Простейшие способы получения цифрового сигнала
Цифровая электроника – это область электроники, которая включает в себя изучение цифровых сигналов и разработку устройств, использующих или производящих их.
Цифровой сигнал – это сигнал, который может быть представлен в виде последовательности цифровых (дискретных) значений.
Рассмотрим самый простой способ получения цифрового сигнала. На рисунке ниже представлена схема получения цифрового сигнала при помощи механического переключателя.
Рисунок 1. Схема получения цифрового сигнала при помощи механического переключателя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Допустим механический переключатель установлен на самый низкий уровень (U0). Когда он устанавливается на высокий уровень (U1), уровень сменяется сразу высоким (точка А), далее, из-за дребезга контактов он вновь становится низким (точка В), а затем опять высоким (точка С). Несмотря на то, что смена уровней происходит очень быстро, некоторые виды электронных схем воспринимают такой сигнал, как чередование низкого, высокого, низкого и опять высокого, что может стать причиной некорректной работы всей принимающей схемы. Рассмотрим рисунок ниже, на котором представлен способ получения цифрового сигнала при помощи кнопочного переключателя.
Рисунок 2. Схема получения цифрового сигнала при помощи кнопочного переключателя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Когда кнопка нажата, то на выходе формируется высокий уровень (уровень 1). Когда кнопка отпускается, то уровень напряжения на выходе неопределенное, потому что в цепи между выходом и источником питания разрыв. Данная схема получения цифрового сигнала используется только при необходимости формирования сигналов высокого уровня. Еще один способ получения цифрового сигнала может осуществляться при помощи одновибратора (рисунок ниже).
Рисунок 3. Схема получения цифрового сигнала при помощи одновибратора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Когда нажимается кнопка на выходе формируется короткий импульс, продолжительность которого никак не зависит от длительности нажатия кнопки.
Цифровой сигнал может контролироваться при помощи светоизлучающего диода. Рассмотрим данную схему, которая представлена на рисунке ниже.
Рисунок 4. Схема получения цифрового сигнала при помощи светоизлучающего диода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На данной схеме резистор ограничивает электрический ток, который проходит через светоизлучающий диод, до безопасной величины. Когда переключатель находится в верхнем положении, то на анод светодиода подается напряжение (обычно 5 В), светодиод включен в прямом направлении, через него проходит электрический ток, постепенно возрастающий, в результате чего появляется свечение.
На рисунке ниже представлена схема, где светоизлучающий индикатор управляется транзистором.
Рисунок 5. Схема. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Преимущество такой схемы - меньший электрический ток, который потребляется транзистором. Когда переключатель включается в верхнее положение, то на базу начинает подаваться напряжение, которого достаточно для его открытия. В цепи коллектора протекает электрический ток, обеспечивающий индикацию цифрового сигнала высокого уровня.
Цифровые электронные устройства
Цифровые электронные устройства работают с дискретными сигналами. Обычно, цифровой сигнал состоит из последовательности импульсов, у которых может быть только два значения - 0 и 1 (ложь и истина). Цифровые электронные устройства строятся на основе различных элементных базах:
- Транзисторы.
- Электромагнитные реле.
- Оптоэлектронные элементы.
- Микросхемы.
В основном, современные цифровые электронные устройства производятся из логических элементов, которые связываются между собой при помощи счетчиков и триггеров. Они широко используются в системах сигнализации, автоматизации, при изготовлении измерительных приборов, в робототехнике, а также системах радио- и телекоммуникации. Преимущества цифровых сигналов заключаются в устойчивости к помехам, легкости процесса обработки и записи, наличия возможности передачи без искажений. Данные преимущества, практически всегда, при разработке различных систем, являются определяющими при сравнении с аналоговыми цифровыми устройствами. К самым распространенными цифровыми электронным устройствам относятся:
- Память.
- Триггер.
- Микроконтроллер.
- Микрокомпьютер.
- Логический элемент.
- Микропроцессор.
- Счетчик.
- Регистр.
- Арифметико-логическое устройство.
- Компаратор.
- Сумматор.
- Полусумматор.
- Генератор тактовых импульсов.
- Мультиплексор.
- Шифратор.
- Дешифратор.
Несмотря на все преимущества цифровых электронных устройства, у них имеются и недостатки. Один из недостатков состоит в том, что они обладают более высоким потреблением энергии, относительно аналоговых устройств такого же функционала, поэтому в современных сотовых телефонах используется аналоговый интерфейс небольшой мощности для настройки и усиления радиосигнала базовой станции. Еще один недостаток - стоимость цифрового электронного устройства. Также в некоторых случаях порча только одного фрагмента данных может стать причиной искажения всего блока информации в цифровом электронном устройстве.
