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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Einführung in die digitale Elektronik. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur Jedes Informationssymbol in digitalen Geräten ist im Binärcode codiert, sodass Signale nur zwei Werte annehmen können: hoher oder niedriger Spannungspegel, Vorhandensein oder Fehlen eines Spannungsimpulses usw. Voraussetzung dafür ist die Möglichkeit einer sicheren Erkennung durch Elemente von digitalen Schaltkreisen mit zwei Signalwerten, die den Symbolen 0 und 1 entsprechen, unter Bedingungen sich ändernder Umgebungstemperatur, Stromversorgungsspannung und anderen destabilisierenden Faktoren. Wir haben bereits gesagt, dass die Werte der Signalpegel (Uc) durch die Elemente digitaler Geräte nicht kontinuierlich, sondern zu diskreten Zeiten wahrgenommen werden, deren Intervall als Arbeitszyklus T bezeichnet wird. In der Regel erfolgt eine elementare Transformation von Der am Eingang empfangene Codeeingangsworte. Die Zeitdiskretisierung erfolgt durch spezielle Steuergeräte, die Synchronimpulse (SI) erzeugen. In diskreten Geräten werden zwei Arten der Informationsdarstellung verwendet: Potenzial und Impuls. Bei der Potentialmethode entsprechen die Werte von logisch 0 und logisch 1 niedrigen und hohen Spannungen. Wenn die logische 0 einer Spannung mit niedrigem Pegel und die logische 1 einer Spannung mit hohem Pegel entspricht, wird eine solche Logik als positiv bezeichnet, und umgekehrt, wenn die logische 0 eine Spannung mit hohem Pegel und die logische 1 eine Spannung mit niedrigem Pegel ist, dann wird eine solche Logik negativ oder invers genannt. Im Folgenden werden hauptsächlich die Begriffe „Spannung mit hohem und niedrigem Pegel“ (Signale mit hohem und niedrigem Pegel) verwendet, die den Pegeln logisch 1 und logisch 0 entsprechen. Informationen in digitalen Geräten können in seriellen und parallelen Codes dargestellt werden. Bei Verwendung eines seriellen Codes entspricht jeder Zyklus einem Bit des Binärcodes. Die Nummer des Bits wird durch die Nummer des Zyklus bestimmt, gezählt ab dem Zyklus, der mit dem Beginn der Codedarstellung zusammenfällt. Die in Abbildung 1 gezeigten Diagramme veranschaulichen den seriellen Code der Byte-Binärzahl 10011011 mit Potential- und Impulsmethoden der Informationsdarstellung. Bei der ersten Methode, Abbildung 1, bleibt das Signal für einen oder mehrere Zyklen auf niedrigem oder hohem Pegel. Im Moment des Signalübergangs von einem Pegel zum anderen ist sein Wert ungewiss. Bei der Impulsmethode zur digitalen Darstellung Informationen in Abbildung 1b entspricht das Vorhandensein oder Fehlen eines Impulses endlicher Dauer einem Einzel- und Nullwert einer binären Variablen. In einer seriellen Codenummer können alle Ziffern auf einem Element fixiert und über einen Informationsübertragungskanal übertragen werden. Um die gesamte Zahl zu übertragen, sind acht Zyklen erforderlich (Abbildung 1, c).
Paralleler Code kann die Verarbeitungszeit und die Übertragung von Informationen erheblich verkürzen. Abbildung 3 zeigt beispielsweise den parallelen Code der Sieben-Bit-Zahl 1101101. In diesem Fall sind sowohl bei der gepulsten (Abbildung 2, a) als auch bei der potenziellen (Abbildung 2, b) Art der Informationsdarstellung alle Bits des Binärcodes werden in einem Zeitzyklus dargestellt, können von separaten Elementen aufgezeichnet und über separate Kanäle (Bit-Reifen) übertragen werden. Digitale Geräte, die die an ihren Eingängen empfangenen Informationen verarbeiten und umwandeln, werden digitale Automaten genannt. Die Aufgabe beim Aufbau eines digitalen Automaten, der bestimmte Aktionen an binären Signalen ausführt, besteht darin, Elemente und eine Methode für deren Verbindung auszuwählen, die eine bestimmte Transformation bereitstellen. Diese Probleme werden durch mathematische Logik oder Algebra der Logik (Boolesche Mathematik) gelöst. Geräte, die Funktionen der Booleschen Mathematik bilden, werden als logisch oder digital bezeichnet und nach verschiedenen Unterscheidungsmerkmalen klassifiziert. Digitale Geräte werden je nach Art der Informationen an den Ein- und Ausgängen in Geräte mit serieller, paralleler und gemischter Wirkung unterteilt. Um ein Parallelaktionsgerät zu implementieren, das eine ähnliche Funktion ausführt, sind zwei Gruppen von Eingängen mit acht Bits in jeder Gruppe und acht Ausgängen (entsprechend der Wortbreite des Ausgangsworts) erforderlich. Es sind auch Vorrichtungen vom gemischten Typ bekannt, bei denen beispielsweise das Eingangswort in paralleler Form und das Ausgangswort in serieller Form dargestellt wird (dies ist eine Codeumwandlung). Je nach Schaltungsaufbau und Art der Verbindung zwischen Eingangs- und Ausgangsvariablen unter Berücksichtigung ihrer Änderungen in den Betriebszyklen werden kombinatorische und sequentielle digitale Geräte unterschieden. Bei kombinatorischen Geräten wird der Satz von Signalen an den Ein- und Ausgängen zu jedem bestimmten Zeitpunkt vollständig durch die zu diesem Zeitpunkt an seinen Eingängen wirkenden Eingangssignale bestimmt. Wenn die Eingabe- und Ausgabefunktionen im n-Zyklus mit X bezeichnet werdenn Andyn, dann wird die Beziehung zwischen ihnen durch den Ausdruck bestimmt Yn=L(Xn), wobei L das Vorzeichen der vom Gerät durchgeführten logischen Transformation ist. Digitale Geräte erlauben im Gegensatz zu analogen Geräten fast jede Art von Konvertierung. Bei digitalen Geräten vom seriellen Typ ist der Wert der Ausgangsvariablen Yn im n-Zyklus wird nicht nur durch den Wert der Eingangsvariablen X bestimmtndie zu einem bestimmten Zeitpunkt in Betrieb sind, sondern auch vom internen Zustand des Geräts C abhängenn. Der interne Zustand des Geräts hängt wiederum von den Werten der Variablen ab, die in den vorherigen Zyklen am Eingang gewirkt haben. Der Betrieb eines seriellen Geräts kann geschrieben werden als Yn=ƒ(Xn,Cn); Cn=F(Xn-1,Cn-1), wo xn-1 und Cn-1 - jeweils ein Satz von Eingangsvariablen und internen Zuständen des Geräts im vorherigen Zyklus. Ein Beispiel für ein serielles Gerät kann ein Impulszähler sein, dessen Ausgangszustand von der Gesamtzahl der an seinem Eingang empfangenen Impulse abhängt. Grundlegende logische Elemente führen die folgenden logischen Operationen aus. „AND“ – logische Multiplikation, „OR“ – logische Addition, „NOT“ – Negation (Inversion). Weitere Details werden im nächsten Kapitel besprochen. Autor: -=GiG=-, gig@sibmail; Veröffentlichung: cxem.net
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