Характеристики электрических сигналов.

Кодирование логической и двоичной информации электрическими сигналами.

Лекция 2.

Логическое проектирование цифровых вычислительных машин(ЦВМ) широко использует методы алгебры логики, которая оперирует понятиями -- логическая переменная и логическая функция. Эти понятия, по определению, могут иметь только два значения -- истинно или ложно. С целью упрощения приняты обозначения: истинно - 1, ложно - 0.

Арифметическими основами построения ЦВМ является применение двоичной позиционной системы счисления, в которой для обозначения количеств имеются только две цифры - 0 и 1.

Таким образом, при построении ЦВМ возникает необходимость отобразить (закодировать) только два значения 0 и 1 электрическими сигналами, что существенно упрощает задачу кодирования и повышает надежность считывания и передачи информации.

Значения логических и арифметических переменных в большинстве случаев кодируются электрическим напряжением. При этом используются, в основном, две системы кодирования: потенциальная , импульсная. Потенциальная система использует для кодирования двух значений переменных различные уровни (величины) электрических напряжений. Так в ТТЛ системах для кодирования “0” используют диапазон уровней напряжения от 0В до 0,8В, а для “1” -- 2,4-5В. Диапазон напряжений 0,8-2,4В --запрещенный. Если при кодировании выбрано, что “1” отображается более высоким уровнем напряжения чем “0”, то система кодирования называется -- положительная логика, в противном случае -- отрицательная логика.

Импульсная система предусматривает кодирование “1” наличием импульса напряжения, а “0” отсутствием импульса, но считывание должно производиться в четко определенные моменты времени, при этом к импульсу напряжения не предъявляют жестких требований ни по уровню импульса ни по его длительности.

Если логическая или арифметическая переменная последовательно изменяет свое значение 0-1,1-0, и это изменение многократно, то кодирующее переменную электрическое напряжение имеет вид импульсной последовательности показанной на рисунке 2.

Рис.2. Характеристики электрических сигналов.

Значения уровней сигналов, кодирующих логические или арифметические переменные, определяются выбранной системой кодирования, что на рисунке отображено относительным значением напряжения 1,0.

Для определения временных характеристик проводят вспомогательные линии по уровням напряжения 0,9 и 0,1. Отрезок времени в течении которого сигнал изменяется от уровня 0,1 до 0,9 называется длительностью фронта --t(фр). Время в течении которого сигнал остается на уровне 0,9 или выше -- длительность импульса -- t(имп). Время в течении которого сигнал изменяется от уровня 0,9 до 0,1 -- длительность спада -- t(сп).

Сигналы могут быть периодическими, тогда интервал времени, замеренный по одному из уровней , например по уровню 0,1 , в соседних импульсах определяет период импульсной последовательности -- Т. Все временные характеристики измеряются в секундах (сек) или производных от них единицах : миллисекунды (мс), микросекунды (мкс), наносекунды (нс). Часто , когда длительности фронтов и спадов не имеют большого значения, длительность импульса и период определяют по уровню сигнала 0,5. Реальные элементы имеют различные длительности фронта и спада, но разница очень мала и поэтому их принимают равными и определяют по формуле

Лекция 3.