Ce este circuitul digital: proiectarea și aplicațiile sale

Circuitele digitale sau electronica digitală este o ramură a electronicii care se ocupă de semnale digitale pentru a îndeplini diferite sarcini pentru a îndeplini diferite cerințe. Semnalul de intrare aplicat acestor circuite este de formă digitală, care este reprezentat în formatul de limbaj binar 0 și 1. Aceste circuite sunt proiectate prin utilizarea porți logice cum ar fi porțile AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR care efectuează operațiuni logice. Această reprezentare ajută circuitul să treacă de la o stare la alta pentru a oferi o ieșire precisă. Sistemele de circuite digitale sunt concepute în principal pentru a depăși dezavantajul sistemelor analogice care sunt mai lente, iar datele de ieșire obținute pot conține o eroare.

Ce este un circuit digital?

Definiție : Un circuit digital este proiectat utilizând un număr de porți logice pe un singur circuit integrat - IC. Intrarea în orice circuit digital este sub forma binară „0” și „1”. Rezultatul obținut la prelucrarea datelor digitale brute are o valoare precisă. Aceste circuite pot fi reprezentate în 2 moduri, fie într-un mod combinațional, fie într-un mod secvențial.

Noțiuni de bază ale circuitului digital

Proiectarea circuitelor digitale a fost lansată pentru prima dată cu un design de relee, tuburi de vid mai târziu, Logica tranzistor-tranzistor TTL , Logica cuplată a emițătorului și Logica CMOS. Aceste modele utilizează un număr mare de porți logice, cum ar fi AND, OR, NOT, etc., integrate pe un singur IC. Intrarea și ieșirea datelor digitale sunt reprezentate în tabel de adevăr logic și diagrama de sincronizare.

Nivel logic

Datele digitale sunt reprezentate într-un format logic, adică în formatul „0” și „1”. În cazul în care logica 0 reprezintă că semnalul este scăzut sau „GND” și logic1 reprezintă semnalul este ridicat sau conectat la sursa „VCC” așa cum se arată mai jos

Nivelul logicii

Tabelul adevărului logic

Un tabel de adevăr logic este o reprezentare matematică a performanței semnalului digital atunci când este trecut prin circuitul digital. Tabelul este format din 3 coloane, acestea fiind coloana ceasului, coloana de intrare și coloana de ieșire. De exemplu, tabela logică NOT gate este reprezentată după cum urmează

Diagrama de sincronizare

Comportamentul semnalului digital este reprezentat în formatul domeniului de timp, de exemplu, dacă luăm în considerare NU tabelul de adevăr al porții logice, diagrama de sincronizare este reprezentată după cum urmează atunci când ceasul este ridicat, intrarea este scăzută, apoi ieșirea crește. În mod similar, atunci când intrarea este mare, atunci ieșirea scade.

Diagrama de sincronizare

porti

O poartă logică este o componentă electronică care este implementată utilizând o funcție booleană. Porțile sunt de obicei implementate folosind diode, tranzistoare și relee. Există diferite tipuri de porți logice care sunt, ȘI, SAU, NU, NANAD, NOR, XOR. Printre care AND, OR, NOT sunt porțile de bază, iar NAND și NOR sunt poarta universală. Să luăm în considerare reprezentarea AND a porții ca mai jos, care are 2 intrări și o ieșire.

ȘI Poartă

Tabelul adevărului din poarta ȘI

Diagrama de sincronizare a AND Gate

Există mai multe moduri în construirea unui circuit digital care utilizează porți logice fie prin crearea unei logici combinaționale, a unui circuit logic secvențial, fie printr-un dispozitiv logic programabil care utilizează tabele de căutare, sau prin utilizarea unei combinații de mai multe circuite integrate, etc. sunt proiectate utilizând formatul de circuit combinațional și secvențial, așa cum se arată mai jos

Circuit logic combinațional

Este o combinație de diverse porți logice cum ar fi ȘI, SAU, NU. Proiectarea logicii combinaționale este realizată în așa fel încât ieșirea să depindă de intrarea prezentă și logica să fie independentă de timp. Circuite logice combinaționale sunt clasificate în 3 tipuri, sunt

Circuit logic combinațional

• Funcții aritmetice și logice: Addere, Subtractori , Comparatoare , PLD-uri
• Transmisii de date: Multiplexoare, demultiplexoare , Codificatoare, decodificatoare
• Convertoare de cod: Binar , BCD , 7 segmente.

Circuit secvențial

Proiectarea circuit secvențial este diferit de circuitul combinațional. Într-un circuit secvențial, logica de ieșire depinde atât de valorile de intrare prezente, cât și de cele trecute. De asemenea, constă dintr-un element de memorie care stochează procesarea și prelucrarea datelor. Circuitele secvențiale sunt clasificate în 2 tipuri,

• Circuit sincron
• Circuit asincron

Unele dintre exemplele de circuite secvențiale sunt flip flops, ceasuri , ghisee , etc.

Diagrama circuitului secvențial

Proiectare circuit digital

Circuitele digitale pot fi proiectate în următoarele moduri în care sunt

• Utilizarea reprezentării secvențiale a sistemului și a reprezentării sistemului combinațional
• Utilizarea metodelor matematice prin reducerea algoritmilor logici de redundanță cum ar fi Harta K , Algebra booleană , Algoritmul QM, diagramele de decizie binare etc.
• Utilizarea mașinilor de flux de date care constau din registre și autobuze sau sârmă. Datele sunt comunicate între diferite componente folosind autobuze și registre. Aceste mașini sunt proiectate folosind limbaje de descriere hardware cum ar fi VHDL sau Verilog .
• Un computer este o mașină logică de transfer de registre de uz general proiectată utilizând un microprogramă și procesor microsequencer.

Probleme de proiectare a circuitelor digitale

Deoarece circuitele digitale sunt acumulate cu componente analogice, cum ar fi rezistențe, relee, tranzistoare, diode, flip flops, etc. Este necesar să rețineți că aceste componente nu afectează comportamentul semnalului sau datelor în timpul funcționării circuitului digital. Următoarele sunt probleme de proiectare care se observă de obicei,

• Probleme precum erorile pot apărea din cauza designului inadecvat al sistemului
• Sincronizarea necorespunzătoare a unui semnal de ceas diferit duce la metastabilitate în circuit
• Circuitele digitale se calculează mai repetat datorită imunității ridicate la zgomot.

Exemple de circuite digitale

Următoarele sunt exemple de circuite digitale

• Telefoane mobile
• Radiouri
• Calculatoare etc.

Avantaje

Următoarele sunt avantajele

• Precizia și programabilitatea sunt ridicate
• Ușor de salvat date digitale
• Imun la zgomot
• Multe circuite digitale pot fi integrate pe un singur IC
• Foarte flexibil
• Fiabilitate ridicată
• O rată ridicată de transmisie
• Foarte sigur.

Dezavantaje

Următoarele sunt dezavantajele

• Acestea funcționează numai pe semnale digitale
• Consumă mai multă energie decât circuitele analogice
• Disiparea căldurii este mai multă
• Cost ridicat.

Aplicații

Următoarele sunt aplicațiile

• ADC - Convertor analogic digital
• DAC - Convertor digital-analogic
• Generator de semnal
• CRO
• LA card destept , etc.

Întrebări frecvente

1). La ce se folosesc circuitele digitale?

Circuitele digitale sunt utilizate pentru a efectua operații logice booleene.

2). Cum funcționează circuitul digital?

Circuitul digital funcționează cu semnale discrete, care sunt reprezentate sub forma binară de 0 și 1.

3). Care sunt componentele de bază ale circuitului digital?

Componentele de bază ale circuitelor digitale sunt flip flops, diode, tranzistoare, Gates etc.

4). Din ce este format un circuit?

Un circuit electronic este alcătuit dintr-un număr de componente pasive și active, care sunt conectate folosind fire conductoare.

5). Numiți câteva exemple de componente active și pasive?

• Exemple de componente active sunt diodele, CI, tuburile de vid triodice etc.
• Exemple de componente pasive sunt rezistența, condensatorul, inductorul, transformatorul etc.

6). De ce folosim un rezistor în circuite?

Folosim un rezistor în circuit pentru a controla debitul de curent.

Un circuit electronic este alcătuit dintr-un număr de componente pasive și active, care sunt conectate folosind fire conductoare. Sunt doi tipuri de circuite sunt circuit analogic și circuit digital. Intrarea într-un circuit analogic este un semnal continuu variabil, care furnizează informații despre semnal precum curent, tensiune etc. Semnalul de intrare a circuitului digital este într-un format discret de domeniu de timp, care este reprezentat în „0” și „1”. Oferă puterea semnalelor, raportul de zgomot, atenuare, etc. proprietățile unui semnal digital. Principalul avantaj al utilizării circuitelor digitale este că sunt ușor de implementat și de înțeles.