数字设备：脉冲计数器、编码器、多路复用器

脉冲计数器——一种电子设备，用于计算施加到输入端的脉冲数。接收到的脉冲数以二进制表示。

脉冲计数器是寄存器（计数寄存器）的一种，分别建立在触发器和逻辑门上。

计数器的主要指标是计数系数K 2n——计数器可以计数的脉冲数。例如，四触发计数器的最大计数因子可能为24 = 16。对于四触发计数器，最小输出代码为0000，最大值为-1111，当计数因子为Kc = 10时，输出当代码 1001 = 9 时停止计数。

图 1a 显示了一个四位 T 型翻转计数器的串联图。计数脉冲被施加到第一个触发器的计数输入端。后续触发器的计数器输入连接到前面触发器的输出。

电路的操作由图 1，b 中所示的时序图说明。当第一个计数脉冲到达衰减时，第一个触发器进入状态 Q1 = 1，即计数器的数字代码为 0001。在第二个计数器脉冲结束时，第一个触发器进入状态 «0»，第二个触发器进入状态 «1»。计数器记录数字 2，代码为 0010。

图 1 - 二进制四位计数器：a) 图，b) 常规图形表示，c) 操作时序图

从图中（图1，b）可以看出，例如根据第5脉冲的衰减，计数器写入代码0101，根据第9-1001，依此类推。在第 15 个脉冲结束时，计数器的所有位都设置为状态 «1»，在第 16 个脉冲衰减后，所有触发器都被重置，即计数器进入其初始状态。有一个“重置”输入来强制计数器重置。

二进制计数器的计数因子由比率 Ksc = 2n 得出，其中 n 是计数器的位数（触发器）。

计算脉冲数是数字信息处理设备中最常见的操作。

在二进制计数器的操作过程中，与其输入脉冲的频率相比，每个后续触发器输出端的脉冲重复率减少一半（图 1，b）。因此，计数器也用作分频器。

扰频器（也称为编码器）将信号转换为数字代码，通常是二进制数字系统中的十进制数。

一个编码器有 m 个输入，用十进制数字（0、1、2、…、m — 1）和 n 个输出连续编号。输入和输出的数量由关系 2n = m 决定（图 2，a）。符号 «CD» 由英文单词 Coder 中的字母组成。

将信号应用于输入之一会导致输出产生与输入数字相对应的 n 位二进制数。例如，当脉冲施加到第四个输入时，数字代码 100 出现在输出端（图 2，a）。

解码器（也称为解码器）用于将二进制数转换回小的十进制数。解码器（图 2，b）的输入用于提供二进制数，输出用十进制数顺序编号。当二进制数应用于输入时，信号将出现在特定输出，其编号对应于输入编号。例如，当提供代码 110 时，信号将出现在第 6 个输出。

图 2 — a) UGO 编码器，b) UGO 解码器

多路复用器 - 一种根据地址代码将输出连接到其中一个输入的设备。澈。多路复用器是电子开关或换向器。

图 3 — 多路复用器：a) 常规图形表示，b) 状态表

地址代码被发送到输入 A1、A2，这决定了哪些信号输入将被传输到设备的输出（图 3）。

要将信息从数字转换为模拟，请使用数模转换器 (DAC)，而对于反向转换，请使用模数转换器 (ADC)。

DAC的输入信号是二进制多位数，输出信号是根据参考电压形成的电压Uout。

模数转换过程（图4）包括两个阶段：时间采样（sampling）和电平量化。采样过程包括仅在离散时刻测量连续信号的值。

图4-模数转换过程

对于量化，输入信号的变化范围被划分为相等的间隔——量化级别。在我们的示例中有八个，但通常还有更多。量化操作被简化为确定样本值下降的区间并为输出值分配数字代码。