Цифровые устройства

Цифровые устройства можно разделить  на асинхронные и синхронные. В  асинхронных изменение входных  сигналов сразу же вызывает изменение  выходных сигналов. В синхронных изменение  выходных сигналов, соответствующее  новому сочетанию входных, происходит только после подачи синхронизирующих (тактовых) импульсов, управляющих работой  автомата. Период синхроимпульсов является, таким образом, минимальным временем между выполнением автоматом  двух последовательных микроопераций, т.е. служит единицей машинного времени, называемой тактом. В зависимости от структуры автомата за один такт могут выполняться одна или несколько микроопераций, если они совмещены во времени.

В асинхронных устройствах отсутствуют  синхронизирующие сигналы, поэтому  в их структуры обычно включаются специальные схемы, которые после  окончания каждой микрооперации  вырабатывают сигнал готовности к выполнению следующей микрооперации.

Синхронные устройства, в принципе, имеют меньшее быстродействие, чем  асинхронные, однако в них легко  устраняются опасные состязания.

 

             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Современные цифровые устройства

1. Цифровые устройства обработки информации

2. Цифровые устройства  – это устройства для обработки  информации, представленной в доступной  для компьютера форме.

3. Современные цифровые устройства: сенсорные экраны, сканеры, фотоаппараты, видеокамеры, мобильные телефоны, веб-камеры, документ-камеры, видеопроекторы, устройства беспроводной передачи данных, системы видеонаблюдения

4. Сенсорный экран –  устройство ввода-вывода информации, представляющий собой экран, реагирующий на прикосновение к нему

5. Сенсорные экраны

6. Сенсорными экранами могут быть оборудованы телевизоры, компьютерные мониторы и другие экранные приспособления.o Они могут быть установлены в платёжных терминалах, в оборудовании для автоматизации торговли, в карманных компьютерах, в операторских панелях в промышленности.

7. Сканеры

8. Сканер – устройство  для вводаинформации с бумаги впамять компьютера идальнейшего редактированиятекста или изображения.

9. Виды сканеров 1. Ручной  сканер. 2. Планшетный сканер 3. Барабанный  сканер 4. Проекционный сканер. Сканеры  различают по следующим параметрам: глубина распознавания цвета;  оптическое разрешение, или точность  сканирования, измеряется в точках  на дюйм и определяет количество  точек, которые сканер различает  на каждый дюйм; программное обеспечение;  конструкция. Сканеры находят  широкое применение в издательской  деятельности, системах проектирования, анимации. Эти устройства незаменимы  при создании презентаций, докладов, рекламных материалов высокого  качества.

10. Фотоаппараты

11. Сферы применения

Фотоаппаратов широко используются в полиграфии, научных исследованиях, медицине, геологии, криминалистике. В  этих и многих других отраслях довольно часто возникает необходимость  получения снимков практически  мгновенно с последующей обработкой и пересылкой их на большие расстояния через сеть Интернет.

12. Видеокамеры

13. Видеокамеры – устройствадля создания подвижныхизображений и дальнейшейобработки их с помощьюкомпьютерных программ

14. Мобильныетелефоны

15. Веб-камеры

16. Веб-камеры – цифровыекамеры, способные в реальномвремени фиксироватьизображения, которые затемпередаются по сети Интернетили по другомувидеоприложению.

17. Применения веб-камер. Подводная веб-камера, установленная в аквариуме, передаёт изображение в Интернет

18. Применения веб-камер. Веб-камера установлена на спутнике и ведёт наблюдение за состоянием Солнца

19. Документ-камеры

20. Документ-камера –специальная  видеокамера.Её используют, когданеобходимо показать что-томаленькое, что существует водном экземпляре (книги,картинки, изображения смикроскопа). Подключается ктелевизору, проектору,компьютеру.

21. Применение документ-камер  в учебном процессе

22. Видеопроекторы

23. Применение видеопроекторов

24. Системывидеонаблюдения

25. Системывидеонаблюдения, видеонаблюдение, системы контроля, системы учёта рабочего времени, охранно-пожарная сигнализация, парковочные системы

26. Использование системвидеонаблюдения в милиции

27. Наблюдение за порядком  на дорогах

28. Система видеонаблюдения  в зоопарке

29. Устройства беспроводной передачи данных, мобильные телефоныo,пластиковые карточки, пейджеры, …..и.т.д

 

 

 

 

4. Комбинационные устройства

 

Комбинационными называются логические устройства, выходные функции которых определяются входными логическими функциями в момент их воздействия. К комбинационным устройствам  относятся шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры и компараторы.

Разрабатывать комбинационные устройства целесообразно  в следующей последовательности:

• составляется таблица истинности;
• с помощью карты Карно находится минимизированное выражение логической функции;
• составляется логическая схема.

Рассмотрим принцип построения некоторых комбинационных устройств.

Шифраторы предназначены для преобразования цифровой информации из десятичной системы  счисления в двоичную. Для примера  рассмотрим принцип построения схемы  преобразования цифр от "0" до "9" в код 8-4-2-1. У такой схемы десять входов и четыре выхода. Наличие  на одном из входов сигнала "1" приводит к появлению на выходах  соответствующей кодовой комбинации.

Приведенному  словесному описанию соответствует  комбинированная таблица 17.2. Она  определяет все возможные состояния  входов и соответствующие им состояния  выходов. Символами обозначены

 

Таблица 17.2

№ п/п	Код 1 из10										Код 8-4-2-1
	x0	x1	x2	x3	x4	x5	x6	x7	x8	x9	Q4	Q3	Q2	Q1
0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
2	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
3	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1
4	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0
5	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	1
6	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1	0
7	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1	1
8	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0	0	0
9	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	0	0	1

 

сигналы на входе шифратора (аргументы). Символами - выходы шифратора (функции). Из таблицы видно, что функция (колонка под ) равна 1 в тех случаях, когда на вход поступает информация о цифрах 1; 3; 5; 7 или 9. Поэтому можно записать

 

.

 

 

Теперь очевидно, что

 

 

Этап  минимизации в данном случае отпадает, т. к. все функции представляют собой  элементарные логические суммы. Схема  шифратора, выполненная на элементах "ИЛИ", приведена на рис. 17.7а. Выходным кодом шифратора может быть любой  другой код. Принцип построения остается прежним. Управляющим сигналом может  быть "0". Тогда схема может  быть построена на элементах "И".

Шифраторы выпускаются в микросхемном исполнении, например КМ555 ИВ1, ИВ2, ИВ3. Пример схемного обозначения КМ555 ИВ1 приведен на рис. 17.7б. Управляющий сигнал "0". Поэтому все входы и выходы схемы инверсные. Вход - управляющий. Если на этом входе присутствует логическая "1", то все входы закрыты. Выходы и - контрольные. Они выдают информацию о состоянии схемы в данный момент.

Дешифраторы предназначены для преобразования цифровой информации из двоичной системы  счисления в десятичную. Для примера  рассмотрим принцип построения схемы  преобразования кода 8-4-2-1 в цифры. У  такой схемы четыре входа (по числу  цифр). В зависимости от вида кодовой  комбинации на входе сигнал «1» появится только на одном определенном выходе.

Из  приведенного словесного описания следует, что дешифратор выполняет преобразование, обратное шифратору. Этому описанию соответствует комбинированная  таблица 17.2. только входные и выходные сигналы меняются местами. Для построения схемы от таблицы 17.2 нужно перейти к алгебраическому выражению, применив в минимизацию с помощью карт Карно.

Для четырехразрядного кода карта Карно  должна иметь 16 квадратов. Таблицей 17.2 заданы значения (определены) только 10 комбинаций. Значит, для шести квадратов  функция не определена и их заполняют  индексом «Х». В процессе минимизации  вместо «Х» можно рассматривать  «1», что значительно упрощает работу.

Дешифратор  имеет 10 выходов. Значит, нужно сформировать десять функций F. В общем, для каждой функции нужна своя карта Карно. Но в данном случае можно воспользоваться одной картой для всех десяти функций. На рис. 17.8 а и 17.8 б приведены карты Карно для функций F₀ и F₈, а на рис. 17.8 в – обобщенная карта Карно. На ней контур каждой функции обозначен

 

соответствующей цифрой. На основании минимизации получаем следующие алгебраические выражения для функций дешифратора:

 

(17.7)

 

Используя выражения (17.7) можно  построить схему дешифратора  на элементах "НЕ" и "И". Но на практик6е такую схему чаще выполняют  на элементах "НЕ" и "И-НЕ". При этом только на дешифрованном выходе будет уровень логического нуля (транзистор открыт), а на остальных выходах – уровень логической "1" (транзистор закрыт). Такая схема потребляет меньшую мощность.

В микросхемном исполнении дешифраторы выпускаются в составе всех серий цифровых интегральных микросхем, например К155 ИД1, КМ555 ИД18, 530 ИД14 и др. Условное графическое обозначение микросхемы К155 ИД3 приведено на рис. 17.9. Этот дешифратор имеет 4 входа и 16 выходов. Входы и - управляющие. Преобразование осуществляется только при низком уровне на обоих управляющих входах.

Преобразователи кодов (ПК) предназначены для преобразования одного двоичного кода в другой, например кода Грея в код 8-4-2-1. Принцип  построения ПК аналогичен принципу построения шифраторов и дешифраторов. В микросхемном исполнении ПК обозначают индексами ПР.

Мультиплексоры и демультиплексоры образуют группу коммутаторов. Они служат для избирательного переключения сигналов (каналов). Мультиплексоры передают один из "n" входных сигналов на выход устройства. Номер выбранного входа задается адресными сигналами (рис. 17.9а). Например, трехзарядный адресный сигнал может управлять переключением восьми входов.

Демультиплексор (рис. 17.9б) передает входной (цифровой) сигнал на один из "n" выходов. Номер выхода задается адресными сигналами.

 

Сумматоры предназначены  для выполнения арифметических действий с двоичными числами: сложения, вычитания, умножения и деления – и  относятся к арифметическим устройствам. Арифметические устройства воспринимают переменные "0" и "1" как цифры  и выполняет действия над ними по законам двоичной арифметики:

 

                                                    (17.8)

 

В (17.8) последнее действие предполагает, что "1" переносится в старший  разряд. Такие действия реализует  логическая ячейка "исключающее  ИЛИ". Ее схемное обозначение имеет  вид:

Здесь и - i-е разряды складываемых чисел, - сумма.

 

Суммирование двоичных чисел  выполняется поразрядно, от младшего разряда к старшему. Сумма может  быть записана одним числом - (т.е. "0" или "1") или двумя - . Функция Р  называется переносом в старший разряд.

Пример: Выполним сложение двух цифр: 7 + 5