Цифровая электроника и её основные характеристики - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Цифровые электронные устройства: история развития, классификация электронных, комбинационных и логических устройств. Классификация вентилей как энергопотребителей. Элементная база; энергетика и скорость производства и обработки цифровой информации.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования Центросоюза Российской Федерации
Казанский кооперативный институт (филиал)
Кафедра инженерно-технических дисциплин и сервиса
Специальность 100101 (СПО) «Сервис»
Цифровая электроника и её основные характеристики
Основы функционирования систем сервиса
1. История развития электроники и классификация электронных устройств
2.2 Классификация логических устройств
2.3 Комбинационные цифровые устройства
3. Элементная база цифровых устройств
3.1 Энергетика обработки цифровой информации
3.2 Энергетика и скорость производства цифровой информации
3.3 Классификация вентилей как энергопотребителей
3.4 Скорость производства информации
В последние годы значение цифровой техники все более и более возрастает. Причина этого заключается в значительных преимуществах цифровой техники, при создании очень сложных систем. Это достигается путем представления сигнала двумя значениями, которые могут обрабатываться вентилями с сильно нелинейными передаточными характеристиками без сбоев, накопления и дальнейшего распространения искажений сигнала. Благодаря такому представлению сигналов удалось создать полупроводниковую технологию, позволяющую реализовать до 10 элементов на одном кристалле. Поскольку целью систем цифровой техники является обработка сигналов, следует несколько подробнее рассмотреть понятие «сигнал». Сигналы служат для переноса информации. Они описываются такими физическими величинами, как напряжение, ток, давление, сила и т. д. Амплитуды таких величин зависят от времени. Передаваемая информация заключается в изменяющихся амплитудных значениях. При цифровой передаче сигнал вначале должен быть переведен в цифровую форму. В этом случае амплитуда будет предъявляться с помощью последовательности цифр. Каждая цифра представляет собой сигнал с дискретным значением.
Цифровые системы имеют ряд преимуществ перед аналоговыми системами:
- При использовании цифровых сигналов не происходит воспроизведения их искажений, благодаря чему появляется возможность реализации систем любой степени сложности, например, микропроцессоров. Это свойство цифровых систем определяет их превосходство и при передаче на большие расстояния.
- Цифровые системы сравнительно легко проектировать, поскольку способ их описания представляющий собой булеву алгебру -- аппарат очень удобный для автоматизации. Сегодня разработка сложных цифровых систем автоматизирована посредством применения высокопроизводительных алгоритмов.
- Цифровые системы можно относительно просто тестировать.
- Цифровые системы являются более медленными системами, чем аналоговые. Поэтому в области высоких частот доминирует аналоговая техника.
1. История развития электроники и классификация электронных устройств
Электроника охватывает обширный раздел науки и техники, связанный с изучением и использованием различных физических явлений, а также разработкой и применением устройств, основанных на протекании электрического тока в вакууме, газе и твердом теле при воздействии электрических или магнитных полей. В зависимости от применяемой элементной базы можно выделить четыре основных поколения развития электроники:
Первое поколение (1904-1950гг.) характеризуется тем, что основу элементной базы электронных устройств составляли электровакуумные и вакуумные трубки, газоразрядные индикаторы и др.
Второе поколение (1950- начало 60-х гг.) характеризуется применением дискретных полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, тиристоров и т.д.)
Третье поколение (1960-1980гг.) связано с бурным развитием микроэлектроники и с созданием интегральных схем различной степени интеграции, а также микросборок. На этом этапе электронные устройства характеризуются резким увеличением надежности, уменьшением габаритов, массы, энергопотребления.
Четвертое поколение (с 1980 гг. по настоящее время) характеризуется дальнейшей микроминиатюризацией электронных устройств с использованием больших и сверхбольших интегральных схем. Электронные устройства (ЭУ) по способу формирования и передачи сигналов управления подразделяются на два класса: аналоговые и дискретные.
Аналоговые электронные устройства предназначены для приема, преобразования и передачи сигналов, которые изменяются по закону непрерывной (аналоговой) функции. Аналоговые ЭУ отличаются простотой, быстродействием, однако имеют низкую помехоустойчивость и нестабильность параметров при воздействии внешних дестабилизирующих факторов, например температуры, влажности, времени и т.д.
Дискретные электронные устройства предназначены для приема, преобразования и передачи электрических сигналов, представленных в дискретной форме. Такие устройства отличаются высокой помехоустойчивостью, небольшой потребляемой мощностью и стоимостью. В свою очередь дискретные электронные устройства подразделяются на импульсные и цифровые. Импульсные электронные устройства формируют импульсную последовательность сигналов. Процесс преобразования аналоговой информации в последовательность импульсов носит название импульсной модуляции. На практике широко используется амплитудная, широтно-импульсная и фазоимпульсная модуляция.
В цифровых электронных устройствах происходит кодирование сигнала, т.е. преобразование его в определенную последовательность однотипных импульсов. Цифровые электронные устройства в настоящее время получили очень широкое распространение благодаря высокой надежности, высокой помехоустойчивости, возможности длительного хранения информации без ее потери; энергетической совместимости и интегральной технологичности элементной базы.
В ряде электронных устройств имеет место аналоговая и цифровая информация. Такие устройства относятся к комбинированным электронным устройствам. К аналоговым электронным устройствам относятся: электронные усилители, операционные усилители, коммутаторы, компараторы, стабилизаторы напряжения и т.д.
К импульсным электронным устройствам относятся: мультивибраторы, одновибраторы, триггеры, блокинг-генераторы, функциональные преобразователи, генераторы пилообразного напряжения, таймеры и т.д.
К цифровым электронным устройствам относятся: логические элементы, триггеры, регистры, счетчики, дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, сумматоры и т.д.
К комбинированным электронным устройствам относятся: аналого-цифровые преобразователи и цифро-аналоговые преобразователи.
Способ записи чисел цифровыми знаками называется системой счисления. Они делятся на непозиционные, например, римская система счисления, и позиционные. Система называется позиционной, если значение каждой цифры, входящей в запись числа, определяется ее местоположением в числе. В цифровой технике нашли применение только позиционной системе счисления.
Любое число в позиционной системе счисления можно представить в виде суммы
Основанием системы счисления q называется общее количество цифр, используемых в данной позиционной системе для записи чисел. Если принять q = 10, 2, 8, 16 и т.д., то будем иметь соответственно десятичную, двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную системы счисления. В таблице 1 приведен натуральный ряд чисел в различных системах счисления.
Для перевода чисел из одной системы счисления в другую существуют свои правила. Например, для перевода числа Nq из десятичной системы счисления в систему счисления с основанием q необходимо осуществить последовательное деление этого числа и получающихся остатков на это основание. Остатки от деления представляют собой число в системе счисления с основанием q. Например, перевести число 54 в двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную системы счисления:
Обратный перевод чисел в десятичную систему производится вычислением суммы:
Применение двоичной системы счисления в цифровой электронике обеспечивает более высокую скорость выполнения операций и более высокую надежность электронной аппаратуры, т.к. элементной базой для ее построения служат элементы с двумя устойчивыми состояниями.
В ряде случаев в цифровой технике применяются двоично-десятичные
коды. Для преобразования чисел из десятичной системы в двоично-десятичные коды, необходимо каждую цифру в числе заменить соответствующей тетрадой (эквивалентом), а именно:
Над числами в двоичной системе счисления выполняются арифметические и логические операции. К арифметическим относятся четыре операции: сложение, вычитание, умножение и деление. Алгоритм выполнения арифметических операций такой же, как и в десятичной системе счисления. Помимо арифметических операций существуют логические операции, которые относятся к поразрядным (операции выполняются внутри каждого разряда без переносов и заемов).
2.2 Классификация логических устройств
Логические устройства могут быть классифицированы по различным признакам. В зависимости от способа ввода и вывода информации цифровые устройства подразделяются на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. Последовательным называется устройство, в котором входные сигналы поступают на вход, а выходные сигналы снимаются с выхода последовательно разряд за разрядом.
Устройство называется параллельным, если входные сигналы подаются на вход, а выходные сигналы снимаются с выхода одновременно. В последовательно-параллельных устройствах входные и выходные сигналы представлены в разных формах. Либо на вход сигналы поступают последовательно сигнал за сигналом, а с выхода они снимаются одновременно, либо наоборот.
По принципу действия все цифровые устройства делятся на два класса: комбинационные и последовательные(накопительные).
Комбинационными цифровыми устройствами (ЦКУ) называются устройства, выходные сигналы которых определяются только действующими в данный момент входными сигналами и не зависят от внутреннего состояния устройства.
Последовательными устройствами называются цифровые устройства, выходные сигналы которых зависят не только от входных сигналов, но и от внутреннего состояния устройства. Этот тип устройств часто называют цифровыми автоматами.
2.3 Комбинационные цифровые устройства
К комбинационным ЦУ относятся: дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, комбинационные сумматоры и АЛУ. Дешифратором называется комбинационная цифровая схема с несколькими входами и выходами, преобразующая код, подаваемый на входы, в сигнал на одном из выходов. Если дешифратор, имеющий n входов, имеет 2n выходов, то такой дешифратор называется полным. Если количество выходов меньше, то дешифратор называется неполным
Рис. 1 Схема дешифратора (а), условное обозначение (б), таблица истинности (в)
Рис. 2 Схема шифратора(а), условное обозначение (б), таблица истинности (в)
Шифратором называется устройство, предназначенное для преобразования чисел из десятичной системы в двоичную. Логическая схема шифратора на два выхода приведена на рис.2. В соответствии с таблицей истинности (рис. 120в), используя карты Вейча, получаем: Y0=X1+X3; Y1=X2+X3.
Рис.3 Схема мультиплексора (а), условное обозначение (б), таблица истинности (в)
Нетрудно видеть, что в шифраторе сигнал, подаваемый на вход X0, не используется. Основное применение шифраторов - это введение первичной информации с клавиатуры (преобразование десятичного кода в двоичный), например, ИС К555ИВ3.
Мультиплексором называется комбинационное цифровое устройство, предназначенное для управляемой передачи информации с нескольких источников в один выходной канал. Мультиплексор можно реализовать, используя логические элементы "И" и дешифратор. Мультиплексор имеет один выход, информационные входы и адресные или управляющие входы (рис.121). В зависимости от кода, подаваемого в адресные шины X0, X1 один из информационных входов подключается к выходному каналу. Функция алгебры логики, описывающая работу мультиплексора, имеет вид:
Демультиплексором называется комбинационное логическое устройство, предназначенное для управляемой передачи данных от одного источника
информации в несколько выходных каналов. Демультиплексор имеет один информационный вход, n адресных шин и 2n- выходов. Для данной схемы:
При построении арифметико-логических устройств (АЛУ) необходимо,
наряду с операцией суммирования, выполнять ряд логических операций. Для этого можно использовать ИС К561ИП3, которая представляет собой четырех-разрядное АЛУ, выполняющее 16 логических и арифметико-логических операций. Вид выполняемой операции определяется управляющим кодом, поступающим на входы S3,S2,S1,S0,M. Результаты выполненной операции снимаются с выходных шин F3, F2, F1, F0. Схема имеет вход переноса P0 и выход переноса Pi+1. Выход K является встроенным компаратором. K=1 при A=B. Выходы G и H используются для организации ускоренного переноса. Для организации АЛУ с разрядностью больше 4 используют две или более схем К561ИП3.
Цифровые компараторы предназначены для сравнения цифровых кодов. Количество входов определяется разрядностью чисел. На выходе обычно формируются сигналы A=B, A>B и AЦифровая электроника и её основные характеристики курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Темы Курсовых По Общей Психологии
Курсовая работа по теме Учредительные документы юридических лиц
Сочинение Рассуждение Бронзовый Мальчик
Доклад: Доброкачественные опухоли матки
Реферат: Изготовление печатной платы. Скачать бесплатно и без регистрации
Детство Владимира Дубровского Сочинение 6 Класс
Реферат На Тему Восточные Типы Культур
Реферат: Бизнес план ООО Спецодежда
Дипломная работа по теме Оценка эффективности потенциала СПК 'Киевский'
Курсовая работа по теме Аудиторский финансовый контроль
Контрольная работа по теме Естественнонаучная и гуманитарная парадигма в психологии
Реферат: Alcoholism Essay Research Paper alcoholism ALCOHOLISM Alcoholism
Доклад: По старой Смоленской дороге
Greek Theater Essay Research Paper Theater and
Реферат: Вбирання грунтами аніонів
Гипноз и внушение
Памятники искусства: подлинные произведения и памятные места
Реферат: Определение степени минерализации воды в реках г. Уссурийска
Крылатые Слова Русского Языка Сочинение Рассуждение
Реферат: Лазерные технологии. Скачать бесплатно и без регистрации
Соціально-економічне становище Галичини в складі Австро-Угорщини - История и исторические личности реферат
Права на средства индивидуализации юридических лиц, товаров, работ, услуг и предприятий - Государство и право презентация
Инфинитив в английском и русском языках, его функционально-семантический аспект - Иностранные языки и языкознание курсовая работа