Digielektroonika (0)

KT3

Digielektroonika

..on/ei ole; õige/vale; kõrge nivoo/madal nivoo (digitaalsignaali pinge väärtused elektroonikas); 1/0
x=0 - lüliti kontaktid lahti (väljas)
X=1 - lüliti kontaktid kinni (sees)
L(x)=x - loogiline funktsioon ja selle argument
OR siis liidad (loogiline liitmine ); AND siis korrutad; N siis (inversioon või prim); XOR (välistav VÕI); NOT ( puhver )
N skeem:
Tõesustabel nim tabelit, mis esitab funktsiooni väärtused kõgi võimalike argumendi väärtuste korral
loogikaelemendiks nim elektroonikakomponente, mis on ette nähtud loogikafunktsioonide rakendamiseks binaarsetele signaalidele.
Binaarne signaal on selline lektriline signaal, milles informatsiooni kannavad vaid kaks (pinge)- nivood
Madal nivoo on digitaalelektroonika komponentides signaali pingete vahemik 0V-st kuni mingi pinge väärtuseni U0 toitepinge ). Ehk 0
Kõrge nivoo on -""- alates lävipingest U1 kuni komponendi toitepingeni Ut. Ehk 1
Ala (või määratlemata pingenivoo) - piirkond madala nivoo ülempiirist U0 kuni kõrge nivoo alampiirini U1.
PS! Mida laiem on määratlemata ala (U0-U1), seda stabiilsem ja mürakindlam on digitaalelektroonika komponent .
impulss - lühiajaline pinge muutmine 0-1-0
impulsi laiust mõõdetakse poole pinge kõrgusel (50%) VT SLAID ÜLE
Bait - 8 biti...PS! Ühe baitiga saab kirja panna 256 seisu!
Paarsusbitt - lisabitt, mille väärtuseks on kõigi andmebittide välistava (XOR) VÕI tehte tulemus (1 või 0)
Digitaal - vs analoogsignaal PROS:

väiksem müratundlikkus

täpsem signaali esitus

tarkvaraliselt kergemini töödeldav

andmete parem säilivus (nt digitaalne helisalvestis)

korrigeerimisvõimalus
Digitaal- vs analoogsignaal CONS :

vahel kulutava rohkem energiat kui samasugust toimingut tegevad analoogseadmed

väikestes tiraažides seadmed sageli kallimad

maailmas on enamasti analoogsignaalid ja kui on vajalik analoog - digitaal - analoog konverteerimine , võib maksumus olla suurem

mõnedes digitaalsüsteemides võib kasvõi üks vigane bitt rikkuda terve paketi
Loogikalülitused
PUHVER
Puhvereid kasutatakse valdavalt binaarse signaali kuju korrigeerimiseks ja siis kui on tarvis sama signaali jagada paljudele sisenditele. Samuti kasutatakse ka andmete edastamisel piki siini.
SIIN - ühine andmeedastuskanal. Jaotatakse:

sisendsiine - ühe loogikalülituse väljundilt loevad andmeid mitu loogialülitust (kasutatakse harva kuna enamasti võib ühele väljundile ühendada mitu sisendid paralleelselt)

väljundsiine - ühe loogikalülituse sisendile edastavad andmeid mitu loogikalülitust (väljundeid ei saa lülitada paralleelselt; neid tuleb siinile lülitada ühekaupa)

kahesuunaline siin - selline andmekanal, mida kasutatakse vaheldumisi kas andmete vastuvõtuks või saatmiseks ( enamlevinud )
Seisund Z - puhvri väljundi selline seisundm kus tema väljundi takistus on nii maakontakti kui ka toitekontakti suhtes väga suur 
Taktsignaali on tarvis nii seadmetevahelise andmevahetuse korraldamiseks kui ka andmete lugemisel mälust või väliselt andmekandjalt ja kirjutamisel mällu või välisele andmekandjale.
Taktgeneraatorist stabiliseeritakse kvartsiga.
Kontakti klirr - lüliti kontakti avamisel ja sulgemisel on lühike periood, kus kontakt pole stabiilne. See tuleneb ühest küljest asjaolust, et ükski kontaktping pole ideaalselt sile ja teiselt poolt sellest, et (eriti sulguv kontakt) põrub/vibreerib enne kui tekib stabiilne ühendus
Lisaimpulsside eemaldamiseks kasutatakse:

Schmiti trigeriga puhverelementi koos takisti ja kondensaatoriga ( konde . laaditakse läbi lülitikontakti ja takisti. Pinge konde. kasvab sujuvalt ja sisendi vähimal kõrge nivoo väärtusel lülitub puhvri väljund ümber)

Ümberlülituva kontaktiga lüliti (RS- trigeri kasutumine)
Impulsi formeerijat kasutatakse tagamaks et impulss poleks lühem mingist konkreetsest kestusest.
Dekoodrid ja koodrid kasutatakse laialdaselt nii eraldi integraallülitustena kui ka osana muude integraallülituste kossseisus; lisaks ka puuteekraanides, LCD ekraanides ja andmete lugemisel kaamerate fotosensoritest.
Dekodeerimisel adresseeritakse mälupesi nii info kirjutamisel mällu kui ka lugemisel sealt; lisaks kasutatakse ka mitmesugustele indikatsioonielementidele sümbolite, tavaliste numbrite kuvamiseks.
Kodeerimist kasutatakse klahvistikes ja osades analood - arv muundites
Loogikalülituste ehitus
Baseeruvad transistoritel (lülitirežiimis). Kõige paremini sobivad indutseeritud kanaliga väljatransistorid (MOSFET või MOS). Nende eelis on ülisuur sisendtakistus (sisendid peaaegu ei tarbi energiat staatilises režiimis ning puudub vajadus loogilise 1 puhul sisendvoolu piirata), sisendpinge lävipinge olemasolu avanemisel.
PS! Hiljuti kasutati ehitusel ka DTL - trantsistorid kus on kasutatud dioode ehk Diood - Transistor Loogika . Samuti ka TTL ja ECL (emitte coupling Logic )
Komplementaarloogikaelementideks (e CMOS ) - element, mis koosneb kahest ühesugusest, kuid erineva kanaliga transistoreid nimetatakse komplementaarseks paariks
Kui CMOS paari sisendile anda kõrge pingenivoo (loogiline 1), siis N-MOS on eelpingestatud nii, et ta on täielikult avatud. P-MOS aga on eelpinge alla lävipinge ja P-MOS on seetõttu suletud ehk siis tema takistus on väga suur.
CMOSi tüüritavus sõltub ühest küljest väljundivoolust ja teisest küljest järgnevate elemntide sisendite summaarsest mahtuvusest.
Trigerid

RS- TRIGER (ingl flip -flop) 
Puudus peitub asjaolus, et aktiivne nivoo saab olla korraga kas R või S sisendil, mitte neil mõlemal.
Trigeril on kaks väljundit:

Otsene (Q) - otseseks loetakse kahest sisuliselt samaväärsest väljundist seda, mis läheb loogilise 1 seisu kui seadesisendile S (set) antakse kõrge nivoo (loogiline 1)

Reversiivne (Q') - Reversiivne väljund läheb seisu 1 kui kõrge nivoo antakse nullimissisendile R (reset)
(PS! Qt on otseväljundi seis enne vasakul toodud S ja R kombinatsiooni realiseerumist. Qt+1 on seis pärast S ja R seisu realiseerumist)
Asünkroonseks nimetatakse trigerit, mille sisenditele mingi seisundite kombinatsiooni andmist ei sünkroniseerita täiendava signaaliga. Kui sünkroniseeritakse nimetatakse trigerit sünkroonseks trigeriks.

Kui RS-trigerile lisada sünkroniseerimislüli saame sünkroonse RS-trigeri

Sünkroonne kahetaktiline RS-triger (TT)
Kasutatakse vähe. Võimaldab luua side sisendsignaalide ja väljundite olekute vahel

Sünkroonne kahetaktiline JK-trigger
Sünkroonsele kahetaktilise RS trigeri sisendeid juhitakse läbi JA lülide, mille ühed sisendid on ühendatud väljunditega. Seda nimetatakse JH trigeriks (J- jump , K-key)
Omadused - universaalne, lihtsate ühendustega võimalik muuta seade-, loenduse- või andmesisenditega trigeriks; 1 sisendil J viib väljund alati seisu 1; 1 sisendil R viib väljund alati seisu 0; JK-triger talub seisus J=K=1

D-triger (ka andmesisendi triger)
Kui sünkroonse kahetaktilise RS-trigeri S-sisendilt teha inverteriga ühendus R-sisendile, saame D-trigeri. Omaduselt ei pruugi olla kahetaktiline.

T-triger (ka loendustriger)
Kui sünkroonse kahetaktilise RS-trigeri S-sisendi ühendada otse inverteeritud väljundiga ja R-sisendi otse väljundiga, saame T-trigeri.
T-triger lülitub ümber iga impulsiga T-sisendile.
Registrid
Neid kasutatakse, et säilitada andmeid (mäluelement) ning neid koguda ja töödelda
Järjestikedastus VS paralleeledastus
Järjestikku edastatakse infot seadmete vahel ja paralleelselt seadmes sees.
Paralleelne edastus on kiirem kuid nõuab enam juhtmesooni. Seadmete suurte vahemaade puhul kulub palju kaablit.
Järjestikku piki liini andmete edastamine võimaldab läbi paljude soonepaaridega kaabli edastada oluliselt enam infot kui see paralleeledastuse puhul võimalik on
Side optikakaablites on enamasti asünkroonne järjestikedastus.
Registrite tüübid:

SI-SO ( serial in - serial out)- kasutatakse suhteliselt vähe, Kasutusala on info viivitamiseks, jooksvad tuled.

PI-SO (parallel in- serial out) - kasutusala andmete saatmiseks järjestikprotokollis.

SI-PO - Kasutusala andmete vastuvõtmiseks järjestikprotokollis

PI-PO - Kasutusala operatiivmäluna

Universaalregistrid (sisenditega saab valida kuidas salvestatakse ja kuidas loetakse)
Loendur (CT)
Impulsside loendamine :
Multiplekserid ja demultiplekserid

Multiplekserid (MUX) - kasutusala erinevate digitaalse andmevoo allikate kommuteerimiseks ühele väljundile, klahvistikus ja puuteekraanides; koos demultiplekseriga paralleelkoodis info edastamiseks ühe andmekanali kaudu
MUX omab mitut andmesisendit ja aadressisisendit ning ühte andmeväljundit. Vastavalt aadressisendi kaudu etteantud aadressile valitakse üks andmesisendite hulgast ja kommuteeritakse sellele antav signaal ainsale andmeväljundile.

Demultiplekser ( DEMUX ) - see on digitaalelektroonika seade, mis omab ühte andmesisendit ja aadressisisendei ning mitut andmeväljundit. Tööpõhimõte on vastupidine multiplekserile.
Konverterid (e D/A ja A/D muundid)
Tänapäeval on enamasti vaja analoog konvertida digitaalseks et seda töödelda ja siis tagasi analoogiks. Seega on peamised konverterid on järgmised:

D/A konverter (ka D/A muundi) ehk digital analog converter
CONS: 1) vaja suur hulk erinevaid täppistakisteid, 2) täpsemate konverterite puhul muutuvad väiksemad bitid mõttetuks, 3) väiksemate bittide takistite takistused lähevad väga suureks.

A/D konverter (ka A/D muundi)
On enamasti keerulisemad kui D/A konverterid. 

Selliseid nim otsemuundamisega e rööpkonverteriks. Selle puudused on 1) liiga palju komparaatoreid, mis on kulukas ; 2) suure arvu bittide puhul muutub võrdluspinge samm nii väikseks, et tulemust hakkavad moonutama komparaatorite sisendite nihkepinged; 3) ka prioriteedikoodrid lähevad suure mõõtevahemike arvu puhul keeruliseks. 

On olemas ka kaalumismuundid (kaalumiskonverterid). Need on täpsemad, kuid aeglasemad. Konverteri sisendis on lülitus ehk sampler. Sinna kirjutatakse sisendpinge hetkväärtus sisse ja hoitakse seda muundamisprotsessi vältel muutumatuna. Harilikult on selleks kondensaator , millele lülitatakse läbi MOS lüliti pinge hetkväärtus. Siis lüliti suletakse ja kondensaatorile jääb pinge lühiajaliselt muutumatuks.

Võrdlusmeetodil konverter (e loenduskonverter). Ehituselt sarnane kaalumismeetoridl konverteriga. Erineb sellega, et registri asemel on reverseeritav loendi ja D/A konverterile võetakse pinge loendi väljundilt. Kasutatakse pakkimisviisides.

Kahekordse integreerimisega A/D konverter. Kasutatakse mõõteriistades ja automaatikas. Omaduste poolest on aeglane kuid täpne ja ei lase end eriti häirida kõrgsagedusmürast signaalis.
Konverterite probleemid:
Mida kõrgem on sämplimissagedus ja mida suurema arvu bitikohti sisaldab mõõtmistulemus, seda paremini kajastab saadud digitaalvoog tegelikku signaali. 
Muundamise kvaliteet sõltub ka kodeerimise täpsusest. Esinev ebatäpsus heli puhul avaldub selles, et analoogsignaaliks tagasi konverteeritud signaali ilmub müra. Müra on seda väiksem, mida enam on kodeerimises bitikohti.