Základy číslicové techniky Analogová a číslicová(digitální) technika Průběh přírodních dějů (teplota,světlo,zvuk,…) je spojitý-analogový proces-snaha o jeho zachycení,zpracování a uložení Příklad – zvuk : mikrofon-zesilovač-záznam-zesilovač-reproduktor Fyzikální experiment zahrnuje mnoho proměnných analogových signálů,jež je nutno zpracovat.Optimální je využít výhod číslicové techniky v určité fázi procesu. Číslicový signál-nespojitý jev,popsaný dvěma stavy ( 0 a 1 – impuls ) výhodné pro další zpracování,záznam,uložení a zpracování dat (nejprve je ovšem nutné analogový signál převést na digitální)

Základy číslicové techniky

Základy číslicové techniky

Základy číslicové techniky V dřívějších dobách byl proces fyzikálního experimentu – jeho řízení,odečítání dat a jejich následné uložení primitivní – ruce a oči experimentátora,měřící přístroj,tužka,blok S vývojem času se zdokonalovaly jak vlastní měřící procesy,tak i technika pro vlastní odečet,zpracování a uložení dat fyzikálního experimentu.Nejprve to byly obvody využívající analogových signálů (i počítače),později se přešlo ke kompletnímu číslicovému řešení.Razantně se zde projevil nástup tzv. PC osobních počítačů,které vystřídaly své předchůdce – sálové počítače. V určité době vznikl stav,kdy ke stávajícím PC existovalo jen málo tzv.periferií,tedy zařízení sloužících k napojení fyzikálního experimentu k PC či propojení PC k výstupním zařízením (tiskárny,zapisovače).Do současné doby se nabídka takovýchto zařízení značně zvětšila,avšak i dnes je občas nutné navrhnout a zhotovit speciální elektronický díl – obvykle s obvody číslicové techniky.Základy číslicové techniky budou tedy tématem této přednášky.

Základy číslicové techniky Základní jednotka číslicové techniky – bit ( hodnota 0 či 1 ) 8 bitů = slovo , byte -odvozené jednotky kb,kB Mb,Gb,Tb impuls Základní parametry impulsu doba zpoždění doba náběhu (čelo) Další parametry – perioda , opakovací kmitočet,střída aj. trvání impulsu Vznik zákmitů,přenos impulsu, zpoždění,přizpůsobení doba doběhu (týl)

Základy číslicové techniky Číselné soustavy , kódy Převodníky kódů-dekodéry

Základy číslicové techniky

Základy číslicové techniky Booleova algebra – logické funkce Logické obvody „rodiny“ logických obvodů TTL , CMOS , ECL hlavní parametry obvodů hustota integrace rychlost spotřeba pravdivostní tabulka základní prvek „hradlo“

Základy číslicové techniky Dvoustupové hradlo NAND v provedení TTL logiky Převodní charakteristika (závislost výstupu na vstupu) hradla.Pásmo „logické nuly a jedničky“-u TTL logiky je definována logická „0“ mezi 0až+0,8V a logická „1“ od+2,4 až +5V – mezi je nedefinované pásmo Šumová imunita

Základy číslicové techniky

Základy číslicové techniky Pomocí základních logických obvodů lze sestavit složitější číslicové obvody,ke kterým patří např : Číslicové komparátory Dekodéry,adresové dekodéry Multiplexery Sčítačky Aritmeticko-logické jednotky „1 z deseti“ Všechny výše uvedené obvody patří do skupiny tzv.kombinačních logických obvodů .

Základy číslicové techniky Sekvenční logické obvody Oproti kombinačním logickým obvodům u těchto obvodů záleží na časové souslednosti signálů. Chování těchto obvodů popisuje opět pravdivostní tabulka (stav výstupů v čase tn+1 ), když na vstupech jsou signály v čase tn.Časový interval mezi těmito okamžiky je dán taktem hodinových impulsů. K nejdůležitějším obvodům této kategorie patří tzv. klopné obvody Dělí se na tzv. astabilní,monostabilní a bistabilní Astabilní – obvod sám o sobě volně kmitá (multivibrátor)-nemá stabilní polohu použití jako zdroj hodinového kmitočtu pro číslicové obvody

Základy číslicové techniky Použitá jsou hradla NAND logiky TTL.Volbou R,C lze stanovit kmitočet oscilací.Poměrem kapacit lze určit střídu oscilací. Monostabilní-obvod má jednu stabilní polohu ,ze které jej lze překlopit Doba překlopení závisí pouze na časové konstantě , určené RC.Spouštění náběžnou či setupnou hranou.

Základy číslicové techniky Bistabilní – mají dvě stabilní polohy.Překlopení zajišťují změny vstupů náběžnou hranou ( obvod typu „D“) , či setupnou ( typ „J-K“).Tyto klopné obvody tvoří základ veškerých dalších sekvenčních obvodů,jako jsou posuvné registry,čítače,děličky kmitočtů atd.

Základy číslicové techniky Čítače D-obvod jako dělič dvěma

Základy číslicové techniky Příklad binárního čítače Čítače-děličky (syntetizéry) Binární , dekadické , up ,down , přednastavitelné Zkrácený modul čítání R0 – resetovací vstupy

Základy číslicové techniky Registry (použití D-obvodů) obvody pro zpracování impulsů příklad-chceme z portu PC RS232 sériová data zobrazit v paralelní formě můžeme použít registr typu sériový vstup-paralelní výstup posuvné ,kruhové registry a další

Základy číslicové techniky Paměti Logické obvody,jež umožňují uložení dat (přechodné,trvalé). Třídí se podle toho,zda umožňují zápis i čtení (RAM,DRAM,SRAM,), nebo pouze čtení (ROM,PROM,EPROM,EEPROM). Struktura pamětí – adresovací vstupy (podle struktury adresujeme buď skupinu či jednu buňku) - výstupy (normální nebo třístavové) - pomocné vstupy (ovládání zápisu,čtení atd) Kapacita paměti – podle počtu paměťových buněk v použité paměti dále se uvádí i organizace paměti (např 32x8)

Základy číslicové techniky Organisace paměti A0 – An - adresy adresový dekodér CS – chip select R/W - čtení/zápis Q0-Qn - výstupy

Základy číslicové techniky Struktura paměti RAM 256 bit (256x1) (adresujeme 1 buňku) Struktura paměti PROM 256 bit (32x8) (adresujeme 8 buněk = byte) Stejná kapacita paměti , různá organizace,různé typy

Základy číslicové techniky Způsob adresování pamětí pomocí up/down binárního čítače a demultiplexeru 1 z 16.

Základy číslicové techniky Použití pamětí – ukládání dat trvalé i přechodné,mezivýsledků-tzv.latche. Možností uložení průběhu jakékoli funkce lze v součinnosti s D/A převodníkem generovat periodickou (i neperiodickou) funkci libovolným kmitočtem – funkční generátor.

Základy číslicové techniky