Аналоговый и цифровой звук очень похожи, их характеристики частотный диапазон, однако, каждый из них имеет свои индивидуальные особенности, а также преимущества и недостатки. В основном связано отличие этих сигналов в технологии их записи и преобразования. Какой из них лучше или хуже до последнего времени всё ещё остаётся актуальным и зависит от слушателя и от его предпочтений.
Дело в том, что аналоговый сигнал как звуковой, так и видео это переменная величина тока которая в зависимости от информации выражается в кривой которая является постоянной во времени. То по большому счёту это сигнал, который выражается уровнем и амплитудой напряжения и от его величины, и характеристики несут в себе определённую информацию. Цифровой сигнал — это набор дискретных величин в виде единиц и нулей, который преобразуется в итоге в звуковые колебания слышимые человеческому уху. Вся аудио информация представлена в виде дискретного нуля или единицы и отклонения невозможны.
В любом случае, цифровой сигнал в чистом виде является формой не акустической, поэтому в любом случае на акустическую систему с оконечного каскада усилителя звука, выходит аналоговый сигнал в виде переменного напряжения определённой величины и частоты.
Источников аналогового сигнала в современном мире остаётся не так уж много, это виниловые пластинки, бобины, и аудиокассеты. Для хранения информации в цифровом виде сейчас есть много способов и механизмов как переносных, так и стационарных — это любые CD или DVD диски, флеш накопители, жёсткие диски, устанавливаемые в ноутбуках и персональных компьютерах. Такие файлы могут храниться в разных форматах, с большим разбросом по объёму, от которого, естественно, заливист качество и продолжительность сохранённого звука. Аналоговый и цифровой звук, получается отличаются только способом хранения, передачи и его воспроизведения.
Достоинства и недостатки аналогового звукового сигнала
Если говорить о преимуществах аналогового сигнала как аудио таки видео, то одно из них связано с тем что именно в таком образе и виде человек воспринимает его своим органом слуха. И хотя впоследствии слух человека преобразует сигнал всё равно в набор импульсов, передаваемых в мозг, но тем не мнение современная техника ещё не научилась миновать уши как основной орган слуха и передавать сигнал непосредственно в мозг. Хотя нельзя и не отметить что данные исследования ведутся уже последние 70 лет и если они обвенчаются успехом то с таким понятием, как человеческая глухота будет покончено, а пока звуковые колебания каждый слышащий человек и воспринимающий их в полном объёме получает в виде аналогового сигнала. То есть, аналоговой звуковой сигнал имеет высокие показатели частотной глубины, а также неплохую сбалансированность между высокими и низкими частотами.
Основная проблема и недостаток с использованием чистого аналогового сигнала заключается в его хранении, а также способах тиражирования и передачи. Запись на любой из аналоговых хранителей аудио информации подвержен размагничиванию и механическим повреждением, поэтому спустя время записанная на них информация, значительно снижает качество в случае её воспроизведения. Виниловые диски сильно подвержены царапинам, да и тиражирование их довольно проблематичный и трудоемкий процесс. Выполнить копию аудио сигнала, записанного в аналоговом формате обозначает почти то же что и создать её заново.
Преимущества и недостатки цифрового сигнала
Неоспоримыми преимуществами цифрового сигнала и звука, в частности, являются:
Основным недостатком цифрового сигнала является то, что он всего лишь промежуточный этап формирования итогового звукового сигнала и для его преобразования необходимы специальные устройства ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).
Таким образом, аналоговый и цифровой звук являются неотъемлемыми и связанными величинами, которые улучают и упрощают человеческую жизнь и, в частности, тех людей, которые связаны с музыкой. По крайней мере, это будет до тех пор, пока человечество не научится передавать импульс непосредственно в человеческий мозг.
Преимущества цифрового сигнала перед аналоговым
В аналоговых системах исходная информация практически без изменений передается в эфир (естественно в виде высокочастотной электромагнитной энергии), а в цифровых системах по эфиру передается только двоичный код.
Наиболее важными преимуществами цифровых систем связи перед аналоговыми являются:
· более высокое качество передачи речи (хотя появляется некоторая «металлизация» речи);
· отсутствие «эфирных» помех;
· большая защищенность от посторонних сигналов;
· стабильное качество связи во всей зоне покрытия (и резкое снижение на границах зоны);
· интегрированные возможности по передачи данных и более высокие скорости обмена данными;
· расширенные возможности шифрования без потерь качества и уменьшения зоны покрытия.
Пример для понимания:!!!
Представьте себе аналоговый сигнал в виде медленно меняющейся по высоте волны. Если на ней возникнут какие то провальчики или всплески, мы услышим искажения звука.Это беда аналоговых систем. Теперь представьте, что мы раздробили этот сигнал на узкие вертикальные полосочки, ограниченные сверху той же самой волной, но передавать по проводам будем информацию в виде последовательности коротких импульсов и пробелов – без импульсов. Такой последовательностью управляет специальная схема, она закладывает в комбинацию передаваемых импульсов информацию о номере отрезанной полосочки и ее высоте.При приеме специальное устройство обрабатывает эту последовательность импульсов и восстанавливает плавную кривую, которая получается без искажений, потому что информация о каждой полосочке прошла и перепроверилась обработчиком сигнала. А теперь даже при наличии помех на линии, уровень передаваемых импульсов всегда их превышает и можно просто шумы и помехи срезать, а оставить только самые верхушки импульсов. Главное, что даже не важно, какая амплитуда будет у этих импульсов. Главное, что есть импульс или нет..вот такая приходит гребенка. Сигнал источника воспроизводится 1:1 без искажений, чего не добиться при передаче аналоговых сигналов.
123. Методы мультиплексирования
Мультиплексирование – система методов и аппаратных решений, позволяющих осуществлять передачу множества сигналов по одной линии.
Виды мультиплексирования: частотное, по длине волны, временное (первые два – для аналогового сигнала, третий для цифрового).
1) Мультиплексирование с разделением по частоте (FDM)
2) Мультиплексирование с разделением по времени (TDM)
3) Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM)
124. Коммутация каналов на основе метода FDM
Мультиплексирование с разделением по частоте (англ. FDM, Frequency Division Multiplexing) предполагает размещение в пределах полосы пропускания канала нескольких каналов с меньшей шириной. Наглядным примером может послужить радиовещание, где в пределах одного канала (радиоэфира) размещено множество радиоканалов на разных частотах (в разных частотных полосах).
Используется в аналоговых сетях.
Используется в сетях мобильной связи (см. FDMA) для разделения доступа, в природе — все виды разделений по цвету (частота электромагниных колебаний) и тону (частота звуковых колебаний).
125. Коммутация каналов на основе метода WDM
Мультиплексирование с разделением по длине волны (англ. WDM, Wavelength Division Multiplexing) предполагает передачу по одному оптическому волокну каналов на различных длинах волн. В основе технологии лежит факт того, что волны с разными длинами распространяются независимо друг от друга. Выделяют три основных типа спектрального уплотнения: WDM, CWDM и DWDM.
Используется в аналоговых сетях, передача оптического сигнала.
Объединение и разделение светового сигнала легко осуществлять с помощью призм (в зависимости от угла падающего луча и его частоты).
126. Коммутация каналов на основе метода TDM
Мультиплексирование с разделением по времени (англ. TDM, Time Division Multiplexing) предполагает кадровую передачу данных, при этом переход с каналов меньшей ширины (пропускной способности) на каналы с большей освобождает резерв для передачи в пределах одного кадра большего объёма нескольких кадров меньшего.
Используется в цифровых сетях:
– в синхронном TDM скорость передачи значительно выше
– синхронный TDM неэффективен
127. Режимы использования среды передачи: дуплекс, симплекс, полудуплекс.
При симплексной передаче одно из устройств может только передавать данные, а второе только принимать их. Направление передачи никогда не может измениться.
При полудуплексной передаче любое из устройств может быть и приёмником и передатчиком, но только не одновременно.
При дуплексной передаче обе стороны могут передавать и принимать данные одновременно.
128. Понятие ИКТ
Инфокоммуникационная инфраструктура включает:
– оборудование пользователя
– сеть доступа
– базовая сеть (транспортная сеть и система коммуникации)
Понятие «пользователь» вытесняет понятие «абонент», т.к. пользователями сетей могут являться не только люди но и устройства.
Телекоммуникационная сеть – это совокупность базовой сети и сетей доступа.
Информационная сеть – это совокупность телекоммуникационной сети, оборудования пользователя и необходимых для их взаимодействия интерфейсов.
129. Обобщенная структура телекоммуникационной сети
Сеть доступа выполняет задачу предоставления пользователю индивидуального канала связи для транспортирования информации между различными пунктами сети и связывает конечного пользователя с базовой сетью.
Транспортная сеть связи (backhaul) — это совокупность всех ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления.
Коммутация – это процесс переноса информации из входящей в исходящую линию связи. Коммутация делится на коммутацию каналов и коммутацию пакетов.
Сетевой интеллект (Network intelligence) – это программное обеспечение предназначенное для: управления сетевыми функциями сервисных узлов, коммутации услуг, контроля предоставляемых услуг, управления услугами, создания услуг, правления дополнительными сервисами (оставление голосовых сообщений, приём многочастотных сигналов от пользователей в цифровом виде и т.д.)
5 уровней сетевого управления:
1) Уровень сетевых элементов (сетевой элемент (NE) – любое сетевое оборудование)
2) Уровень управления элементами (группами элементов)
3) Уровень управления сетью
4) Уровень управления обслуживанием
5) Уровень административного управления
130. Сеть доступа
Структура сети доступа:
– локальный доступ между оборудованием пользователя и узлом доступа
– узел доступа
– транспортный доступ
– узел предоставления услуг
Индивидуальные линии доступа (локальный доступ) с пользовательским интерфейсом UNI, предназначены для доведения потоков информации к оборудованию пользователя и от него.
Узел доступа реализуется на оборудовании, и выполняющим функции концентратора, мультиплексора или базовой станции беспроводной сети.
Сегмент транспортного доступа – служит для передачи информации между узлами доступа и узлами предоставления услуг базовых сетей.
Узел предоставления услуг – первое сетевое устройство, обрабатывающее вызов. Функции узла предоставления услуг может выполнять узел ATM, узел доступа к Интернет, сервер и т.д.
131. Транспортная сеть
Транспортирование – процесс переноса инф между различными пунктами
На сегодняшний день, переход к полностью основанным на IP сетям видится в отрасли как необходимый путь развития.
Транспортная сеть реализуется на базе первичной сети.
Первичная сеть- физическая сеть, на базе которой реализовывается вторичная и т.д. сети
132. Сетевой интеллект
– управления сетевыми функциями сервисных узлов
– коммутации услуг
– контроля предоставляемых услуг
– управления услугами
– создания услуг
– управления дополнительными сервисами (оставление голосовых сообщений, приём многочастотных сигналов от пользователей в цифровом виде и т.д.)
133. Сетевое управление: уровни
На этом уровне производится:
– контроль NE
– отображение параметров работы элементов
– аварийное управление
– транспортирование информации
– отображение параметров их работы
– конфигурирование, применительно к отдельным элементам сети или к некоторому их сочетанию
На этом уровне производятся операции изменения конфигурации и параметров сети, исходя из решений, принятых на следующем уровне, а так же исходя из анализа сообщений, поступающих от объектов наблюдения с нижнего уровня.
– решения по предоставлению услуг
– планирование и учёт
– описание функций для управления качеством обслуживания
(Основная задача – обеспечение качества обслуживания)
На этом уровне:
– обеспечивается функционирование сетевых операторов
– решаются организационные и финансовые вопросы
– анализируются тенденции качество результатов
– производится взаимодействие с другими операторами
– устанавливаются стратегические цели развития (контракты с внешними операторами и государственными органами)
Не забудь поделиться страницей с друзьями:
Любой сигнал, аналоговый или цифровой — это электромагнитные колебания, которые распространяются с определенной частотой, в зависимости от того, какой сигнал передается, устройство, принимающее данный сигнал, переводит его в текстовую, графическую или звуковую информацию, удобную для восприятия пользователя или самого устройства. Для примера, телевизионный или радиосигнал, вышка или радиостанция может передавать и аналоговый и, на даный момент, цифровой сигнал. Приемное устройство, получая данный сигнал, преобразует его в изображение или звук, дополняя текстовой информацией (современные радиоприемники).
Звук передается в аналоговой форме и уже через приемное устройство преобразуется в электромагнитные колебания, а как уже говорилось, колебания распространяются с определенной частотой. Чем выше будет частота звука, тем выше будут колебания, а значит звук на выходе будет громче. Говоря общими словами, аналоговый сигнал распространяется непрерывно, цифровой сигнал — прерывисто (дискретно).
Так как аналоговый сигнал распространяется постоянно, то колебания суммируются и на выходе возникает несущая частота, которая в данном случае является основной и на нее осуществляется настройка приемника. В самом приемнике происходит отделение данной частоты от других колебаний, которые уже преобразуются в звук. К очевидным недостаткам передачи при помощи аналогового сигнала относятся — большое количество помех, невысокая безопасность передаваемого сигнала, а также большой объем передаваемой информации, часть из которой явлляется лишней.
Если говорить о цифровом сигнале, где данные передаются дискретно, стоит выделить его явные преимущества:
Для преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот испльзуются специальные устройства — аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). АЦП устанавливается в передатчике, ЦАП установлен в приемнике и преобразует дискретный сигнал в аналоговый.
Что касается безопасности, почему цифровой сигнал является более защищенным, чем аналоговый. Цифровой сигнал передается в зашифрованном виде и устройство, которое принимает сигнал, должно иметь код для расшифровки сигнала. Также стоит отметить, что АЦП может передавать и цифровой адрес приемника, если сигнал будет перехвачен, то полностью расшифровать его будет невозможно, тка как отсутствует часть кода — такой подход широко используется в мобильной связи.
Подведем итог, основное различие между аналоговым и цифровым сигналом заключается в структуре передаваемого сигнала. Аналоговые сигналы представляют из себя непрерывный поток колебаний с изменяющимися амплитудой и частотой. Цифровой сигнал представляет из себя дискретные колебания, значения которых зависят от передающей среды.
Аналоговый и цифровой сигнал. Сравнительный анализ. Достоинства и недостатки.
Аналоговый и цифровой сигнал. Сравнительный анализ. Достоинства и недостатки.
Сигнал — это любая физическая величина изменяющаяся во времени.
Аналоговый сигнал – сигнал, который может любые значения
в определённых пределах
Цифровой сигнал – сигнал, который может принимать только два значения (1,0)
Операции над электрическими сигналами:
• обработка (преобразование) сигнала;
• передача сигнала;
• хранение сигнала.
• Шум — это внутренние хаотические слабые
сигналы любого электронного устройства
(микрофона, транзистора, резистора и т. д.).
• Наводки и помехи — это сигналы,
приходящие на электронную систему извне и
искажающие полезный сигнал
• сигналы чувствительны к действию всевозможных паразитных
сигналов (шумов, наводок, помех)
• при обработке сигналов (при усилении, фильтрации), из-за
несовершенства и не идеальности электронных устройств,
искажается форма сигнала.
• при передаче на большие расстояния и при хранении сигнал
• шумы, помехи и наводки принципиально не поддаются точному
расчету, поэтому точно описать поведение любых аналоговых
• при изготовлении аналоговых устройств всегда присутствует
технологическая операция – настройка устройства. У цифровых
устройств – проверка работоспособности.
• со временем из-за старения, изменяются параметры электронных
компонентов, входящих в состав аналоговых устройств и,
соответственно, изменяются характеристики самих аналоговых
Преимущества цифровых устройств и сигналов:
• небольшие отклонения от разрешенных значений не искажают
цифровой сигнал, так как существуют зоны допустимых
• По сравнению с аналоговыми сигналами цифровые сигналы
допускают гораздо более сложную и многоступенчатую обработку;
более длительное хранение без потерь; более качественную передачу,
• поведение цифровых устройств всегда можно абсолютно точно
рассчитать и предсказать.
• цифровые устройства гораздо меньше подвержены старению,
так как небольшое изменение их параметров никак не
отражается на их функционировании.
• цифровые устройства проще проектировать и отлаживать.
Недостатки цифровых сигналов
• Для надежного распознавания текущего состояния в каждом из своих
разрешенных уровней цифровой сигнал должен оставаться хотя бы в течение
какого-то минимального временного интервала.
• аналоговый сигнал может принимать любое свое значение бесконечно малое
времени), а цифровой — в дискретном времени (то есть только в выделенные
– Поэтому максимально достижимое быстродействие аналоговых устройств всегда принципиально больше, чем цифровых устройств.
– Аналоговые устройства могут работать с более быстро меняющимися сигналами, чем цифровые.
– Скорость обработки и передачи информации аналоговым устройством всегда может
быть сделана выше, чем скорость ее обработки и передачи цифровым устройством.
• цифровой сигнал передает информацию только двумя уровнями и изменением
одного своего уровня на другой,
• аналоговый передает информацию еще и каждым текущим значением своего
уровня, то есть он более емкий с точки зрения передачи информации.
– Соответственно, для передачи того объема полезной информации, который
содержится в одном аналоговом сигнале, чаще всего приходится использовать
несколько цифровых сигналов (обычно от 4 до 16).
• в природе все сигналы аналоговые, то есть для преобразования их в цифровые
сигналы и для обрато требуется применение специальных преобразователей
(АЦП и ЦАП), что приводит к увеличению стоимости цифровых устройств.
Элементы цифрового сигнала.
• Положительный сигнал (сигнал положительной полярности) — это сигнал, активный
уровень которого — логическая единица. 0 — это отсутствие сигнала, 1 — сигнал пришел.
• Отрицательный сигнал (сигнал отрицательной полярности) — это сигнал, активный
уровень которого — логический нуль. 1 — это отсутствие сигнала, 0 — сигнал пришел.
• Активный уровень сигнала — это уровень, соответствующий приходу сигнала, то есть
выполнению этим сигналом соответствующей ему функции.
• Пассивный уровень сигнала — это уровень, в котором сигнал не выполняет никакой
• Положительный фронт сигнала — это переход сигнала из нуля в единицу.
• Отрицательный фронт сигнала (спад) — это переход сигнала из единицы в нуль.
• Передний фронт сигнала — это переход сигнала из пассивного уровня в активный
• Задний фронт сигнала — это переход сигнала из активного уровня в пассивный уровень.
• Тактовый сигнал (или строб) — управляющий сигнал, который определяет момент выполнения элементом или узлом его функции.
• Шина — группа сигналов (и соответствующих физических линий передачи этих сигналов),
объединенных по какому-то принципу. Например, шиной называют сигналы,
соответствующие всем разрядам какого-то двоичного кода.
• Инверсный выход — это выход, выдающий сигнал инверсной полярности по сравнению с
• Прямой выход — это выход, выдающий сигнал такой же полярности, какую имеет входной
Реальная форма сигнала
Xm-максимальная амплитуда импульса.
Xв – амплитуда восстановления.
Дельта Хm – разность высоты импульса в конце и начале спада.
tФ – активная длительность нарастания импульса
tс – активная длительность спада импульса.
tв – время восстановления
tэд – время задержки импульса
tи – активная длительность прямоугольного импульса
Основные типы схем.
По степени детализации изображения устройств различают три вида схем:
• Принципиальная схема.
– это наиболее подробная схема.
– показывает все использованные в устройстве элементы и все связи между ними.
– если схема строится на основе микросхем, то показывают номера выводов этих
– схема должна позволять полностью воспроизвести устройство.
– Обозначения, используемые на принципиальной схеме жестко стандартизованы,
отклонения от стандартов не рекомендуются.
• Структурная схема.
– это наименее подробная схема.
– предназначена для отображения общей структуры устройства, основных блоков,
узлов, частей и главных связей между ними.
– Из данной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство, что оно
делает в основных режимах работы, и как взаимодействуют его части.
– Обозначения структурной схемы могут быть довольно произвольными, хотя некоторые
общепринятые правила все-таки лучше выполнять.
• Функциональная схема.
– представляет собой гибрид структурной и принципиальной схем.
– наиболее простые блоки, узлы, части устройства отображаются на ней, как на
структурной схеме, а остальные — как на принципиальной схеме.
– Функциональная схема позволяет понять всю логику работы устройства, все его
отличия от других подобных устройств, но не позволяет без дополнительных работ
воспроизвести это устройство.
– обозначения, используемые на данных схемах, в части, показанной как структура, не
стандартизованы, а в части, показанной, как принципиальная схема, стандартизованы.
5,6,7. Способы представления логических функций (словесное описание, таблица истинности, алгебраическая форма записи (дизъюнктивная форма записи)).
1) Словесное описание.
2) Табличное задание
3) Аналитический способ записи
4) Графическое задание
Рассмотрим на примере двухвходовой функции ИЛИ.
Существует функция f(x,y), зависящая от двух аргументов. Функция принимает значение 1, в случае равенства единице любого из двух аргументов (или обоих), и принимающая значение 0 в случае одновременного равенства нулю двух аргументов.
2) Таблица истинности.
Описанное выше словесное описание можно свести в таблицу истинности.
Функция имеет следующий вид: f = x#y.
4) Графический способ.
ДНФ – это такая нормальная форма, которая имеет вид дизъюнкций конъюнкций литералов.
По – русски:
Любые логические функции выражаются через элементарные функции булева базиса.
СДНФ – это такая ДНФ, которая удовлетворяет трём условиям:
§ в ней нет одинаковых элементарных конъюнкций
§ в каждой конъюнкции нет одинаковых пропозициональных букв
§ каждая элементарная конъюнкция содержит каждую пропозициональную букву из входящих в данную ДНФ пропозициональных букв, причем в одинаковом порядке.
Любая сложная функция представляется в виде (на примере двухвходовой функции M2) (!A&B)# (A&!B)
Любая сложная функция представляется в виде (на примере двухвходовой функции M2) (A#B)& (!A#!B)
8. Логические константы и переменные. Элементы булевой алгебры. Булев базис. Взаимное преобразование логических функций(правило Де Моргана), логические элементы.
Логическое выражение может быть либо истиной, либо ложью. Истине соответствует константа True, значению “ложь” – константа False.
Это переменные, принимающие только 2 значения – 1, или 0.
Булева алгебра – формальный аппарат описания логической стороны процессов, происходящих в цифровых устройствах. Оперирует с логическими переменными.
Операции над этими переменными называются логическими операциями.
Простейшие логические операции:
Y = a ^ b Y = ab Y = a ⋅ b Y = a & b
a & 0 = 0
a & 1 = a
a & a = a
a &!a = 0
Y = aVb Y = a + b Y = a#b
a # 0 = a
a # 1 = 1
a # a = 1
a #!a = 1
Y = a ⊕ b Y = a $ b
(а⊕b) ⊕b = а!а⊕b = a⊕!b
ИЛИ – НЕ
Правило Де Моргана.
!(!a &!b) = a # b!(!a #!b) = a & b
Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме.
ФПБ является базис И-НЕ.
Для проверки этого утверждения получим, используя только функцию И-НЕ, все функции Булева базиса.
При соединении входов функции 2И-НЕ получаем просто НЕ (очевидно). Берется 2 элемента 2И-НЕ с соединенными входами, их выходы прикрепляются к еще одному 2И-НЕ. Получаем на выходе третьего элемента!(!A&!B), что, согласно правилу ДеМоргана = A#B, читд.
На входы 2И-НЕ подаем сигналы. На выходе имеем!(A&B). Подаем его на еще 1 элемент с соединенными входами(то есть, инвертируем)
ФПБ является базис ИЛИ-НЕ.
Все функции получаются точно такой же комбинацией логических элементов, согласно правилу Де Моргана.
Базис Жегалкина состоит из следующих логических элементов:
2) M2(Исключающее ИЛИ)
3) Константы «1»
Докажем, что он является ФПБ.
Приведем таблицу истинности ф-и М2
Очевидно, что при подаче на один из входов постоянной единицы, на выходе М2 присутствует сигнал, подаваемый на второй из входов, но с обратным знаком. То есть, М2 работает как инвертор.
Берем два инвертора на основе M2, полученных выше, пихаем их выходы на вход функции И, после чего ставим еще один такой инвертор. В результате получаем!(!A&!B), по ДеМоргану = A#В, читд.
Уже есть в базисе.
Пример обозначения микросхемы в отечественной системе обозначений.
Рисунок 31. Пример обозначения микросхемы в отечественной системе обозначений.
1. Первая буква обозначает область применения:
• Бытовой диапазон температур 0-700С, или коммерческий (обозначается буквой K).
• Расширенный (industrial) -400С – +850С.
• Автомобильный -400С – +1250С (у нас в стране этот диапазон не используется).
• Военный -550С – +1250С (в обозначении таких микросхем буква отсутствует).
2. Тип корпуса микросхемы, может отсутствовать. Для каждого диапазона температур
используется свой корпус.
1) Корпус типа DIP, пластмассовый (для коммерческого диапазона температур). На
расширенном диапазоне температур используется керамический корпус. Выводы расположены с двух сторон, перпендикулярно корпусу. На корпусе присутствует ключ около вывода, с которого начинается нумерация выводов, нумерация идет против часовой стрелки. Количество выводов: 4, 8, 14, 16, 24, 28, 40. Расстояние между выводами 2.54 мм (100 милов) у зарубежных микросхем, 2.5 мм у российских.
Рисунок 32. Корпуса типа DIP (слева) и SOIC (справа).
2) На автомобильном и военном диапазоне температур используется металлокерамический
корпус типа SOIC. Расстояние между выводами 1.27 мм (100 милов) у зарубежных микросхем,
1.25 мм у российских. Выводы в позолоченном исполнении. Количество выводов: 8, 16, 14, 24, 28.
3) PLCC корпус. Выводы загнуты под корпус, можно помещать в колодку. Количество
выводов: 32, 48, 52, 68, 84.
Рисунок 33. Корпуса PLCC (слева) и TQFP, PQFP (справа).
4) BGA, PGA корпуса: выводы под корпусом.
Рисунок 34. Корпуса BGA и PGA.
3. Номер серии микросхемы – от трех до четырех цифр. Технология, по которой изготовлена микросхема.
4. Функция микросхемы – 2 буквы.
ЛА – И-НЕ
ЛН – НЕ
ЛИ – И
ЛЛ – ИЛИ
ЛЕ – ИЛИ-НЕ
ЛП – М2
5. Номер микросхемы – от одной до трех цифр. Уточнение типа микросхемы внутри
ЛА3 – 2И-НЕ
Пример обозначения микросхемы в зарубежной системе обозначений.
Рисунок 35. Система обозначений фирмы Texas Instruments.
1. SN– идентификатор фирмы.
2. Температурный диапазон. 74 – коммерческий, 54 – военный.
3. Код серии.
• Отсутствует – стандартная ТТЛ серия
• LS (Low Power Shottky) – маломощная серия ТТЛШ
• НС (High Speed CMOS) – высокоскоростная КМОП серия
• HCT (High Speed CMOS with TTL inputs) – высокоскоростная серия КМОП,
совместимая по входу с ТТЛ.
• AC (Advanced CMOS) – улучшенная КМОП
• ACT (Advanced CMOS with TTL inputs) – улучшенная КМОП, совместимая по
155, 133, 555, 533, 531
176, 561, 564, 1561
ЭСЛ (почти не
4. Идентификатор специального типа (может отсутствовать).
5. Тип микросхемы.
6. Код типа корпуса: N – пластмассовый DIP корпус, J – керамический, T – плоский
Потенциально ТТЛ технология быстрее, в отличие от КМОП, потребление питания не
зависит от тактовой частоты.
Обычно микросхемы разных серий легко сопрягаются между собой, то есть сигналы с
выходов микросхемы одной серии можно подавать на входы другой. Однако бывают исключения при сопряжении КМОП и ТТЛ серий.
Рисунок 36. Сопряжение микросхем разных серий.
В таком случае используется серия микросхем HCT. У нее занижен порог срабатывания,
предназначена для стыковки ТТЛ и КМОП серий.
Типовые комбинационные логические устройства: шифратор без приоритета/ с приоритетом – назначение, основные свойства, характеристики, описание на языке проектирования AHDL (пакет Max Plus II). Примеры применения.
Шифратор (coder) – преобразует входной унарный вход в выходной двоичный.
Обозначается как CD (ИВ).
Рисунок 45. Условное обозначение шифратора.
RDy – выход, показывающий состояние готовности шифратора. Если N – количество входов,
а m – количество выходов, и N = 2 m, то шифратор полный.
Рисунок 46. Таблица истинности шифратора.
Если какому-либо входу задан приоритет, то шифратор приоритетный. Зададим приоритет
входу D7. Таблица истинности такого шифратора выглядит следующим образом:
Рисунок 47. Таблица истинности приоритетного шифратора.
Реализация на AHDL:
rdy, a1,a2,a4,a33: output;
Дешифратор (decoder) – преобразует двоичный код в унарный. Из всех выходов
дешифратора активный уровень имеется только на одном. Обозначается как DC (ИД). Если N –
количество выходов, а m – количество входов, и N = 2 m, то дешифратор полный.
Рисунок 41. Условное изображение дешифратора.
Дешифраторы часто имеют разрешающий (управляющий, стробирующий) вход Е. При Е=1
дешифратор работает как обычно, при Е=0 на все выходы устанавливаются неактивные уровни
независимо от сигналов на входе.
Рисунок 42. Таблица истинности дешифратора.
Наблюдается эффект бегущей единички, как видно из таблицы истинности. Это свойство
используется в гирляндах.
Описание на языке AHDL:
Часто в микросхемах дешифраторов делают несколько разрешающих входов, а разрешающей комбинаций является их конъюнкция.
cs1, cs2, a1,a2,a8,a4: input;
y0 =!((!cs1 &!cs2) &!a8 &!a4 &!a2 &!a1);
y1 =!((!cs1 &!cs2) &!a8 &!a4 &!a2 & a1);
y2 =!((!cs1 &!cs2) &!a8 &!a4 & a2 &!a1);
y3 =!((!cs1 &!cs2) &!a8 &!a4 & a2 & a1);
y4 =!((!cs1 &!cs2) &!a8 & a4 &!a2 &!a1);
y5 =!((!cs1 &!cs2) &!a8 & a4 &!a2 & a1);
y6 =!((!cs1 &!cs2) &!a8 & a4 & a2 &!a1);
y7 =!((!cs1 &!cs2) &!a8 & a4 & a2 & a1);
y8 =!((!cs1 &!cs2) & a8 &!a4 &!a2 &!a1);
y9 =!((!cs1 &!cs2) & a8 &!a4 &!a2 & a1);
y10=!((!cs1 &!cs2) & a8 &!a4 & a2 &!a1);
y11=!((!cs1 &!cs2) & a8 &!a4 & a2 & a1);
y12=!((!cs1 &!cs2) & a8 & a4 &!a2 &!a1);
y13=!((!cs1 &!cs2) & a8 & a4 &!a2 & a1);
y14=!((!cs1 &!cs2) & a8 & a4 & a2 &!a1);
y15=!((!cs1 &!cs2) & a8 & a4 & a2 & a1);
Типовые комбинационные логические устройства: мультиплексоры,– назначение, основные свойства, характеристики, описание на языке проектирования AHDL (пакет Max Plus II). Примеры применения.
Мультиплексор – осуществляет коммутацию одного из нескольких входов данных к
выходу. Номер выбранного входа соответствует коду, поданному на адресные входы
мультиплексора. Обозначается как MX (КП).
Рисунок 43. Условное изображение мультиплексора.
Рисунок 44. Таблица истинности мультиплексора.
Вход Е – разрешающий, при Е=1 мультиплексор работает, при Е=0 мультиплексор закрыт.
Типовые комбинационные логические устройства: цифровые компараторы – назначение, структура построения, основные свойства, характеристики, описание на языке проектирования AHDL (пакет Max Plus II). Примеры применения.
Цифровой компаратор – устройство сравнения двух двоичных чисел.
Рисунок 39. Компаратор (а) и его структурная схема (б).
Рисунок 40. Таблица истинности функции НЕ М2.
Количество выводов равно количеству уравнений. Компаратор обозначается как SP.
Выход с третьим состоянием.
Рисунок 53. Элемент с третьим состоянием.
Добавляется третий транзистор. Когда на вход Z подается низкий уровень, транзистор VT3 заперт и не влияет на работу схемы элемента, выполняющего функцию И-НЕ. Если на входе Z высокий уровень, то транзистор VT3 открывается, а транзисторы VT1 и VT2 закрыты и уровень напряжения на выходе уже не определен. Такое третье состояние обозначается Z-состоянием.
Рисунок 54. Обозначение элементов с третьим состоянием и их таблица истинности.
Рисунок 55. Двунаправленная передача данных.
Для взаимного обмена данными различные устройства подключаются к связывающему их
проводу – шине. По этой шине происходит обмен. Микроконтроллер МК управляет элементами 1 и 2.
TRI -элементы в AHDL.
a, b, c: input;
21. Триггеры. Назначение и классификация.
Триггер – устройство, имеющее два устойчивых состояния, и переходящее из одного
состояния в другое по внешнему сигналу. 1 и 0 – устойчивые состояния триггера.
0 – сброшенное состояние.
1 – установленное состояние.
Имеет два выхода – прямой Q и инверсный Q, причем! Q = Q.
1. По типу используемых входов.
R – вход сброса (reset)
S – вход установки (set)
J – вход установки универсального триггера
K – вход сброса универсального триггера
T – счетный вход
D – информационный вход
C – синхровход триггера
RS,JK,T,D – 4 основных типа
Т,D – 2 основных типа, исп. в программируемой. логике
V – дополнительный вход разрешения работы.
2. По моменту реакции на входной сигнал.
-Асинхронные: изменяют состояние на выходе в момент изменения сигнала на входе.
-Синхронные: изменяют состояние в строго определенные моменты времени, эти моменты
определяются специальным синхросигналом С.
3. По типу активного логического сигнала на входах триггера.
-Статические: реагируют на уровень сигнала.
-Динамические: реагируют на переход сигнала (вход синхронизации С реагирует на передний фронт сигнала).
Асинхронный RS-триггер на элементах И-НЕ. Таблица истинности. Логика работы(эпюры напряжений). Варианты использования. Описание на языке проектирования
RS-триггер используется для создания сигнала с положительным и отрицательным фронтами. Также RS-триггеры часто используются для исключения явления дребезга контактов. И, ясное дело, как элемент памяти.
Асинхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ. Таблица истинности. Логика работы (эпюры напряжений). Варианты использования. Описание на языке проектирования
Применение то же.
Синхронный RS-триггер. Таблица истинности. Логика работы (эпюры напряжений).
Варианты использования. Описание на языке проектирования AHDL (пакет Max PlusII).
Триггеры с динамическими и статическими входами. D-триггер. Таблица истинности. Логика работы (эпюры напряжений). Варианты использования. Реализация D-триггера на базе T-триггера. Описание на языке проектирования AHDL (пакет MaxPlus II).
Также называется «триггер – защелка.»
При Сlk = 0 состояние триггера не меняется, а при Сlk = 1 состояние триггера совпадает со значением информации на входе D.
Основной триггер, применяющийся в микросхемах программируемой логики. Элемент задержки на 1 такт сигнала CLK.
Нормирование сигналов по длительности.
Так как информация на выходе остаётся неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации или триггером-защёлкой.
Сохранение информации в D-триггерах происходит после спада импульса синхронизации.
T-триггер. Таблица истинности. Логика работы (эпюры напряжений). Варианты использования. Реализация Т-триггера на базе D-триггера. Описание на языке проектирования AHDL (пакет MaxPlusII).
По переднему фронту сигнала CLK меняет свое значение на противоположное, в случае, если на входе единица. Ниче не делает, если на входе ноль.
Т-триггер часто применяют для понижения частоты в 2 раза, при этом на Т вход подают единицу, а на С — сигнал с частотой, которая будет поделена на 2.
Т-триггер часто называют счётным триггером, так как он является простейшим счётчиком до 2.
Асинхронный Т-триггер не имеет входа синхронизации С.
JK-триггер. Таблица истинности. Логика работы (эпюры напряжений). Реализация RS, D, T триггеров на JK-триггере. Описание на языке проектирования AHDL (пакет Max Plus II).
JK-триггер работает так же как RS-триггер, за одним исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное. Вход J аналогичен входу S у RS-триггера. Вход K аналогичен входу R у RS-триггера. При подаче единицы на вход J и нуля на вход K выходное состояние триггера становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход K и нуля на вход J выходное состояние триггера становится равным логическому нулю. JK-триггер в отличие от RS-триггера не имеет запрещённых состояний на основных входах. На практике применяются только синхронные JK-триггеры, то есть состояния основных входов J и K учитываются только в момент тактирования, например по положительному фронту импульса на входе синхронизации.
Реализация различных триггеров на основе JK:
J_IN, K_IN, CLK_IN:INPUT;
Асинхронный RS-триггер, реализованный через входа асинхронной установки и сброса (.prn,.clrn). Таблица истинности. Логика работы (эпюры напряжений). Варианты использования. Описание на языке проектирования AHDL (пакет Max Plus II).
Счетчики. Общие сведения.
Счетчики могут быть:
Асинхронные счетчики на уменьшение с непосредственной связью. Структурная схема, эпюры напряжений. Достоинства и недостатки. Способы описания алгоритма функционирования счетчиков на языке проектирования AHDL.
Легко заметить, что единственное отличие между счетчиком на увеличение и на уменьшение – это использование инверсного выхода, вместо прямого.
Функциональные узлы последовательностных логических устройств: параллельные регистры и регистровая память– назначение, основные типы. Структурные схемы, эпюры напряжений. Способы описания алгоритма функционирования на языке проектирования AHDL (пакет Max Plus II).
Регистром называется последовательное или параллельное соединение триггеров.
Схема регистровой памяти:
При записи информации в параллельный регистр все биты (двоичные разряды) должны быть записаны одновременно. Поэтому все тактовые входы триггеров, входящих в состав регистра, объединяются параллельно.
Память типа LIFO. Назначение, принцип работы, структурная схема. Варианты применения.
Часть регистров занята очередью, остальные—свободный резерв на случай ее увеличения. Адрес записи при постановке в очередь задается счетчиком хвоста очереди СТХВ. Сигнал Поставить в очередь, поступая на вход WE разрешения записи, записывает поступившие по входной шине DI данные в тот регистр памяти, номер которого хранится в СТХВ. По срезу сигнала Поставить в очередь выходной код счетчика хвоста увеличивается на 1, подготавливая адрес записи для очередного сигнала Поставить в очередь.
При поступлении сигнала Извлечь из очереди на выходной шине DO появляется слово, хранящееся в том регистре памяти, номер которого задан кодом счетчика головы очереди СТГОЛ. По срезу сигнала выходной код счетчика увеличится на 1, подготовив для выдачи следующее слово, ставшее теперь первым в очереди. Переполнение счетчика хвоста очереди осложнений не вызовет, поскольку после максимально возможного кода счетчика ВСЕ ЕДИНИЦЫ в нем автоматически появится код ВСЕ НУЛИ. Очередь в своем кольце просто переползет хвостом через нулевую отметку счетчика. Так же со временем переползет и голова. В процессе нормальной работы очередь двигается в кольце значений адресов по часовой стрелке, хвостом вперед, удлиняясь или укорачиваясь в соответствии с флюктуациями активности передатчика. Перед началом работы оба счетчика сбрасываются в нуль.
Схема буфера FIFO должна сигнализировать о двух особых ситуациях. Первая — буфер полон, тогда в него нельзя больше записывать, и нужно приостановить передатчик. Вторая — буфер пуст, тогда из него нельзя брать данные, и нужно приостановить приемник.
Диаграмма использования адресов:
Память типа FIFO. Назначение, принцип работы, структурная схема. Варианты применения.
FIFO — акроним First In, First Out («первым пришёл — первым ушёл», англ.), абстрактное понятие в способах организации и манипулирования данными относительно времени и приоритетов. Это выражение описывает принцип технической обработки очереди или обслуживания конфликтных требований путём упорядочения процесса по принципу: «первым пришёл — первым обслужен» (ПППО). Тот, кто приходит первым, тот и обслуживается первым, пришедший следующим ждёт, пока обслуживание первого не будет закончено, и т.д
Для организации обычной очередности служит буфер типа очередь, или буфер FIFO. Необходимость в таком буфере возника
