Файл: Методические указания по выполнению контрольной работы 1 для студентов заочной формы обучения по специальности 21. 05. 01 Прикладная геодезия, направлению подготовки 21. 03. 03 Геодезия и дистанционное зондирование.pdf

89 сигнал после квантования с числом двоичных разрядов b = 4, т.е. имеющий 16 уровней квантования. Размер шага квантования h = 0,1. Масштаб шкалы по вертикальной оси координат такой же, как на предыдущем рисунке.
На рисунке 61в показаны значения величины ошибки , вносимой в сигнал операцией квантования (переход от непрерывной записи к дискретной).
Несмотря на то, что переход к цифровой записи вносит свою ошибку, тем не менее, преимущества цифровой записи очевидны – почти полная
помехозащищенность и стабильность.
Электронные ключи
Электронный ключ - элемент, который под воздействием управляющего
сигнала производит различные коммутации (источников питания, активных элементов и т.д.). Электронный ключ является основой для построения более сложных цифровых устройств. Ключ имеет два состояния: замкнутое и разомкнутое рисунок 62
Рисунок 62. Функциональная схема ключа и диаграммы выходного
напряжения при замыкании и размыкании
Для реализации ключей используют диоды, биполярные и полевые транзисторы.
Рассмотрим режимы работы транзисторного ключа на биполярном транзисторе.
Выбираем транзистор n-p-n типа, схема включения с общим эмиттером показана на рисунке 63.
Для ключа на транзисторе p-n-p типа меняются полярности напряжений.

90
Рисунок 63. Принципиальная схема транзисторного ключа на
транзисторе n-p-n типа и входные характеристики с нагрузочной прямой
(U
ИП
=Е
К
)
Выходное напряжение
K
K
ИП
R
I
U
U


2
(по закону Ома для активного участка цепи
K
R
, транзистор).
Транзистор в нашей схеме может находиться в одном из трёх состояний:
1) Закрыт (выключен), находится в режиме отсечки (область 1);
2) Открыт, находится в линейной области в активном режиме
(область 2);
3) Открыт (включён), находится в режиме насыщения (область 3).
1) Режим отсечки:
Режим отсечки создаётся путём подачи на базу транзистора запирающего отрицательного напряжения
, транзистор закрыт, оба p-n перехода смещены в обратном направлении , ключ выключен.
2) Активный режим:
Активный режим создаётся путём подачи на базу транзистора положительного напряжения
0

бэ
U
. При этом эмиттерный p-n переход будет смещён в прямом направлении, а коллекторный – в обратном направлении, т.к.
бэ
кэ
U
U

. Это режим используется для усиления электрических сигналов.
В активной области выходной ток линейно зависит от входного тока через коэффициент усиления транзистора.
3) Режим насыщения. Такой режим наступает когда
бэ
кэ
U
U

, при этом транзистор открыт. Оба p-n перехода смещены в прямом
направлении.
В режиме насыщения транзистор перестаёт управляться по цепи базы , поэтому ток коллектора насыщения
кн
I
остаётся неизменным и определяется
0

бэ
U

91 сопротивлением нагрузочного резистора
к
R
: (ключ включен, выходное напряжение около нуля)
к
к
кн
R
U
I

Дальнейшее увеличение входного сигнала при
бэ
кэ
U
U

приводит к увеличению потока электронов из эмиттера в базу и электроны (неосновные носители) в виде объёмного заряда скапливаются в области базы. Наступает так называемое насыщение транзистора.
С физической точки зрения степень насыщения характеризует собой величину избыточного заряда
зар
Q
неосновных носителей (электронов) в базе транзистора.
С ростом тока базы растёт по экспоненциальному закону объёмный заряд неосновных носителей в базе.
Чем больше избыточный заряд
зар
Q
, тем сильнее насыщен транзистор, а рассеивание заряда обуславливает инерционность транзистора при его
выключении, что в итоге существенно влияет на быстродействие ключевой схемы.
Логические схемы
Из предыдущего становится ясно, что цифровая электроника легко реализуется на ключах. Есть выходной сигнал – логическая единица, нет сигнала – логический ноль. Два устойчивых состояния позволяют использовать двоичную систему отсчета. Математический аппарат, с помощью которого записывают, вычисляют, упрощают и преобразовывают логические высказывания, был создан английским математиком Джорджем Булем (19 век), в честь которого она названа булевой алгеброй высказываний.
Логическими элементами, или комбинационными схемами являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и др. (называемые также
вентилями). Их выходной сигнал зависит только от сигналов на входах. А также триггер, устройство с двумя устойчивыми состояниями и с памятью. Его выходной сигнал зависит и от того какой был сигнал на входе последний раз. С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств. Работу логических комбинационных
элементов описывают с помощью таблиц истинности.

92
Схема И реализует конъюнкцию (логическое умножение) двух или более логических значений
Сигнал проходит на выход или нет (два последовательных ключа)
Таблица истинности х y х и у
0 0
0 0
1 0
1 0
0 1
1 1
Схема ИЛИреализует дизъюнкцию (логическое сложение) двух или более логических значений.
Два параллельных ключа. Сигнал пройдёт на выход даже при замыкании одного ключа
Таблица истинности х y х
или у
0 0
0 0
1 1
1 0
1 1
1 1
Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрицания

93
На выходе кружочек обозначает отрицание (инвертирование) входной величины. На входе – логический 0, на выходе - логическая 1и наоборот.
В отличие от комбинационных схем значения выходных сигналов
последовательностных схем в данный момент времени зависят не только от значений входных сигналов в этот же момент времени, но и от их предыдущих значений. Из этого следует, что последовательностная схема реализует функциональную связь уже не между отдельными значениями входных и выходных сигналов, а между их последовательностями. Поэтому, в отличии от рассмотренных ранее схем, работу последовательностных схем следует рассматривать во времени.
Для того, чтобы значения выходных сигналов зависели от предыдущих значений входных, последовательностные схемы должны обладать памятью, в которой сохраняется информация о предыдущих входных воздействиях. Эта информация используется в виде совокупности сигналов, вырабатываемых памятью.
Особое значение при изучении последовательностных схем имеют элементы памяти – триггеры.
Триггеры – это логические устройства с памятью, которые способны
длительно оставаться в одном из двух возможных устойчивых состояний и
скачком чередовать их под действием управляющих сигналов.
Основу триггеров составляют простейшие запоминающие ячейки, представляющие собой симметричную структуру из двух логических элементов
ИЛИ-НЕ либо И-НЕ, охваченных перекрёстной обратной связью(
рисунок 64).
&
&
R
S
Q
Q
1 1
R
S
Q
Q
S
R
T
S
R
Q
Q
S
R
T
S
R
Q
Q
Рисунок 64. Принципы построения триггерных ячеек и их условные
обозначения.
Вход, по которому ячейка устанавливается в состояние 1, обозначается

94 буквой S, а в состоянии 0 – буквой R. Отсюда название таких триггеров –
«триггер RS».
Кроме триггеров RS существуют другие типы: JK – триггер
(универсальный триггер), D триггер, или триггер задержки, имеющий один информационный вход, Т-триггер (счетный триггер), TV-триггер кроме счётного входа Т имеет второй, управляющий, V-вход для разрешения приёма информации. TV- триггер называют тактируемым или синхронным счётным триггером. Кроме этого триггеры могут статическими и синхронными
(синхронизироваться отдельными синхроимпульсами).
На триггерах реализуются счетчики, регистры и другие устройства цифровой электроники.
Счётчики
Счётчиком называется устройство, сигнал, на выходе которого в определённом коде отображает число импульсов, поступающих на счётный вход.
Т-триггер, например, может считать до двух. Счётчик, образованный цепочкой из m триггеров, сможет считать в двоичном коде до 2m импульсов.
Каждый из триггеров такой цепочки называют разрядом счётчика. Число m определяет количество разрядов двоичного числа, которое может быть записано в счётчик.
Число Ксч=2m называют коэффициентом (модулем) счёта или ёмкостью счетчика.
Регистры
Назначение регистров – хранение и преобразование многоразрядных двоичных чисел.
Они используются в качестве управляющих и запоминающих устройств, генераторов и преобразователей кодов, счётчиков, делителей частоты, узлов временной задержки.
Регистры строят чаще всего на синхронных D-триггерах или на JK – триггерах. Одиночный триггер может запоминать (регистрировать) один разряд
(бит) двоичной информации. Поэтому триггер можно считать одноразрядным
регистром. Занесение информации в регистр называют операцией ввода или записи. Запись информации в регистр не требует его предварительного обнуления.

95
Выдача информации к внешним устройствам характеризует операцию вывода или считывания.
В схемы регистров входят комбинационные элементы, роль которых вспомогательная: для выполнения операций “сброс” (Уст.0), “запись”,
“считывание” и др.
Регистры в зависимости от функциональных свойств бывают:

накопительные (регистры памяти, хранения);

сдвигающие.

универсальные
Сдвигающие регистры делятся:

по
направлению
передачи
(сдвига) информации на однонаправленные и реверсивные.
Универсальные регистры делятся:
по способу вводы и вывода информации на параллельные, последовательные и комбинированные (параллельно-последовательные и последовательно-параллельные).
Делители числа входных импульсов
После каждого цикла счёта на выходах последнего триггера возникают перепады напряжения. Это свойство определяет второе название счётчиков: деление числа входных импульсов.
Если входные сигналы периодичны и следует с частотой f
ВХ
, то частота выходных импульсов, снимаемых с выхода последнего триггера будет f
ВЫХ
= f
ВХ
/ К
СЧ
Любой счетчик импульсов может быть использован как делитель
частоты.

96
ПАКЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАНЫХ
Структура пакета
Вся информация, передаваемая по каналу связи: файлы, звук, видео и т. д., представляет собой массив цифровых данных, то есть сочетание единиц и нулей. Для передачи используют одну из двух технологий:

передача коммутацией каналов, как это делается в телефонной сети

передача коммутацией пакетов данных.
Последняя технология для нас наиболее интересна. Она используется в
сотовой связи, связи через спутник, Internet и др. На исходном сервере данные
«разрезаются» на отдельные «порции» заранее оговоренной длины (например, по 256 байт), причем каждая из них в начале информационного блока снабжается индивидуальным «заголовком», а в конце блока – «трейлером».
Такая «порция» информации включает и служебную, называется пакетом.
В «заголовке» содержится информация о месте назначения (адрес), об имени файла, к которому принадлежит этот пакет, и о порядковом номере данного пакета (то есть о том, из какого места данного файла он был
«вырезан»). В «трейлер» записывается длина, условие проверки пакета на наличие ошибки и адрес для запроса повторения передачи пакета, в случае обнаружения ошибки (передаётся только этот пакет, а не весь файл целиком –
это главное преимущество пакетной передачи).
Передача данных в сети интернет
Пакеты пересылаются по сети Интернет, иногда даже по разным
маршрутам, зависящим от трафика тех или иных линий связи. Маршрут следования каждого пакета определяет - IP-протокол. Такая технология передачи данных называется динамической маршрутизацией. На получающей станции каждый пакет после его получения проходит проверку на наличие ошибки, появившейся при передаче. Когда же все пакеты «в сборе», c помощью
протокола TCP они автоматически объединяются в файл, являющийся точной копией исходного. В литературе, иногда, эти протоколы читают как один
TCP/IP.
Строго говоря, Интернет не является сетью, так как сеть
подразумевает наличие администратора сети, обеспечивающий её работоспособность. Интернет – это среда обмена информацией, работающая
под управлением протоколов IP и TCP.