5.2.2 Взаимное преобразование аналоговых и цифровых сигналов

Двоичные цифровые сигналы получаются из аналоговых с помощью радиоэлектронных устройств, называемых аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).

Согласно названию АЦП преобразует аналоговый сигнал (напряжение, изменяющееся во времени и содержащее информацию), в двоичный -разрядный цифровой сигнал.

Значит, двоичный цифровой сигнал – это просто дискретная форма аналогового сигнала в виде набора из постоянных напряжений, поэтому и он содержит информацию, которая количественно выражается числом в двоичной системе счисления.

АЦП можно изобразить в виде, показанном на рис.1.

Рис.1 Графическое обозначение аналого-цифрового преобразователя

Применяются АЦП в автоматических системах управления (АСУ) технологическими процессами для ввода информации в управляющую ЭВМ от датчиков состояния различных объектов управления, для ввода информации в компьютер от нестандартных внешних устройств, таких как измерительные приборы экспериментальных установок и т.д.

Существуют радиоэлектронные устройства, выполняющие обратное преобразование – это цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). ЦАП преобразуют входной цифровой сигнал в аналоговое выходное напряжение . Это позволяет, например, использовать цифровые сигналы для управления с помощью их аналога работой исполнительных механизмов, таких как электрические двигатели, реле, выключатели и т.д.

5.2.3 Цифровые (логические) схемы

Радиоэлектронные устройства, работающие с двоичными цифровыми сигналами, называются цифровыми, или логическими.

Термин «логический» обычно применяется по отношению к процедуре принятия решений. В этом смысле логическая – это такая схема, которая на основании совокупности значений входных сигналов принимает решение, что ей ответить на выходе (выходах) – «да» или «нет» (лог.1 или лог.0).

Ниже покажем, что именно так преобразуют радиоэлектронные схемы цифровой двоичный сигнал и эти преобразования наиболее просто описываются особым математическим аппаратом – алгеброй логики, или булевой алгеброй.

Цифровые устройства широко используются в вычислительной технике, автоматике, в АСУ, информационно-измерительной технике и других областях прикладной электроники.

Любая информация (числа, команды, алфавитно-цифровые данные и т.п.) вводятся в ЭВМ в виде двоичных цифровых сигналов – двоичных кодов (двоичных слов). Отдельные разряды этого машинного слова, имеющие значения лог.0 или лог. 1, называются битами.

Выбор двоичных цифровых сигналов для передачи и обработки информации обусловлен, во-первых, простотой получения таких сигналов, во-вторых, простотой практической реализации устройств, выполняющих сложные преобразования двоичных сигналов, так как для этого можно использовать только один базовый элемент электрической цепи – ключ.

Действительно, ключ имеет только два дискретных состояния: замкнут (включен) – тогда в цепи течет ток, а напряжение на ключе близко к нулю, и разомкнут (выключен) – тогда в цепи тока нет, а напряжение на ключе определяется величиной ЭДС, действующей в цепи. В положительной логике напряжение на замкнутом ключе условно считается логическим нулем, а на разомкнутом – логической единицей.

Итак, в современных цифровых схемах для количественного представления информации используются двоичные цифровые сигналы, а устройства их обработки содержат быстродействующие, бесконтактные ключи на полупроводниковых приборах – диодах и транзисторах.

Можно показать, что для выполнения любых логических преобразований цифровых сигналов достаточно иметь всего три базовых (элементарных) элемента, преобразующих цифровой сигнал в соответствии с одной из основных операций булевой алгебры. Рассмотрим только основы этой алгебры, необходимые для описания работы цифровых схем.