TRANSMISJA ŚWIATłOWODOWA

Transmisja światłowodowa polega na przesyle informacji wpostaci sygnału świetlnego(światłowodem) Światłowód łączy żródło promieniowania z diodą odbiorczą i detektorem.W transmisji świat. stosuje się jako żródła promieniowania półprzewodnikowe diody LED i lasery LD.

Dioda LED to dioda emitująca strumień fotonów w wyniku zmiany energii elektrycznej na promienistą. LED charakteryzuje się bardzo małą mocą zasilania,dużą trwałością,dużą bezwładnościa(ns),pasmem przenoszenia 120-150 Mhz.

Laser LD jest laserem ,w którym ośrodkiem czynnym jest półprzewodnik.Lasery posiadają małą bezwładność(ps).

Światłowód to ośrodek transmisyjny wykonany w postaci falowodu optycznego,w którym są przesyłane fale elektromagnetyczne o częst. optycznych.Światłowody używane w transmisji dzielą się na dwie grupy:

1)Wielomodowe; są to światłowody,w których jest wzbudzanych wiele modów (mod-pojedyńczy rodzaj drgań własnych światłowodu)promieniowania optycznego.Światłowód wielomodowy może mieć skokowy lub gradientowy profil współczynnika załamania.

2)Jednomodowe; światłowody wktórych jest pobudzany jeden mod światła promieniowania optycznego.Warunek jednomodowości jest spełniony dla średnicy rdzenia porównywanej z dł. fali świetlnej.

W transmisji światłowodowej stosyje się dekodery PJN , APP (diody lawinowe).W detektorach tych ważne jest to aby była liniowa zależność prądu wstecznego od strumienia świetlnego.

PRZETWARZANIE ANALOGOWO- CYFROWE

Przetwornik a/c jest układem przetwarzającym wejściowy sygnał analogowy na wyj. sygnał cyfrowy wyrażony w kodzie dwójkowym lub dwójkowo-dziesiętnym.Przeetwornik a/c wykonuje :kwantowanie,czyli zastąpienie ciągłego przebiegu wej. ciągiem wartości dyskretnych;kodowanie,to jest przypisywanie określonej wartości słowa kodu cyfrowego każdej wartości dyskretnej.Przetwarzanie a/c jest tym dokładniejsze im bliżej leżą poziomy kwantowania.Przetworniki dzielimy na bezpośrednie i pośrednie.W bezpośrednich napięcie wej. jest bezpośrednio porównywane z napięciem odniesienia ,a wynik przetwarzania odpowiada wartości sygnału wej.W pośrednich sygnał wej. jest zmieniany na pewną wielkość pomocniczą,która jest następnie mierzon cyfrowo.

Przykładem przetwornika bezpośredniego jest przetwornik kompensacyjny.

ULS-układ logiczny sterujący

K-komparator

C-zegar

Uref-żródło napięcia odniesienia

Przykład układu pośredniego :

Liczba impulsów

występująca w czasie

zliczania jest propor-

cjonalna do wielkości

napięcia wej.

BINARNE ULADY LOGICZE

System dziesiętny jest używany na całym świecie do obliczeń.Na nim opiera się konstrukcja niektórych urządzeń liczących przede wszystkim mechanicznych.Konstrukcja cyfrowych urządzeń elektronicznych jest oparta na rozróżnianiu jedynie dwóch wartości sygnału interpretowanych jako 0,1.Cyfry te rozróżniane przez urządzenia elektroniczne umożliwiają utworzenie systemu dwójkowego-binarnego (składającego się zodpowiednich kombinacji cyfr 0,1).

W systemie tym interpretuje sięzgodnie ze wzorem :

(C_K C_K-1 ....C₁ C_o)=C_k ^. 2^K + C_K-1^. 2^K-1 +....+C₁^. 2¹ + C_o^. 2^O

Do realizacji systemu binarnego doskonale nadawały się układy logiczne.Przy czym cyfrze 0 przypisano stan niski L,a cyfrze 1 stan wysoki H.W celu dokonania działań na liczbach w systemie binarnym zastosowano prawa algebry Boolea w/g której zmienne mogą przyjmować wartości 0 lub 1 (fałsz , prawda) .Do podstawowych działań logicznych zaliczamy:Alternatywę(sumę logiczną OR),Koniunkcję(iloczyn logiczny AND),Negację(dopełnienie NOT).Pozostałe operacje logiczne można przedstawićprzy pomocy znanych nam już funkcji logicznych:AND,OR,NOT.Nie wszystkie zależności logiczne można przedstawić w postaci funkcji logicznych.Funkcja logiczna przyporządkowuje każdej kombinacji zmiennych wej. pewną wartość zmiennej wyj.Zmiana zmiennej wyj. nastepuje jedynie pod wpływem i równocześnie ze zmianą zmiwnnych wej.

Układy logiczne dzieli się na:

-kombinacyjne; realizują funkcję logiczne przy pomocy bramek, wartość zmiennej wyj. zależy w nich wyłącznie od aktualnej kombinacji zmiennych wej.

-sekwencyjne; wartość zmiennej wyj. zależy nie tylko od aktualnej wartości zmiennej wej, ale i od dotychczasowego ich przebiegu.

KONWENCJA WARTOSCI LOGICZNYCH

Układy logicze można budować na wiele sposobów i przy użyciu rozmaitych technik .Duże znaczenie maję obecnie układy elektronicze ze względu na tani koszt produkcji , mały pobór energi , szybkość działania , małe rozmiary ,oraz możliwość realizacji bardzo złożonych operacji logicznych.sygnałem interpretowanym jako zmienna logiczna jest w układach elektronicznych napięcie stałe.Rozróżnia się dwa jego stany wysoki H, niski L.Są dwa sposoby wzajemnego przyporządkowania poziomom napięcia wartości zmiennych logicznych.W logice dodatniej poziomowi wysokiemu odpowiada 1,a poziomowi niskiemu 0.Rozrzut parametrów elementów elektronicznych sprawia ,że napiecia wyj. nie sądokładnie takie same.Rozmaite zkłócenia ,

związane z zasilaniem bądz z obciążeniem są powodem tego ,żenapięcia wyj. tych samych układów mogą się różnić dość znacznie w różnych sytuacjach.Poziomy napięcia odpowiadajęce zmiennym logicznym określa się więc nie jako określone wartości ale jako przedziały napieć.Na skutek zakłóceń istnieje możliwość takiego przypadkowego obniżenia poziomu wysokiego ,że zostanie on odczytany jako niski i odwrotnie.W celu zmniejszenia możliwości tego rodzaju przekłamań rozsuwa się zazwyczaj przedziały napięć odpowiadające poszczególnym wartościom logicznym.Dlatego też odporność na zakłócenia stanowi jedną z cech układów logicznych decydujących o ich zastosowaniu.

REGULY DZIALAN LOGICZNYCH

Przy opisie logicznych układów cyfrowych korzysta się z algebry Boolea. Podstawą tej analizy jest rachunek zdań polegajacy na określeniu wartości logicznej wyrażenia(prawda , fałsz).Wdodatnij prawde oznaczamy 1,a fałsz 0,w ujemnej odwrotnie.Tworzenie zdań złożonych traktuje się jako operację matematyczną przyporządkowującą pewnym zdaniom nowe zdanie.operacje takie nazywa się funkcjami logicznymi.Prawdziwość nowych zdań z których zostały utworzone formy zdaniowe,które po podstawieniu dowolnych zdań na miejsce zmiennych logicznych są zawsze prawdziwe tworzą prawa rachunku zdań np:

prawo tożsamości p=>p

prawo podwójnej negacji p=>p

prawa de Morgana p ^. q<=>p+q

p+q<=>p^. q

Oznaczenia funkcji logicznych dwóch zmiennych

Iloczyn A^.B realizacja przez bramkę AND

Suma A+B realizacja przez bramkę OR

Nagacja A realizacja bramką NOT

Negacja iloczynu A^.B realizuje się bramką NAND ,a negację sumy bramką NOR.

Podstawowe prawa i tożsamości algebry Boolea:

- prawo przemienności sumy i iloczynu

A+B=B+A, A^. B=B^. A

- prawo łączności sumy i iloczynu

(A+B)+C=A+(B+C) , (A^. B)^. C=A^.(B^. C)

- prawo rozdzielności mnożenia względem dodawania

A^. (B+C)=AB+AC , (A+B)(D+C)=AD+AC+BD+BC

- tożsamości podstawowe

A 0=0 A+1=1

A 1=A A+0=A

A A=A A+A=A

A A=0 A+A=1

W klasycznym rachunku zdań prawa służą do tworzenia i sprawdzania poprawności wnioskowania.W przypadku układów logicznych prawa te ułatwiają analizę działania układów oraz ich projektowania.

LICZNIKI

Licznikiem nazywa się układ cyfrowy służący do zliczania liczby impulsów podanych na jego wej. zliczające.Licznik zawiera n-przeżutników , liczba n określa

max pojemność licznika =2^N.Zapełnienie licznika kończy cykl pracy licznika, poczym wraca on do stanu początkowego.Długością cyklu S nazywa się liczbę wyróżnialnych stanów licznika (logicznych)przez które licznik przechodzi cyklicznie jeśli licznik ma S(S<2^N)wyróżnialnych stanów to określa się jako licznik modulo S.

Liczniki zliczające impulsy w naturalnym kodzie dwójkowym są to liczniki dwójkowe. Liczniki dziesiętne mogą zliczać w różnych kodach dwójkowo-dziesiętnych , najczęściej w kodzie BCD.8421.Ze względu na sposób realizacji rozróznia się liczniki

asynchroniczne (szeregowe) i synchroniczne(równoległe).Zawartość licznika

podczas zliczania może rosnąć lub maleć liczniki takie nazywane są

jednokierunkowymi.Liczniki umożliwiające zliczanie impulsów w obu kierunkach określa się jako rewersyjne.W liczniku asynchronicznym przeżutniki są połączone szeregowo, a impulsy zliczane doprowadzone są do pierwszego przeżutnika co oznacza że zmiany na wyj. nie występują jednocześnie.Wprzypadku asynchronicznego licznika dwujkowego zmiana stanu wyj. przeżutnika powoduje zmiane wyj.

następnego przeżutnika.

PRZERZUTNIKI : RS , D , JK

1.Asynchroniczny przerzutnik RS

R	S	Q
0	0	b.z.
0	1	0
1	0	1
1	1	n.s.

Przerzutnik RS jest najprostrzym układem przerzutnika bistabilnego.Normalnym stanem początkowym przerzutnika jest stan zerowych sygnałów wej. tj. R=0 i S=0 podczas którego stan przerzutnika nie zmienia się (przeżutnik pamięta swój stan poprzedni).Dla S=0 i R=1 przerzutnik zostaje wyzerowany (Q=0).Przy S=1oraz R=0 następuje zmiana stanu przerzutnika na przeciwny (Q=1).Stan S=1 i R=1 są nie dozwolone,gdyż wówczas oda wyj. powinny być w stanie zero.

2Synchroniczny przerzutnik RS

Przerz. synchr. RS oprócz wej. RS ma dodatkowe wej. C, do którego doprowadza się sygnał taktujący(synchronizujący).Pracę przerz RS synchr. można opisać podobnie jak przeż. RS asynchr.Istotna różnica polega na tym że zmiana stanu przerz. synch. nasępuje w chwilach wyznaczonych przez sygnał taktujący.Stan logiczny wyj. Q w umownym czasie t_N+1 (po przyjęciu sygnału taktującego )zależu od stanów logicznych RSQ w czsie t_N (przed przyjęciem sygnału taktującego).Stan S=R=1 jest nie dozwolony.W przedziale czasu między impulsami taktującymi przerz. nie zmienia stanu , innymi słowy , zachowuje swój stan niezależnie od stanów na pojawiających się nz wej. RS.

rys. przykład realizacji na NAND

Rn	Sn	Qn+1
0	0	Qn
0	1	0
1	0	1
1	1	n.s.

3.PRZERZUTNIK JK

Przerz. JK może być uważany za rozwiniętą wersję przerz. RS ,gdyż mając podobne właściwiści logiczne nie ma stanów wej. niedozwolonych.Jest zatem możliwe jednoczesne doprowadzenie do obu wej. zarówno sygnałów 1 jak i 0.

J	K	Qn+1
0	0	Qn
0	1	0
1	0	1
1	1	Qn

Należy jednak zaznaczyć że układ w postaci jak na rys. nie może być praktycznie zbudoeany ,gdyż przy wyzwalaniu potencjałowym(szerokimi impulsami ) ,wskutek jednoczesnego doprowadzenia sygnałów 1 na oba wej. w układzie wystąpiłaby generacja.Z tego względu scalone przerz. JK są wykonywane w tzw. systemie „Master-Slave”,to jset w złożonym systemie wyzwalania potencjałowego na zboczach impulsu taktującego.

Przerz. JK-MS -cechą charakterystyczną pracy przerz. jest odzielenie fazy wpisywania informacji logicznej do przerz. od fazy przekazywania tej informacji na jego wyj.Zmniejsza to wpływ zakłóceń ikształtu sygnału.

4.Przerzutnik D

Przerz. D jest przerz. synchr. o jednym wej. informacyjnym oznaczonym literą D.Spełnia on funkcję przypisywania informacji z wej. D na wyj. Q z opóżnieniem jednego impulsu taktującego , stąd też pochodzi jego nazwa przerz. D .(delay)

Przerz. D jest wytwarzany w postaci scalonej. Można go również utwożyć z przerz. JK lub z przerz. synch. RS .Przerz. ten jest szeroko stosowany w systemach cyf. (np. rejestrach).

D	Qn+1
0	0
1	1

BRAMKI CYFROWE

Do podstawowych elementów logicznych zalicza się funktory AND ,OR ,NOT.Tworzą one podst. i funkcjonalnie pełny zestaw elementów, oznacz to ,że można z nich zbudować dowolnie złożony układ logiczny .Latwo można stwierdzić , korzystając z prawa de Morgana ,że zestaw elementów AND ,OR ,NOT jest zestawwem minimalnym ,gdyż np. sumę logiczną można wyrazić za pomocą dwu elementów AND i NOT ,iloczyn logiczny OR i NOT.

Funktor EX-OR realizuje funkcje określoną następującą def.:Na wyj. dwu wej. funktora EX-OR istnieje stan 1 wtedy i tylko wtedy , gdy wej. mają różne stany logiczne .Jest to równoważne zdaniu ,gdy A=1 lub B=1 ,lecz nie równocześnie ,to F=1.Funktor EX-OR realizuje zatem funkcję nietożsamości.Funkcja ta ma swój własny symbol algebraiczny F=A(+)B.

Funktor EX-NOR realizuje funkcję tożsamości będącą dopełnieniem funcji nietożsamości .Funkcja ta przybiera wartość 1,gdy obydwa argumenty uzyskują jednocześnie wartość 1 lub 0,czyli stan obu wej. jest równoważny .Funkcja ma swój własny symbol algebraiczny F=A(^.)B

PRZERZTNIKI (bistabilne,multiwibrator, monostabilne)

1Multiwibrator bistabilny.

Układ elektroniczny charakteryzujący się istnieniem dwóch stanow równowagi stałej,przy czym przejście z jednego stanu równowagi do drugiego może nastąpić pod wpływem sygnału zewnętrznego zwanego sygnałem wyzwalającym.Muliw. może pozostawać w każdym ze stanów równowagi dowolnie długo.Przejście w stan drugi występuje skokowo w momencie ,gdy sygnałwyzwalający przekroczy pewną ustalona wartość.Multiw. bistabilne realizowane za pomocą elementów dyskretnych mogą być budowane w dwóch podstawowych układach:symetrycznych i asymetrycznych z użyciem lamp lub tranzystorów.Sygnały wyzwalające doprowadza się przez specjalne układy wyzwalające.Multiw. bistabilne sym. zazwyczaj wyposaża się w takie układy wyzwalania że multiw. reagują na sygnały impulsowe.Rozróżnia się tu układy wyzwalania sym. ,w ktorych impulsy wyzwalające są doprowadzone jednocześnie do odu połówek i powodują kolejne przechodzenie mltiw. z jednego stanu w drugi układy wyzwalania asymetryczne,w których impulsy wyzwalające sa doprowadzlone odzielnie do obu połówek.

rys.

2.Przerz. monostabilny

C₁-kondensator przyśpieszający,

Jedna gałąż sprzężenia zwrotnego dla składowej stałej została zastąpiona gałęzią dla składowej zmiennej.T_1-jest wyłączony ,T₂ włączony.Gdy R_B2<<h_21E^. R_C2 to T₁ jest zetkany ,T₂ w stanie nasycenia .W celu wyznaczenia układu przez C_S i C₂ należy doprowadzić impuls ujemny aby wyprowadzić T₂ z nasycenia.

wykr.

3.PRZERZ. BISTABILNE

Przerz. bistabilne są układami dwu stanowymi (od strony wyj.).W każdym z tych dwu stanów może pozostawać przerz. przez nieograniczenie długi czas.Zmiana stanu przerz. odbywa się pod wpływem kolejno doprowadzonych do wej. sterujących impulsów wymuszających ,przy czym przerzutniki mogą mieć jedo ,dwa lub więcej takich wej.Podstawą przerz. używanych obecnie w układach cyfrowych sąbramki logiczne scalone .Do przerz. bistabilnych zeliczamy :RS asynch. ,T , D ,JK.

---