מה זה מעגל דיגיטלי: עיצוב ויישומיו

מעגלים דיגיטליים או אלקטרוניקה דיגיטלית הוא ענף אלקטרוניקה העוסק באותות דיגיטליים לביצוע המשימה השונה כדי לעמוד בדרישות שונות. אות הכניסה המופעל על מעגלים אלה הוא בצורה דיגיטלית, המיוצגת בתבנית השפה הבינארית 0 ו- 1. מעגלים אלה תוכננו באמצעות שערים הגיוניים כמו AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR שערים המבצעים פעולות לוגיות. ייצוג זה עוזר למעגל לעבור ממצב אחד למשנהו לצורך מתן תפוקה מדויקת. מערכות מעגלים דיגיטליים נועדו בעיקר להתגבר על החיסרון של מערכות אנלוגיות איטיות יותר ונתוני הפלט המתקבלים עשויים להכיל שגיאה.

מהו מעגל דיגיטלי?

הַגדָרָה : מעגל דיגיטלי מתוכנן על ידי שימוש במספר שערים לוגיים על יחיד מעגל משולב - IC. הקלט לכל מעגל דיגיטלי הוא בצורה בינארית '0' ו- '1'. התפוקה המתקבלת בעיבוד נתונים דיגיטליים גולמיים היא בעלת ערך מדויק. ניתן לייצג מעגלים אלה בשתי דרכים באופן משולב או באופן רציף.

יסודות מעגלים דיגיטליים

תכנון מעגלים דיגיטליים התחיל לראשונה בתכנון של ממסרים, מאוחר יותר צינורות ואקום, טרנזיסטור TTL טרנזיסטור לוגיקה , הגיון משולב פולט, ו לוגיקה של CMOS. עיצובים אלה משתמשים במספר רב של שערים לוגיים כמו AND, OR, NOT, וכו 'המשולבים על IC יחיד. הקלט והפלט של נתונים דיגיטליים מיוצגים ב טבלת האמת ההגיונית ודיאגרמת תזמון.

רמה לוגית

נתונים דיגיטליים מיוצגים בפורמט לוגי, כלומר בפורמט '0' ו- '1'. כאשר ההיגיון 0 מייצג שהאות נמוך או 'GND' ו- ​​logic1 מייצג את האות גבוה או מחובר לאספקת 'VCC' כמוצג להלן

רמת הגיון

טבלת האמת ההגיונית

טבלת אמת לוגית היא ייצוג מתמטי של ביצועי האות הדיגיטלי במעבר במעגל הדיגיטלי. הטבלה מורכבת משלוש עמודות, הן עמודת השעון, עמודת הקלט ועמודת הפלט. לדוגמא, טבלת ההיגיון של השער NOT מיוצגת כדלקמן

תרשים תזמון

התנהגות האות הדיגיטלי מיוצגת בתבנית תחום זמן, למשל, אם אנו מחשיבים את טבלת האמת של שער ההיגיון לא, דיאגרמת התזמון מיוצגת כדלקמן כאשר השעון גבוה, הקלט נמוך ואז הפלט גבוה. באופן דומה, כאשר הקלט גבוה אז התפוקה נמוכה.

תרשים תזמון

שערים

שער לוגי הוא רכיב אלקטרוני המיושם באמצעות פונקציה בוליאנית. שערים מיושמים בדרך כלל באמצעות דיודות, טרנזיסטורים וממסרים. ישנם סוגים שונים של שערים לוגיים שהם, AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. ביניהם שערים בסיסיים של AND ו- OR, ו- NAND ו- NOR הם השער האוניברסלי. בואו ניקח בחשבון את ייצוג השער ו- AND להלן, שיש לו 2 כניסות ופלט אחד.

AND שער

שולחן האמת של AND gate

תרשים תזמון של AND שער

ישנן דרכים רבות לבנות מעגל דיגיטלי המשתמש בשערים לוגיים על ידי יצירת לוגיקה משולבת, מעגל לוגי רציף, או על ידי מכשיר לוגי לתכנות המשתמש בטבלאות בדיקה, או על ידי שימוש בשילוב של IC רבים וכו '. בדרך כלל הם מעוצבים באמצעות פורמט מעגלים משולב ורצף כמוצג להלן

מעגל לוגיקה משולב

זהו שילוב של שערי לוגיקה שונים כמו AND, OR, NOT. תכנון הלוגיקה המשולבת נעשה בצורה כזו שהפלט תלוי בקלט הנוכחי וההיגיון אינו תלוי בזמן. מעגלי לוגיקה משולבים מסווגים לשלושה סוגים, הם כן

מעגל לוגיקה משולב

• פונקציות חשבון ולוגיות: מוסיפים, חיסורים , משווים , PLD's
• העברות נתונים: מרבבים, דמולטפלקסרים , מקודדים, מפענחים
• ממירי קוד: בינארי , BCD , 7 קטעים.

מעגל רצף

העיצוב של מעגל רציף שונה ממעגל השילוב. במעגל רציף, לוגיקת הפלט תלויה בערכי קלט בהווה ובעבר. זה מורכב גם מאלמנט זיכרון המאחסן את העיבוד והעיבוד של הנתונים. מעגלים רצפים מסווגים לשני סוגים שהם,

• מעגל סינכרוני
• מעגל אסינכרוני

חלק מהדוגמאות למעגלים עוקבים הם כפכפים, שעונים , דלפקים , וכו.

תרשים מעגלים רצף

תכנון מעגלים דיגיטליים

ניתן לתכנן מעגלים דיגיטליים בדרכים הבאות

• שימוש בייצוג מערכת רציף ובייצוג מערכת משולבת
• שימוש בשיטות המתמטיות על ידי צמצום אלגוריתמי ליתור לוגיים כמו K-Map , אלגברה בוליאנית , אלגוריתם QM, דיאגרמות החלטות בינאריות וכו '.
• שימוש במכונות זרימת נתונים המורכבות מרשומות ו- אוטובוסים או חוט. הנתונים מועברים בין רכיבים שונים באמצעות אוטובוסים ורישומים. מכונות אלה מתוכננות באמצעות שפות לתיאור חומרה כמו VHDL או Verilog .
• מחשב הוא מכונת לוגיקה להעברת רישומים למטרות כלליות שתוכננה באמצעות מיקרוגרמה ומעבד מיקרו-רצף.

סוגיות בעיצוב מעגלים דיגיטליים

מכיוון שהמעגלים הדיגיטליים בנויים עם רכיבים אנלוגיים כמו נגדים, ממסרים, טרנזיסטורים, דיודות, כפכפים וכו '. יש לציין כי רכיבים אלה אינם משפיעים על התנהגות האות או הנתונים במהלך פעולת המעגל הדיגיטלי. להלן סוגיות עיצוב אשר נצפות בדרך כלל,

• בעיות כגון תקלות עלולות להתרחש עקב תכנון לא הולם של המערכת
• סנכרון תקין של אות שעון אחר מוביל למצב של גרורות במעגל
• מעגלים דיגיטליים מחשבים שוב ושוב יותר בגלל חסינות רעש גבוהה.

דוגמאות למעגלים דיגיטליים

להלן דוגמאות למעגלים דיגיטליים

• טלפונים ניידים
• רדיו
• מחשבונים וכו '.

יתרונות

להלן היתרונות

• הדיוק והתכנות גבוהים
• קל לשמור נתונים דיגיטליים
• חסין לרעש
• ניתן לשלב מעגלים דיגיטליים רבים על גבי IC יחיד
• גמיש מאוד
• אמינות גבוהה
• קצב שידור גבוה
• מאובטח מאוד.

חסרונות

להלן החסרונות

• הם פועלים רק על אותות דיגיטליים
• צורכת יותר אנרגיה ממעגלים אנלוגיים
• פיזור חום הוא יותר
• עלות גבוהה.

יישומים

להלן היישומים

• ADC - ממיר אנלוגי לדיגיטלי
• DAC - ממיר דיגיטלי לאנלוגי
• מחולל אותות
• CRO
• ל כרטיס חכם , וכו.

שאלות נפוצות

1). לשם מה משתמשים מעגלים דיגיטליים?

מעגלים דיגיטליים משמשים לביצוע פעולות לוגיות בוליאניות.

2). כיצד פועל המעגל הדיגיטלי?

המעגל הדיגיטלי עובד עם אותות בדידים, המיוצגים בצורה בינארית של 0 ו- 1.

3). מהם המרכיבים הבסיסיים של המעגל הדיגיטלי?

המרכיבים הבסיסיים של המעגלים הדיגיטליים הם כפכפים, דיודות, טרנזיסטורים, שערים וכו '.

4). ממה מורכב מעגל?

מעגל אלקטרוני מורכב ממספר רכיבים פסיביים ופעילים, המחוברים באמצעות חוטי מוליך.

5). ציין כמה דוגמאות לרכיבים פעילים ופסיביים?

• דוגמאות לרכיבים פעילים הם דיודות, IC, צינורות ואקום של טריודה וכו '.
• דוגמאות לרכיבים פסיביים הם נגד, קבלים, משרן, שנאי וכו '.

6). מדוע אנו משתמשים נגד במעגלים?

אנו משתמשים נגד במעגל על ​​מנת לשלוט בזרימת הזרם.

מעגל אלקטרוני מורכב ממספר רכיבים פסיביים ופעילים, המחוברים באמצעות חוטי מוליך. הם שניים סוגי מעגלים הם מעגל אנלוגי ומעגל דיגיטלי. הקלט למעגל אנלוגי הוא אות משתנה רציף, המספק מידע על אות כמו זרם, מתח וכו '. אות הקלט של המעגל הדיגיטלי הוא בפורמט זמן תחום נפרד, המיוצג ב- '0' ו- '1'. הוא מספק חוזק אותות, יחס רעש, הנחתה וכו 'מאפיינים של אות דיגיטלי. היתרון העיקרי בשימוש במעגלים דיגיטליים הוא שהם קלים ליישום ולהבנה.