Menu
Aplikacje

Technika cyfrowa

Istnieją różne komputery, na przykład: cyfrowe, analogowe lub kwantowe. W sterowaniu komputerowym stosuje się tylko komputery cyfrowe.
Ta sekcja nie jest poświęcona elektronice, ani też w szczególności budowie komputerów i sprzężonych z nimi urządzeń. Aby jednak zrozumieć, jak sterować urządzeniami podłączonymi do systemów komputerowych, konieczne jest minimum wiedzy z zakresu techniki cyfrowej.

Technika cyfrowa obejmuje systemy zawierające układy cyfrowe, w których operuje się na wartościach dyskretnych. Mówiąc prościej, na wejściach i wyjściach tych układów sygnał musi mieć jeden z dwóch dyskretnych poziomów Low lub High. Cyfrowe obwody elektroniczne są zwykle zbudowane z wielu bramek logicznych i bardzo często są produkowane jako układy scalone. Na wejściach i wyjściach tych obwodów elektronicznych mogą występować tylko dwa poziomy napięć: High (H) lub Low (L). Pomiędzy tymi poziomami jest pasmo napięć elektrycznych, które mogą występować tylko przez bardzo krótki czas podczas zmiany poziomów (np. z H na L albo z L na H).

Zatem, w technice cyfrowej operujemy tylko dwiema wartościami (H oraz L). Można je również wyrażać posługując się algebrą Boole'a, czyli wartościami logicznymi: "0" oraz "1".
Mamy dwie możliwości powiązania z sobą wartości High (H) i Low (L) z wartościami logicznymi "1" oraz "0".
Możemy przyjąć, że: H = "1" oraz L = "0". To się nazywa logiką dodatnią.
Możemy przyjąć, że: H = "0" and L = "1". To się nazywa logiką ujemną.
Obie te notacje stosuje się powszechnie do opisu stanów magistrali komputerowej, magistral łączących systemy komputerowe z urządzeniami zewnętrznymi, a także do oznaczenia stanów wejść i wyjść różnych układów cyfrowych.
Wspomniałem wyżej o algebrze Boole'a. W niej się operuje tylko dwiema wartościami: prawda oraz fałsz. Wartości te są oczywiście powyżej reprezentowane odpowiednio jako:
prawda = "1" oraz fałsz = "0" (prawda = true, fałsz = false).

Jak dotąd nie określiłem jakim wartościom napięcia elektrycznego odpowiadają stany H i L. Nie ma na to pytanie jednoznacznej odpowiedzi, bowiem istnieje wiele standardów, w których te wartości zdefiniowano.

TTL to jeden z pierwszych (1961 rok) i nadal bardzo powszechnie stosowanych standardów. TTL (Transistor-Transistor Logic) to standard jaki jest używany w cyfrowych układach scalonych z serii 74xx. Te układy działają w logice dodatniej.
Sygnał L = "0" i jest to napięcie z zakresu 0 ÷ 0,8V.
Sygnał H = "1" i jest to napięcie z zakresu 2,4 ÷ 5V.
Wystarczy zapamiętać, że L = "0" = 0V oraz H = "1" = 5V.
Ogólnie mamy:

logic
L = 0V      H = 5V

RS-232 standard opracowany około 1960 roku dla szeregowej transmisji danych między urządzeniami elektronicznymi. RS-232 jest nadal bardzo popularny. Specyfikacja tego standardu definiuje poziomy napięć dla sygnałów następująco:
Sygnał L = "0" i jest to napięcie z zakresu +3V ÷ +15V.
Sygnał H = "1" i jest to napięcie z zakresu -3V ÷ -15V.
W waszych laptopach zapewne nie ma portu RS-232, ale z pewnością jest port USB. Na rynku jest mnóstwo bardzo tanich adapterów USB - RS-232. Można je wykorzystać do sprzężenia z Waszymi komputerami urządzeń, które są sterowane sygnałami w standardzie RS_232. Wiele takich adapterów generuje lub odczytuje sygnały zgodne z protokołem RS-232, jednak stosuje następujący standard dla ich napięć: L = 0V oraz H = 5V. Kiedy zdecydujecie się na zakup adaptera USB - RS-232 warto więc zwrócić uwagę jaki model wybraliście.

Aby Ci ułatwić zapamietanie tego materiału przygotowałem proste demo - aplikacje obrazującą sygnały na linii cyfrowej magistrali łaczącej nadajnik z odbiornikiem. Możesz sobie wyobrazić, że taka pojedyncza linia pozwala sterować lampą ("0" oznacza wyłączenie lampy, "1" stan załączenia).


☆ Systemy liczbowe ☆

Mamy wiele systemów liczbowych. W informatyce najbardziej naturalny jest dwójkowy system liczbowy, bowiem do zapisu wartości liczbowych używa się tylko dwu cyfr: 0 oraz 1. Myślę, że od razu widać przydatność tego systemu w świetle tego co napisałem powyżej o technice cyfrowej. Polecam Wam zaprzyjaźnić się z tym sytemem liczbowym.