Токхейм Р. - Основы цифровой электроники (1988)(ru) (Токхейм - Основы цифровой электроники), страница 3

График изменения напряжения, показанный на рис. 1.1, б, характеризует аналоговый выходной сигнал. высокий гроеенк мизкии Гееаене В левой части графика напряжение между точками А и В постепенно возрастает до 5 В, в правой части напряжение постепенно снижается до О В. Останавливая движок где-нибудь в средней части потенциометра, мы можем получать на выходе любое напряжение между О и 5 В. 'Ы1ввИ ВЯраЗОМ аяаЛОГОВОЕ УСтПОйртВО-Эеттэ таДОС УСтРОйртВО, В аптО- ром сигнал на выходе лге1снеася ну1рерййбно при постепен'ром измсне111щ.''сйгегцдв.,'на,,входе.' Цйфровые устройства оперируют с цифровыми сигналами. На рис. 1.2,а изображен генератор прямоугольных импульсов.

Генератор непрерывно выдает сигналы прямоугольной формы„которые можно наблюдать на экране осциллографа. Как показано на рис. 1.2,б, в цифроволс сигнале имеются только два уровня напряжения: + 5 и О В. В точке А напряжение возрастает от О до 5 В. Далее оно в течение какого-то времени остается равным + 5 В. В точке В напряжение быстро падает от + 5 В до О В, а затем некоторое время сохраняет величину О В. Для цифровых электронных схем, таким образом, существенны только два значения напряжения. На рис. 1.2,б показана форма цифрового сигнала, а эти значения напряжения названы ВЫСОКИМ и НИЗКИМ уровнями.

Первому соответствует напряжение + 5 В, второму — О В. Далее мы будем называть б 'аггйк "15. и:анйногонцй сигнал с нылола погенииомегра б .фо3эмн аналогоного сигнала Рнс. ьк е нифроеой сигнал, наблмээеемый на экране осииллографа; б- форма лифроеого сигнала. гуг* г ' ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКт'РОИИКА .Вй(РАКИЙ,.уролрщ (+2,В) логической единицей, а НИЗ-Ф к" лтвнм [а'в1,— "~щ~.— хемы, в которых применяются сигналы только двух типов — с ВЫСОКИМ и НИЗКИМ уровнями напряжения— называются цифровыми схемами.

Мы уже заметили ранее, что цифровая электроника — это мнр логических нулей и единиц. Величины напряжений, приведенные на рис. 1,2, б, довольно типичны для цифровых схем, с которыми вы будете иметь дело. Цифровой сиптал, показанный на рис. 1,2,6, можно получить с помощью обычного переключателя. Такой же цифровой сигнал возникает при включении и выключении транзистора. В последнее время для генерации и обработки цифровых сигналов применяют в основном интегральные схемы (ИС). Стандартный прибор для измерения напряжений, токов и сопротивлений, показанный на рис.

1.3,а,— пример анало- р .Кз. а аналоговый универсальный нзмсрительныи прибор; б .пифровой универсальный измерительный' прибор. 1Фотографии препссгввлсны фирмой 5~агап Е1естпс Соптрапуй глььА ! гового измерительного устройства. Когда напряжение, ток или сопротивление, измеряемые прибором, возрастают, стрелка ползет вверх по шкале постепенно и непрерывно. Цифровой универсальный из,нерительный прибор (мультиметр), показанный на рис.

!.З„б, служит примером цифрового измерительноь о устройства. Когда электрический ток, сопротивление или напряжение„измеряемые этим прибором, возрастают, цифровые показания на езо шкале усгличиваютсл скачкообразно, изменяясь дигкретным образом. Этот прибор - пример того, как цифровые электронные схемы принимают на себя функции, которые ранее выполнялись лишь аналоговыми устройствами. Тенденция перехода к цифровым схемам в последнее время все более заметна: теперь комплект оборудования на современном стенде технического специалиста может включать как аналоговую, так и цифровую измерительную аппаратуру. цн4вьккя Зкккккккль- кык кквевктккькня кькбьв Выполнял следующие задания, проверьте, хорошо ли вы ус- воили изложенный л~ангериал. !.

Уровень + 5 В ......... (аналогового, цифрового) сигнала (см. рис. !.2) называют также логической единицей или . (ВЫСОКИМ, НИЗКИМ) уровнем. 2. Прибор, в котором сигнал на выходе изменяется непрерывно нри постепенном изменении сигнала на входе, н азы вае ге я 1.2. Где применяюгся цифровые схемы? Мккрьэвьи Вкдкккккктьь ЗК кк ~кбккл лккккк Цифровая электроника-- это быстро развивающаяся область современной техники, о чем свидетельствует, в частности, появление микроЭВМ. На рис. !.4 показана одна нз персональных ЭВМ типа Лрр!е П.

Эта система помимо самой микроЭВМ включает в себя видеомонитор и запоминающее устройство (ЗУ) на гибких дисках. При соответствующем программном обеспечении систему такого типа можно использовать как в домашних условиях, так и в школах и небольших коммерческих учреждениях. МикроЭВМ легко приспособить к выполнению самых различных функций. Дома эту систему можно использовать для электронных игр или для планирования семейно~ о бюджета.

В школе эту же ЭВМ могут применять как учащиеся (напрнмер, для изучения правил правописания и математических действий), так и учителя (скажем, для учета посещаемости и успевае-. мости учеников). В коммерческих учреждениях га же ми- кроЭВМ может составлять н вести платежные, инвентарные и почтовые ведомости. При наличии печатающего устройства и соответствующего программного обеспечения ми- пиФРОЯАя эльктРОНИКА Рнс.

ьк тниичнан микроэвм алн Аомангнего нольаоаанна. Рропправна прсппсгаалсяа фирман Арр!' Спгпрпгег, 'гпс 1 кроЭВМ, показанная на рис. 1.4, превраецается в систему обработки текстовой информации. Основой микроЭВМ являются сложные ИС, называемые Агикролронессорсснгс Кроме них в микроЭВМ вхолиз большое число запоминающих устройств на ИС. МикроЭВМ, содержащая микропроцессоры и полупроводниковые запоминаюгцие устройства, произвели революционный переворот в индустрии персональных компьютеров.

Малые ЭВМ, стоившие ранее десятки тысяч долларов. теперь стоя ~ только сопш долларов. Как в больших, так и в малых ЭВМ в настоящее время используются цифровые электронные схемы, размешающиеся внутри корпусов ИС, Карманный микрокалысулягор-другой пример цифровое о электронного устройства, которым пользуется чуть ли не каждый. Микрокалькуляторы весьма разнообразны .

от очень простых, стоимостью 5 долл., до довольно сложных, используемых инженерами и научными работниками. Пример дорого~о микрокалькулятора показан па рис. 1.5 Это полностью программируемая система, снабженная такими периферийными устройствами, как печатающее устройство и световой карандаш. На рис.

1.5 показаны также блок дополнительной памяти и программный модуль. В отличие от многих типов микрокалькуляторов, которые оперируют М икроироиессоры Мнкрокалькьла~ор Ргм. 1.5. Ыик(мкалаатнимгр высокого класса. с пери- ферийными устройствами.(Фотгпрафия преластавлена фирмой Неи1еа-Расйагйэ Рнс. 1Ак а цифровой ластотомер; р пифропои итмермслл емсоспг (Фотографии прегюстналсиы фирмой О(оьа1 врос(ариев Гограгапопз Чнстотоатер цифровой итыеритеаь емкости только числами, описываемая система способна обрабатывать и выводить на экран дисплея не ~олько числовую, но и буквенную информацию. Микрокалькуляторы, подобные изображенному на рис.

1.5, по сути дела, уже становятся миниатюрными ЭВМ. Буквально два-три десятка лет назад даже простые микрокалькуляторы стоили тысячи долларов. За это время ученые, инженеры и техники далеко продвинулись в производстве ИС. В результате этих успехов масштабы применения средств цифровой электроники сегодня растут не по дням, а по часам. Стенд технического специалиста вьплялит геперь совсем по-новому. На нем обязательно имеется цифровой универсальный измерительный прибор, который измеряет сопротивления, напряжения и токи. В цифровом приборе, показанном на рис.

1.З,б, применен современный маломощный экономичный индикатор на жидких кристаллах. Этот прибор снабжен батарейным питанием, обладает точностью по постоянному току и напряжению 0,2',~;;, имеет автоматический указатель полярности, характеризуется высоким входным сопротивлением при измерении напряжений и защищен от перегрузок. На стенде можно также увидеть часлтолго 11гры. Этот. прибор с поистине фантастическими возможностями позволяет ре1'истрировать и измерять частоту сигнала перемен- ното тока порядка десятков миллионов периодов в секунду. На рис. 1 б,а изображен один из приборов такото типа. Другой цифровой прибор, который можно часто встретить во мнотих радиомастерских и лаборатприя,— цифровой излтерилтель елткостни. Один из таких приборов показан на рис.

1.б„б. Он позволяет измерять емкости в диапазоне Цнф1ннвй ~вкпиевр цнфраные часы цафрввай спнномеер цнфрввые наррчвые часы цифровая злвктроникв от ! пФ до 199 900 мкФ. В современных частотомерах и универсальных приборах для измерения токов„напряжений и сопротивлений широко используются цифровые электронные схемы. Цифровые электронные схемы имеются и в автомобиле. Это может быть микропроцессор, устанавливающий с большой точностью момент зажигания в цилиндрах двигателя.

На приборной доске светится шкала цпфрового тахолютра. Цифровые часы и цифровой спидометр могут быть вмонтированы в приборную панель. Цифровые приборы морут регулировать подачу топлива в двигатель и сообщать о его расходе. На приборной доске постоянно светятся красноватые цифры. Даже в автомобильном радиоприемнике могу г использоваться цифровые электронные схемы.

Все больше и больше цифровых схем появляется теперь в радиоприемниках и телевизорах. Цифровые схемы широко используются и в мноеочисленных бытовых приборах, которые можно купить в вашем местном торговом центре. Например, в ювелирном отделе вы найдете цифровые наручные часы, высвечивающие время на индикаторе. Такие часы ценя г за высокую точность хода. Они поистине символизируют собой триумф современной микроэлектронной технологии.

Широким спросом пользуются настольные часы и секундомеры. Например, цифровые настольные часы, показанные на рис. !.7,и, вы можете собрать из деталей пролаваемого в магазине конструктора. Кассовый аппарай в вашем местном продуктовом магазине может оказаться сложнейшим цифровым устройс гвом. Рв«. ьт.