Чем определяется точность при переходе к цифровому способу отображения информации в сигнале.
Для того чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом. Можно использовать и системы счисления с основанием, отличным от 2. Именно эти операции (дискретизацию и квантование) выполняют технические устройства в ходе технических измерений.
Как могут изображаться цифры в электронных цифровых устройствах. По каким причинам в цифровых устройствах в основном используется двухуровневое кодирование. Поясните основной принцип двухуровневого кодирования. Какие физические величины чаще всего используют для изображения значений логической переменной.
Цифры могут изображаться с помощью семисегментного индикатора. Используется двоичная система счисления так как легче реализовать технически. Как формирование значений сигнала для цифр, так и операции с такими сигналами. В двоичной системе счисления используются 2 цифры: 0 и 1. Для изображения одной цифры кода – отдельный формирователь сигнала (это небольшое электронное устройство). Для изображения двух значений используются два интервала внутри рабочего диапазона напряжений. Любое напряжение в интервале [U1min ,U1max] изображает цифру 1, а напряжение в интервале [U0min , U0max] – цифру 0. Одному состоянию соответствует значение равное 1, другому - 0. Если промежутка нет, то различные влияющие факторы могут исказить величину сигнала, при этом сигнал 0 может превратиться в сигнал 1 или наоборот.
Семисегме́нтный индика́тор — устройство отображения цифровой информации. Семисегментный индикатор, как говорит его название, состоит из семи элементов индикации (сегментов), включающихся и выключающихся по отдельности. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить упрощённые изображения арабских цифр. Почему двоичная система счисления? Потому что легче реализовать технически. Как формирование значений сигнала для цифр, так и операции с такими сигналами. Принцип двоичного кодирования: согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов и разделяется на единицы, называемые словами. Важно, что каждая цифра машинного двоичного кода несет информацию в 1 бит. Количество информации в битах равно количеству цифр двоичного машинного кода. В двоичной системе счисления используются 2 цифры: 0 и 1. Для изображения одной цифры кода – отдельный формирователь сигнала (это небольшое электронное устройство). Для изображения двух значений используются два интервала внутри рабочего диапазона напряжений. Любое напряжение в интервале [U1min ,U1max] изображает цифру 1, а напряжение в интервале [U0min , U0max] – цифру 0. Одному состоянию соответствует значение равное 1, другому - 0. Двоичная система счисления используется для кодирования дискретного сигнала, потребителем которого является вычислительная техника. Почему нельзя использовать для цифры определенное значение напряжения? Потому что это значение невозможно воспроизводить абсолютно точно. Разные экземпляры формирователей будут выдавать немного различающиеся напряжения для цифры. Почему между интервалами лог.1 и лог.0 должен быть промежуток? Если промежутка нет, то различные влияющие факторы могут исказить величину сигнала, при этом сигнал 0 может превратиться в сигнал 1 или наоборот. Рабочий диапазон определяется (задается) напряжением источника питания формирователя.
Как может выглядеть простейшая электрическая цепь, способная формировать двухуровневый логический (двоичный) сигнал при использовании электрического напряжения в качестве информационного параметра.
а)
на контактном выключателе, б) на полевом
транзисторе.
Вариант б) управляется таким же логическим сигналом и выполняет функцию инверсии: «ноль» на входе дает «единицу» на выходе, и наоборот.
Формирователь логического (двоичного) сигнала на основе механического переключателя. Его основные недостатки. Как можно построить формирователь, у которого и входной и выходной сигнал – электрическое напряжение? Какой вид имеет идеальная характеристика передачи такого элемента?
Можем рассмотреть переключатель, при этом он связывает между собой две точки. Состояние переключателя может быть выражено с помощью булевой переменной А, которая может принимать два значения 0 и 1. Если переключатель разомкнут, то А=0, а если замкнут, то А=1. Чтобы построить формирователь нужен источник напряжения (его называют источником питания), нужен коммутатор (переключатель), с помощью которого к выходу можно подключить один из двух уровней напряжения. Коммутатор должен переключаться под действием такого же двоичного сигнала. Недостаток такого переключателя - необходимость применения логических элементов с большим числом входов для построения переключателей на большое число положений.
Формирователь логического (двоичного) сигнала на базе МОП-транзисторов. Как может выглядеть схема простейшего такого формирователя? Какой вид (приблизительно) имеет статическая характеристика передачи сигнала (характеристика «вход-выход») простейшего элемента?
Сегодня в качестве «выключателей» в цифровых устройствах используют МОП-транзисторы. МОП-транзистор имеет 3 вывода: исток, сток и затвор. Исток и сток транзистора соответствуют клеммам механического ключа. Сам транзистор, как и ключ, имеет два состояния: проводящее и такое, когда проводимость между клеммами отсутствует. Для того, чтобы изменить состояние механического ключа, нужно поставить его плечо в необходимое положение; чтобы изменить состояние МОП-транзистора, на его затвор подается напряжение определенного уровня. Тогда транзистор включается, между выводами стока и истока устанавливается состояние проводимости. В выключенном состоянии проводимость между стоком и истоком отсутствует. Таким образом, с помощью напряжения на затворе можно управлять состоянием транзистора. Так выглядит схема формирователя на базе транзистора:
Характеристика логического инвертора: Любой входной сигнал инвертора в интервале лог.0 должен давать выходной сигнал возможно более удаленный от интервала лог.0, т.е. близкий к максимальному напряжению, изображающему лог.1. И наоборот, любой входной сигнал формирователя в интервале лог.1 должен давать выходной сигнал возможно более удаленный от интервала лог.0., т.е. близкий к минимальному напряжению, изображающему лог.0. Характеристика логического повторителя: Любой входной сигнал формирователя в интервале лог.0 должен давать выходной сигнал возможно более удаленный от интервала лог.1, т.е. минимальный сигнал, изображающий лог.0. И наоборот, любой входной сигнал формирователя в интервале лог.1 должен давать выходной сигнал возможно более удаленный от интервала лог.0, т.е. максимальный сигнал, изображающий лог.1.