Цифровая схемотехника - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Цифровая схемотехника. Доклад-сообщение содержит 73 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Курс лекций по дисциплине «Цифровая схемотехника»

Слайд 2

Описание слайда:

Системы счисления Изначально число – способ выражения количества предметов или количественного отношения между предметами Можно придумать разные способы изображения (хранения) числа. Значение числа от способа его изображения не зависит Системы счисления бывают: – непозиционная; –позиционная.

Слайд 3

Описание слайда:

Системы счисления Римская система счисления

Слайд 4

Описание слайда:

Системы счисления Десятичная система счисления

Слайд 5

Описание слайда:

Системы счисления Двоичная система счисления

Слайд 6

Описание слайда:

Системы счисления Шестнадцатеричная система счисления

Слайд 7

Описание слайда:

Системы счисления

Слайд 8

Описание слайда:

Логические устройства Основные положения алгебры логики

Слайд 9

Описание слайда:

Инверсия (логическое отрицание) Операция инверсии на языке логики называется «НЕ», «NOT». Инвертированный сигнал X в алгебре логики обозначается как . Зависимость между логическими переменными отображается таблицами истинности. На электрических схемах:

Слайд 10

Описание слайда:

Дизъюнкция (логическое сложение) Операция дизъюнкции на языке логики называется «ИЛИ», «OR» Дизъюнкция сигналов Х1 и Х2 в алгебре логики записывается как ; Таблица истинности На электрических схемах:

Слайд 11

Описание слайда:

Конъюнкция (логическое умножение) Операция конъюнкции на языке логики называется «И», «AND». Конъюнкция сигналов Х1 и Х2 в алгебре логики записывается как ; Таблица истинности На электрических схемах:

Слайд 12

Описание слайда:

«Исключающее или» Операция «исключающее или» на языке логики называется «XOR», «eXclusive OR» XOR сигналов Х1 и Х2 в алгебре логики записывается как ; Таблица истинности На электрических схемах:

Слайд 13

Описание слайда:

Основные соотношения , правила, теоремы Х0=Х Х0 = 0 Х1=1 Х 1 =Х ХХ=Х Х=Х Х=1 Х =0 Дистрибутивный закон: Закон поглощения: Правило склеивания: Правило двойного отрицания Теорема де Моргана:

Слайд 14

Описание слайда:

Логические функции При реализации логических устройств, предназначенных для обработки логических сигналов, необходимо иметь элементы, осуществляющие операции НЕ, ИЛИ, И. Это есть функционально полная система логических элементов или логический базис. Но эта система является структурно избыточной, потому что учитывая соотношения теоремы де Моргана можно осуществить все три логических операции с использованием только двух элементов ИЛИ-НЕ либо И-НЕ. При схемной реализации систем с минимальным логическим базисом идут по пути использования универсальных логических элементов.

Слайд 15

Описание слайда:

Логические функции В общем случае логическая функция Y может зависеть от нескольких переменных X1, X2, … , Xn. Наиболее часто связь между логической функцией и логическими переменными задается в виде таблицы истинности или в алгебраической форме. Определить структуру логического устройства можно, исходя из алгебраической формы записи. Переход от таблицы истинности к алгебраической форме записи осуществляется с использованием совершенной конъюнктивной нормальной формы (СКНФ), либо совершенной дизъюнктивной нормальной формы (СДНФ). Также может использоваться метод карт Карно. СДНФ – составляется сумма (дизъюнкция) произведений независимых логических переменных, для которых функция принимает значение равное единице. Если какая-либо переменная равна нулю, то берется ее инверсное значение. СКНФ – составляется произведение (конъюнкция) сумм логических переменных, для которых логическая функция принимает значение равное нулю. Если какая-либо переменная равна единице, то берется ее инверсное значение.

Слайд 16

Описание слайда:

Логические функции

Слайд 17

Описание слайда:

Минимизация логических функций Минимизация логических функций осуществляется с использованием основных аксиом алгебры логики.

Слайд 18

Описание слайда:

Типы логических элементов Существует несколько типов транзисторных логик, которые реализуют универсальные логические элементы. Из основных можно выделить: а) транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ); б) эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ); в)транзисторная логика на комплементарных ключах (КМДП (КМОП)). Параметры логических элементов можно разделить: а) статические (напряжение питания, уровни логических нуля и единицы, логический перепад, токи); б) динамические (быстродействие, определяемое скоростями перехода из одного состояния в другое).

Слайд 19

Описание слайда:

Триггеры Триггер – устройство, имеющие два устойчивых состояния и способное под действием управляющих сигналов скачком переходить из одного устойчивого состояния в другое. Два типа: асинхронные и синхронные. RS-триггер с прямыми входами:

Слайд 20

Описание слайда:

Асинхронные триггеры JK-триггер

Слайд 21

Описание слайда:

Синхронные триггеры Синхронные триггеры срабатывают при наличии информацион- ных сигналов в момент подачи сигнала синхронизации. Синхронный RS-триггер:

Слайд 22

Описание слайда:

Синхронные триггеры Т-триггер

Слайд 23

Описание слайда:

Несимметричный триггер

Слайд 24

Описание слайда:

Цифровые функциональные узлы Это устройство, предназначенное для выполнения определенных действий с двоичными переменными: сложение, преобразование, счет, прием, передачу и хранение цифровой информации. Два класса функциональных узлов: – комбинационный тип; – последовательностный тип. Комбинационными называются функциональные узлы, выходной сигнал которых определяется комбинацией логических сигналов на входах, действующих в данный момент времени. Последовательностными называются функциональные узлы, выходной сигнал которых зависит не только от значений входных сигналов, действующих в данный момент времени, но и от предыдущих значений.

Слайд 25

Описание слайда:

Шифратор Функциональный узел, предназначенный для преобразования поступающих на его входы управляющих сигналов (команд) в n-разрядный двоичный код.

Слайд 26

Описание слайда:

Дешифратор Функциональный узел, предназначенный для преобразования n-разрядного двоичного кода в комбинацию управляющих выходных сигналов.

Слайд 27

Описание слайда:

Дешифратор

Слайд 28

Описание слайда:

Мультиплексор Функциональный узел, который осуществляет управляемую коммутацию информации, поступающей по N входным линиям, на одну выходную линию. Коммутация определенной входной линии происходит в соответствии с двоичным адресным кодом. Если адресный код имеет n разрядов, то можно осуществить N = 2n комбинаций адресных сигналов. Рассмотрим n = 2, N = 4. F – значение информации. Таблица функционирования будет следующей:

Слайд 29

Описание слайда:

Мультиплексор

Слайд 30

Описание слайда:

Демультиплексор Функциональный узел, осуществляющий управляемую коммутацию информации, поступающей по одному входу на один из N выходов.

Слайд 31

Описание слайда:

Сумматор

Слайд 32

Описание слайда:

Сумматор Четвертьсумматор характеризуется наличием двух входов, на которые подаются два одноразрядных числа, и одним выходом, на котором реализуется их арифметическая сумма.

Слайд 33

Описание слайда:

Сумматор Полный одноразрядный двоичный сумматор характеризуется наличием трех входов, на которые подаются одноименные разряды двух складываемых чисел и перенос из предыдущего (более младшего) разряда, и двумя выходами: на одном реализуется арифметическая сумма в данном разряде, а на другом перенос в следующий (более старший разряд).

Слайд 34

Описание слайда:

Сумматор

Слайд 35

Описание слайда:

Многоразрядный сумматор

Слайд 36

Описание слайда:

Функциональные узлы последовательностного типа Регистры Функциональный узел, осуществляющий прием, хранение и передачу информации. 2 типа регистров: – регистры с последовательным приемом и выдачей информации (сдвиговые регистры); – регистры с параллельным приемом и выдачей информации (регистры памяти).

Слайд 37

Описание слайда:

Сдвиговый регистр Для хранения одного разряда информации предназначен отдельный триггер. Для N разрядов информации необходимо N триггеров.

Слайд 38

Описание слайда:

Регистр памяти

Слайд 39

Описание слайда:

Счетчики Функциональный узел, предназначенный для подсчета количества импульсов. 2 класса счетчиков: двоичные и недвоичные. Основные параметры: коэффициент пересчета и быстродействие. Коэффициент пересчета Ксч – максимальное число импульсов, которое может быть подсчитано данным счетчиком, и зависит от количества разрядов n (Ксч = 2n). Быстродействие счетчика определяется двумя величинами: раз- решающей способностью и временем установки очередного состояния. Разрешающая способность tp = 1/fсч (fсч – частота следования входных импульсов) определяется минимально допустимым временным интервалом между двумя выходными импульсами, при котором не происходит потери счета (сбоя). Время установки представляет собой интервал времени между поступлением импульса на вход счетчика и переходом его в новое состояние.

Слайд 40

Описание слайда:

Двоичные счетчики Суммирующий счетчик

Слайд 41

Описание слайда:

Двоичные счетчики Вычитающий счетчик

Слайд 42

Описание слайда:

Двоичные счетчики Реверсивный (универсальный) счетчик

Слайд 43

Описание слайда:

Недвоичные счетчики Кольцевые счетчики

Слайд 44

Описание слайда:

Недвоичные счетчики Счетчики с обратными связями На примере Ксч = 5.

Слайд 45

Описание слайда:

Недвоичные счетчики Для J0: J1: J2:

Слайд 46

Описание слайда:

Недвоичные счетчики

Слайд 47

Описание слайда:

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Слайд 48

Описание слайда:

ЦАП с резисторами веса

Слайд 49

Описание слайда:

ЦАП с резистивной матрицей

Слайд 50

Описание слайда:

ЦАП с резистивной матрицей Следовательно: U2=2U3=4U4 и, соответственно Uоп= U1=2U2=4U3=8U4

Слайд 51

Описание слайда:

Параметры ЦАП Разрешение – количество разрядов входного двоичного кода. Шагом квантования – расчетное приращение выходного напряжения ЦАП при изменении входного кода на единицу младшего разряда (1 МР). Из формулы (11.1) для двух кодов, отличающихся на единицу младшего разряда, получим: h = Uоп Rо.с /R(2b – 1). Погрешность смещения нуля (δOFF) – смещение выходного напряжения ЦАП относительно нуля в начальной точке преобразования. Погрешность коэффициента передачи, или погрешность наклона (δG) – смещение выходного напряжения ЦАП относительно значения Uоп в конечной точке преобразования. Нелинейностью (интегральная нелинейность) (δL) называется максимальное отклонение реальной характеристики ЦАП от теоретической прямой, соединяющей нулевое и максимальное значения выходного сигнала. Дифференциальной нелинейностью преобразования (δLD) называется отклонение шага преобразования ЦАП от идеального, который должен точно соответствовать 1 МР. Динамические параметры: время установления выходного сигнала tc – интервал времени от момента подачи цифрового кода на вход ЦАП до момента появления выходного аналогового сигнала, отличающегося от окончательного на некоторую величину (обычно 1 МР); максимальная частота преобразования – наибольшая частота дискретизации, при котором параметры ЦАП соответствуют заданным значениям.

Слайд 52

Описание слайда:

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) Существуют три основных типа аналого-цифровых преобразователей: – АЦП последовательных приближений обладают сравнительно высоким быстродействием и точностью, преобразуемый аналоговый сигнал последовательно сравнивается с весовыми значениями напряжений, которые соответствуют весовым коэффициентам разрядов. – АЦП параллельного преобразования, входной аналоговый сигнал одновременно (параллельно) сравнивается с 2n-1 градациями опорного напряжения, образуемыми резистивным делителем. Получаемый результат сравнения преобразуется в параллельный n–разрядный двоичный код. Такие АЦП обладают максимальным быстродействием. – АЦП с двойным интегрированием: на первом этапе происходит интегрирование входного аналогового сигнала за определенный промежуток времени. Затем осуществляется интегрирование противоположного по знаку известного постоянного напряжения и фиксируется интервал времени, за который выходное напряжение станет равным нулю, путем подсчета импульсов, следующих с известной частотой. Зафиксированное счетчиком число импульсов представляется в виде кода.

Слайд 53

Описание слайда:

АЦП последовательных приближений

Слайд 54

Описание слайда:

АЦП последовательных приближений

Слайд 55

Описание слайда:

АЦП параллельного преобразования

Слайд 56

Описание слайда:

АЦП параллельного преобразования

Слайд 57

Описание слайда:

АЦП с двойным интегрированием

Слайд 58

Описание слайда:

АЦП с двойным интегрированием

Слайд 59

Описание слайда:

Сигма-дельта АЦП

Слайд 60

Описание слайда:

Сигма-дельта АЦП

Слайд 61

Описание слайда:

Сигма-дельта АЦП Если U = - Uref, выходная последовательность будет состоять 000000…, а если U = Uref – 111111… При U = 0 на выходе компаратора будет 101010... Математически механизм работы модулятора можно представить следующим образом. Пусть значение Uи в ходе преобразования k раз было меньше “0” и n раз больше или равным нулю; то общая длина кодовой последовательности для одной выборки: N = n + k. Очевидно, что Uи(N) = U + n(U - Uref) + k(U + Uref); Uи(0) = U. Предположим, что через какое-то число итераций N ≠ 0 напряжение на интеграторе вновь принимает исходное значение: Uи (N) = U. Тогда можно записать: U = U (1 + n + k) + Uref (k - n); Uи = Uref (n - k) / (n +k) = Uref (2n / N - 1). Таким образом, отношение числа единиц к общей длине циклической последовательности n/N определяет измеряемое напряжение U как часть диапазона измерений Uref .

Слайд 62

Описание слайда:

Генераторы импульсов Параметры импульсного процесса

Слайд 63

Описание слайда:

Параметры импульсного процесса Сигнал — физический процесс, несущий информацию. По природе физического процесса делятся на электромагнитные, в частности электрические (телефония, радио, телевидение, мобильная связь, ЛВС, Интернет), световые (оптоволоконный кабель), звуковые (общение людей), пневматические и гидравлические (определенные отрасли автоматики)и др. Параметры периодической последовательности импульсов: – Т период повторения импульсов; – f = 1 / T частота повторения импульсов; – Q = T / tи скважность импульсов; – Kз = 1 / Q = tи / T коэффициент заполнения.

Слайд 64

Описание слайда:

Мультивибраторы это генераторы периодической последовательности импульсов напряжения прямоугольной формы с требуемыми параметрами (амплитудой, длительностью, частотой следования и др.), работают в режиме самовозбуждения.

Слайд 65

Описание слайда:

Мультивибраторы

Слайд 66

Описание слайда:

Мультивибраторы

Слайд 67

Описание слайда:

Мультивибраторы

Слайд 68

Описание слайда:

Одновибраторы Предназначены для формирования прямоугольного импульса напряжения требуемой длительности при воздействии на входе короткого запускающего импульса.