4. Цифровые узлы комбинационного типа. Шифраторы и дешифраторы, сумматоры.

Интегральные логические элементы являются основой для построения цифровых устройств, выполняющих более сложные операции и относящихся к классу комбинационных устройств.

Основные из них: дешифраторы и шифраторы; мультиплексоры и демультиплексоры; двоичные сумматоры; цифровые компараторы и мажоритарные элементы; преобразователи кодов и др.

Сумматоры - это цифровые функциональные устройства, предназначенные для выполнения операции сложения чисел, представленных в различных кодах.

По характеру действия сумматоры подразделяются на комбинационные, не имеющие элементов памяти, и накапливающие – запоминающие результаты вычислений при снятии входных сигналов.

Сумматор по модулю два - Это устройство с двумя входами (а и b), на выходе у которого сигнал "1" появляется только в том случае, когда на входах действуют противоположные сигналы, т. е. "0" и "1". Сумматор не обладает памятью.

Дешифратор - Комбинационное устройство, позволяющее преобразовать n-разрядный двоичный код в позиционный 2ⁿ-разрядный код. Имеет n входов и 2ⁿ или меньше выходов. В зависимости от входного набора сигнал 1 появится только на одном определенном выходе, а на всех остальных выходах будут сигналы 0.

По способу реализации дешифраторы могут быть линейные, прямоугольные и пирамидальные.

Более совершенными являются пирамидальные дешифраторы, относящиеся к многоступенчатым структурам и содержащие ряд логических элементов для выделения общих частей функций.

Шифратор - Комбинационное устройство, преобразующее управляющий сигнал на одном из входов в соответствующий двоичный код.

Наибольшее применение шифраторы находят в цифровых устройствах ввода информации с пультов управления для преобразования десятичных чисел в двоичный код. При нажатии на клавишу на один их входов шифратора подается логическая единица (на остальные – логические нули), на выходе формируется соответствующий двоичный код.

5. Цифровые узлы с памятью. Триггеры, регистры, счетчики.

Триггер является бистабильным генератором импульсов прямоугольной формы, имеющим два постоянно устойчивых состояния. Изменение статического состояния триггера происходит под действием внешних запускающих импульсов и сопровождается изменением напряжения на его выходе от некоторого максимума до минимума (близкого к нулю). Такие триггеры называются потенциальными или статическими.

Триггер — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

Регистром называется устройство, осуществляющее прием, хранение преобразование и выдачу чисел в двоичном коде. Информация в регистре хранится в виде числа. Он включает в себя отдельные триггеры, количество которых соответствует числу разрядов двоичного кода и логические элементы.

По способу записи и считывания кода числа в регистре следует различать параллельные и последовательные регистры. В параллельных регистрах операции записи и считывания информации осуществляются во всех разрядах одновременно. В последовательных регистрах запись кода числа начинается с первого разряда путем последовательного продвижения информации с помощью тактовых импульсов.

Для расчёта электрической энергии, потребляемой за определённый период времени, необходимо интегрировать во времени мгновенные значения активной мощности. Для синусоидального сигнала мощность равна произведению напряжения на ток в сети в данный момент времени. На этом принципе работает любой счётчик электрической энергии. Не менее важную роль играют всевозможные сервисные функции, такие как дистанционный доступ к счётчику, к информации о накопленной энергии и многие другие. Наличие цифрового дисплея, управляемого от микроконтроллера, позволяет программно устанавливать различные режимы вывода информации, например, выводить на дисплей информацию о потреблённой энергии за каждый месяц, по различным тарифам и так далее.