Цифровая электроника и её основные характеристики - Курсовая работа

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. Поскольку целью систем цифровой техники является обработка сигналов, следует несколько подробнее рассмотреть понятие «сигнал». 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.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.) 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.Способ записи чисел цифровыми знаками называется системой счисления. Система называется позиционной, если значение каждой цифры, входящей в запись числа, определяется ее местоположением в числе. Основанием системы счисления q называется общее количество цифр, используемых в данной позиционной системе для записи чисел. 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. 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.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. Либо на вход сигналы поступают последовательно сигнал за сигналом, а с выхода они снимаются одновременно, либо наоборот.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. Логическая схема шифратора на два выхода приведена на рис.2. Мультиплексор имеет один выход, информационные входы и адресные или управляющие входы (рис.121).Цифровал техника обрабатывает, хранит и отображает информацию, необходимую для решения самых разнообразных проблем. Все перечисленное производится с помощью электронных схем - полупроводниковых интегральных схем.И наоборот, сэкономить энергию можно за счет уменьшения скорости. Дополнение Электронные схемы логических вентилей - базовые элементы цифровых интегральных устройств с точки зрения энергетики, представляют собой совокупность электронных компонентов, организованных в единый ансамбль электронных цепей для передачи, накопления и диссипации электрической энергии, потребляемой с внешних источников. В совокупность электронных компонентов обязательно входят переключатели, управляемые входными электрическими сигналами. Эти переключатели формируют электрические цепи совместно или с другими переключателями, или с пассивными компонентами, с помощью которых двоичная цифровая информация представляется в виде уровней напряжений (или токов) за счет потоков энергии между полосами источников питания. Количество энергии, необходимое для предоставления информации и скорости накопления и диссипации энергии, определяются скоростные характеристики производства информации, определяются: - принципами действия элементарных переключателей и других компонентов вентилей;Воплощение схемотехниче

Содержание

Введение

1. История развития электроники и классификация электронных устройств

2. Цифровые электронные устройства

2.1 Системы счисления

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

4. Расчетная часть

Заключение

Список литературы

Приложения

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.

Недостаток цифровых систем: - Цифровые системы являются более медленными системами, чем аналоговые. Поэтому в области высоких частот доминирует аналоговая техника.