uniwersalne lub wg projektu
użytkownika (ASIC, PLD), układy procesorowe,
układy złożone z elementów pneumatyczne,
układy złożone z elementów hydraulicznych.
Ukþady cyfrowe f.1/5
Plik z chomika:
Orzeszek_T
Inne pliki z tego folderu:
Wyklad01.pdf
(1793 KB)
wyklad02.pdf
(210 KB)
wyklad03.pdf
(349 KB)
wyklad06.pdf
(347 KB)
wyklad07.pdf
(336 KB)
Inne foldery tego chomika:
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin