Типы дискретных устройств. Цифровые устройства и их основные преимущества

Классификация электронных устройств. Аналоговые и дискретные устройства.

Аналоговые электронные устройства (АУЭ) - это устройства усиления и обработки аналоговых электрических сигналов, выполненные на основе электронных приборов.

Аналоговый сигнал представляет собой непрерывную функцию, с неограниченной по количеству значений в различные моменты времени. Наиболее часто встречающимся аналоговым сигналом являются звуки нашей речи, которые на осциллограммах имеют различные, причудливые формы. Аналоговые сигналы изменяются по тому же закону, что и описываемые им физические процессы.

Группы аналоговых электронных устройств

Следует выделить две большие группы по которым можно классифицировать аналоговые электронные устройства:

• усилители - это устройства, которые за счет энергии источника питания формируют новый сигнал, являющийся по форме более или менее точной копией заданного, но превосходит его по току, напряжению, или по мощности. .
• устройства на основе усилителей - в основном преобразователи электрических сигналов и сопротивлений.

Преобразователи электрических сигналов (активные устройства аналоговой обработки сигналов) - выполняются на базе усилителей, либо путем непосредственного применения последних со специальными цепями обратных связей, либо путем некоторого их видоизменения. Сюда относят устройства суммирования, вычитания, логарифмирования, антилогарифмирования, фильтрации, детектирования, перемножения, деления, сравнения и др. Преобразователи сопротивлений - выполняются на основе усилителей с обратными связями. Они могут преобразовывать величину, тип, характер сопротивления. Используют их в некоторых устройствах обработки сигналов. Особый класс составляют всевозможные генераторы и связанные с ними устройства.

Цифровые устройства

Основы цифровой электроники Основы цифровой электроники берут начало с методов исчисления, правил Булевой алгебры, логических элементов и их применения. Триггеры Для построения цифровых систем требуются элементы памяти для хранения двоичной информации в течение требуемого времени. Основу элементов памяти составляют триггеры. Счетчики Одной из наиболее распространенных операций в устройствах цифровой обработки информации является счет импульсов. Эту операцию выполняют счетчики которые по назначению делятся на простые, выполняющие операцию сложения или вычитания и реверсивные. Регистры Регистром называется узел цифрового устройства, служащий для хранения машинного слова или его частей. Обычно регистр имеет дополнительные цепи с помощью которых выполняются микрооперации гашения, прием, выдача и преобразование. Основа регистра - упорядоченная последовательность элементов хранения. В качестве элементов хранения используются триггерные схемы различных типов (RS, JK, D) и их модификации. Устройства кодировки К устройствам цифровой кодировки относятся дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, сумматоры, которые применяются для преобразования сигнала. Применение ЦИС в РЭС В общем случае программируемая логическая матрица представляют собой логическую схему для преобразования комбинаций. Аналого – цифровое и цифро – аналоговое преобразов В электронных системах одинаково широко используется обработка информации, представленной в аналоговой и цифровой формах. Объясняется это тем, что первичная, исходная информация о различных физических величинах и процессах носит, как правило, аналоговый характер. Устройства памяти Для кратковременного хранения небольших объемов кодовых слов обычно используют регистры. При необходимости длитель­ного хранения или хранения больших объемов информации при­меняют запоминающие устройства (ЗУ), выполненные на специа­лизированных ИС. Постоянные ЗУ (ПЗУ) Постоянные ЗУ предназначены для хранения информации ко­торая остается неизменной в течение всего времени работы устрой­ства. Эта информация не исчезает при снятии напряжения питания. Микропроцессоры Микропроцессор - это прибор, изготовленный по высокой степени технологии (или совокупность приборов), который под воздействием программного управления способен выполнять функцию центрального устройства и предназначен для обработки информации и управления процессом этой обработки.

Типы дискретных устройств. Цифровые устройства и их основные преимущества.

Дискретные электрические сигналы полученные путём квантования по времени (дискретизация) и квантование по уровню исходного аналогового сигнала.

1) Импульсные устройства

2) Релейные устройства

3) Цифровые устройства

Преимущества дискретных устройств.

1) Энергоэкономичность

2) Помехозащищённость

3) Большее КПД

4) Слабая подверженность деструктурным факторам(!)

Импульсные устройства выполняют квантование по времени и преобразуют его в последовательность импульсов соответствующей частоты.

Релейные системы – реализуются квантованием по уровню с сохранением непрерывности по времени и преобразуют его в ступенчатую функцию.

Цифровые устройства – реализуют как дискретизацию по времени и квантование по уровню. Цифровые устройства обладают меньшим быстродействием.

Дополнительная информация

Цифровые технологии (англ. Digital technology) основаны на представлении сигналов дискретными полосами аналоговых уровней, а не в виде непрерывного спектра. Все уровни в пределах полосы представляют собой одинаковое состояние сигнала.

Цифровая технология работает, в отличие от аналоговой, с дискретными, а не непрерывными сигналами. Кроме того, сигналы имеют небольшой набор значений, как правило, два. Обычно это 0 и 1, которые в булевской алгебре имеют значения «Ложь» и «Истина» соответственно.

Цифровые схемы состоят в основном из логических элементов, таких как AND, OR, NOT и др., а также могут быть связаны между собой счетчиками и триггерами.

Цифровые технологии главным образом используются в вычислительной цифровой электронике, прежде всего компьютерах, в различных областях электротехники, таких как игровые автоматы, робототехника, автоматизация, измерительные приборы, радио- и телекоммуникационные устройства и т. д.

Преимущества

Одно из преимуществ цифровых схем по сравнению с аналоговыми^[1] заключается в том, что у первых сигналы могут быть переданы без искажений. Например, непрерывный звуковой сигнал, передающийся в виде последовательности 1 и 0, может быть восстановлен без ошибок при условии, что шума при передаче было не достаточно, чтобы предотвратить идентификацию 1 и 0. Час музыки может быть сохранен на компакт-диске с использованием около 6 млрд двоичных разрядов.

Цифровыми системами с компьютерным управлением можно управлять с помощью программного обеспечения, добавляя новые функции без замены аппаратных средств. Часто это может быть сделано без участия завода-изготовителя путем простого обновления программного продукта. Подобная функция позволяет быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям. Кроме того, возможно применение сложных алгоритмов, которые в аналоговых системах невозможны или же осуществимы, но только с очень высокими расходами.

Хранение информации в цифровых системах проще, чем в аналоговых. Помехоустойчивость цифровых систем позволяет хранить и извлекать данные без повреждения. В аналоговой системе старение и износ может ухудшить записанную информацию. В цифровой же, до тех пор, пока общие помехи не превышают определенного уровня, информация может быть восстановлена ​​совершенно точно.

Недостатки

В некоторых случаях цифровые схемы используют больше энергии, чем аналоговые для выполнения одной и той же задачи, выделяя больше тепла, что повышает сложность схем, например, путем добавления кулера. Это может ограничить их использование в портативных устройствах, питающихся от батареек.

Например, сотовые телефоны часто используют маломощный аналоговый интерфейс для усиления и настройки радио-сигналов от базовой станции. Тем не менее, базовая станция может использовать энергоемкую, но очень гибкую программно-определяемую радиосистему. Такие базовые станции можно легко перепрограммировать для обработки сигналов, используемых в новых стандартах сотовой связи.

Цифровые схемы иногда дороже аналоговых.

Возможна также потеря информации при преобразовании аналогового сигнала в цифровой. Математически это явление может быть описано как ошибка округления.

В некоторых системах при потере или порче одного фрагмента цифровых данных может полностью измениться смысл больших блоков данных.