數字設備：脈衝計數器、編碼器、多路復用器

脈衝計數器——一種電子設備，用於計算施加到輸入端的脈衝數。接收到的脈衝數以二進製表示。

脈衝計數器是寄存器（計數寄存器）的一種，分別建立在觸發器和邏輯門上。

計數器的主要指標是計數係數K 2n——計數器可以計數的脈衝數。例如，四觸發計數器的最大計數因子可能為24 = 16。對於四觸發計數器，最小輸出代碼為0000，最大值為-1111，當計數因子為Kc = 10時，輸出當代碼 1001 = 9 時停止計數。

圖 1a 顯示了一個四位 T 型翻轉計數器的串聯圖。計數脈衝被施加到第一個觸發器的計數輸入端。後續觸發器的計數器輸入連接到前面觸發器的輸出。

電路的操作由圖 1，b 中所示的時序圖說明。當第一個計數脈衝到達衰減時，第一個觸發器進入狀態 Q1 = 1，即計數器的數字代碼為 0001。在第二個計數器脈衝結束時，第一個觸發器進入狀態 «0»，第二個觸發器進入狀態 «1»。計數器記錄數字 2，代碼為 0010。

圖 1 - 二進制四位計數器：a) 圖，b) 常規圖形表示，c) 操作時序圖

從圖中（圖1，b）可以看出，例如根據第5脈衝的衰減，計數器寫入代碼0101，根據第9-1001，依此類推。在第 15 個脈衝結束時，計數器的所有位都設置為狀態 «1»，在第 16 個脈衝衰減後，所有觸發器都被重置，即計數器進入其初始狀態。有一個“重置”輸入來強制計數器重置。

二進制計數器的計數因子由比率 Ksc = 2n 得出，其中 n 是計數器的位數（觸發器）。

計算脈衝數是數字信息處理設備中最常見的操作。

在二進制計數器的操作過程中，與其輸入脈衝的頻率相比，每個後續觸發器輸出端的脈衝重複率減少一半（圖 1，b）。因此，計數器也用作分頻器。

擾頻器（也稱為編碼器）將信號轉換為數字代碼，通常是二進制數字系統中的十進制數。

一個編碼器有 m 個輸入，用十進制數字（0、1、2、…、m — 1）和 n 個輸出連續編號。輸入和輸出的數量由關係 2n = m 決定（圖 2，a）。符號 «CD» 由英文單詞 Coder 中的字母組成。

將信號應用於輸入之一會導致輸出產生與輸入數字相對應的 n 位二進制數。例如，當脈衝施加到第四個輸入時，數字代碼 100 出現在輸出端（圖 2，a）。

解碼器（也稱為解碼器）用於將二進制數轉換回小的十進制數。解碼器（圖 2，b）的輸入用於提供二進制數，輸出用十進制數順序編號。當二進制數應用於輸入時，信號將出現在特定輸出，其編號對應於輸入編號。例如，當提供代碼 110 時，信號將出現在第 6 個輸出。

圖 2 — a) UGO 編碼器，b) UGO 解碼器

多路復用器 - 一種根據地址代碼將輸出連接到其中一個輸入的設備。澈。多路復用器是電子開關或換向器。

圖 3 —​​ 多路復用器：a) 常規圖形表示，b) 狀態表

地址代碼被發送到輸入 A1、A2，這決定了哪些信號輸入將被傳輸到設備的輸出（圖 3）。

要將信息從數字轉換為模擬，請使用數模轉換器 (DAC)，而對於反向轉換，請使用模數轉換器 (ADC)。

DAC的輸入信號是二進制多位數，輸出信號是根據參考電壓形成的電壓Uout。

模數轉換過程（圖4）包括兩個階段：時間採樣（sampling）和電平量化。採樣過程包括僅在離散時刻測量連續信號的值。

圖4-模數轉換過程

對於量化，輸入信號的變化範圍被劃分為相等的間隔——量化級別。在我們的示例中有八個，但通常還有更多。量化操作被簡化為確定樣本值下降的區間並為輸出值分配數字代碼。