Kas ir digitālā shēma: dizains un tā pielietojums

Digitālās shēmas vai digitālā elektronika ir elektronikas nozare, kas nodarbojas ar digitālajiem signāliem, lai veiktu dažādus uzdevumus, lai izpildītu dažādas prasības. Ievades signāls, kas tiek lietots šīm ķēdēm, ir digitālā formā, kas tiek attēlots 0 un 1 binārā valodas formātā. Šīs shēmas ir izstrādātas, izmantojot loģiski vārti piemēram, AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR vārti, kas veic loģiskas darbības. Šis attēlojums palīdz ķēdei pārslēgties no viena stāvokļa uz otru, lai nodrošinātu precīzu izvadi. Digitālo shēmu sistēmas galvenokārt ir paredzētas, lai novērstu analogo sistēmu trūkumus, kas ir lēnāki, un iegūtajos izejas datos var būt kļūda.

Kas ir digitālā shēma?

Definīcija : Digitālā shēma ir veidota, izmantojot vairākus loģiskos vārtus vienā integrētā shēma - IC. Jebkuras digitālās shēmas ievads ir binārā formā “0” un “1”. Izejai, kas iegūta, apstrādājot neapstrādātus digitālos datus, ir precīza vērtība. Šīs shēmas var attēlot divējādi vai nu kombinācijā, vai secīgi.

Digitālo shēmu pamati

Digitālo shēmu dizains pirmo reizi tika uzsākts ar releji, vēlāk vakuuma caurules, TTL tranzistora-tranzistora loģika , Emitera saistītā loģika un CMOS loģika. Šajos dizainos tiek izmantots liels skaits loģisko vārtu, piemēram, AND, OR, NOT utt., Kas integrēti vienā IC. Digitālo datu ievade un izvade ir attēlota loģiskās patiesības tabula un laika shēma.

Loģiskais līmenis

Digitālie dati tiek attēloti loģiskā formātā, ti, “0” un “1” formātā. Ja loģika 0 norāda, ka signāls ir zems vai “GND”, un loģika1 apzīmē, ka signāls ir augsts vai savienots ar “VCC” padevi, kā parādīts zemāk

Loģikas līmenis

Loģiskās patiesības tabula

Loģiskā patiesības tabula ir matemātiska digitālā signāla veiktspējas attēlojums, kad tas tiek izlaists caur digitālo shēmu. Tabula sastāv no 3 kolonnām, tās ir pulksteņa kolonna, ievades kolonna un izvades kolonna. Piemēram, NOT vārtu loģikas tabula tiek attēlota šādi

Laika diagramma

Digitālā signāla izturība tiek attēlota laika domēna formātā, piemēram, ja mēs uzskatām, ka loģisko vārtu patiesības tabula NAV, laika diagramma tiek attēlota šādi, kad pulkstenis ir augsts, ievade ir zema, tad izeja ir augsta. Līdzīgi, ja ieeja ir augsta, tad izeja samazinās.

Laika diagramma

Vārti

Loģikas vārti ir elektronisks komponents, kas tiek ieviests, izmantojot Būla funkciju. Vārti parasti tiek realizēti, izmantojot diodes, tranzistorus un relejus. Ir dažādi loģisko vārtu veidi, AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Starp kuriem VAI VAI NAV pamata vārti un NAND un NOR ir universālie vārti. Apsvērsim UN vārtu attēlojumu kā zemāk, kam ir 2 ieejas un viena izeja.

UN vārti

UN vārtu patiesības tabula

UN vārtu laika diagramma

Ir daudz veidu, kā izveidot ciparu ķēdi, kas vai nu izmanto loģiskos vārtus, izveidojot kombinācijas loģiku, secīgu loģisko ķēdi vai programmējamu loģisko ierīci, kas izmanto uzmeklēšanas tabulas, vai izmantojot daudzu IC kombināciju utt. Parasti tie ir ir veidoti, izmantojot kombinēto un secīgo shēmu formātu, kā parādīts zemāk

Kombinācijas loģiskā shēma

Tā ir dažādu loģisko vārtu kombinācija, piemēram, AND, OR, NOT. Kombinācijas loģikas dizains tiek veidots tā, ka izeja ir atkarīga no pašreizējās ievades un loģika nav atkarīga no laika. Kombinācijas loģikas shēmas tiek klasificēti 3 veidos, tie ir

Kombinācijas loģiskā shēma

• Aritmētiskās un loģiskās funkcijas: Pievienotāji, Atņemēji , Salīdzinātāji , PLD
• Datu pārsūtīšana: Multipleksori, Demultiplekseri , Kodētāji, dekodētāji
• Kodu pārveidotāji: Binārs , BCD , 7 segmenti.

Secīga shēma

Dizains secīga ķēde atšķiras no kombinētās shēmas. Secīgā ķēdē izejas loģika ir atkarīga gan no pašreizējām, gan iepriekšējām ievades vērtībām. Tas sastāv arī no atmiņas elementa, kurā tiek glabāti apstrādātie un apstrādātie dati. Secīgās ķēdes tiek klasificētas 2 tipos,

• Sinhronā shēma
• Asinhronā shēma

Daži secīgu shēmu piemēri ir flip flops, pulksteņi , letes utt.

Secīgas shēmas diagramma

Digitālo shēmu dizains

Digitālās shēmas var veidot šādi

• Izmantojot secīgu sistēmas attēlojumu un kombinētas sistēmas attēlojumu
• Matemātisko metožu izmantošana, samazinot loģiskās atlaišanas algoritmus, piemēram, K-karte , Būla algebra , QM algoritms, binārās lēmumu diagrammas utt.
• Datu plūsmas mašīnu izmantošana, kas sastāv no reģistriem un autobusi vai vads. Dati tiek paziņoti starp dažādiem komponentiem, izmantojot kopnes un reģistrus. Šīs mašīnas ir izstrādātas, izmantojot aparatūras apraksta valodas, piemēram, VHDL vai Verilog .
• Dators ir vispārējas nozīmes reģistra pārsūtīšanas loģikas mašīna, kas izstrādāta, izmantojot a mikroprogramma un mikrosekvenču procesors.

Digitālo shēmu projektēšanas jautājumi

Tā kā digitālās shēmas tiek veidotas ar analogiem komponentiem, piemēram, rezistoriem, relejiem, tranzistoriem, diodēm, flip flopiem utt. Jāatzīmē, ka šie komponenti neietekmē signāla vai datu darbību digitālās ķēdes darbības laikā. Šie ir dizaina jautājumi, kas parasti tiek novēroti,

• Nepareizas sistēmas konstrukcijas dēļ var rasties tādas problēmas kā kļūmes
• Nepareiza cita pulksteņa signāla sinhronizācija noved pie metastabilitātes ķēdē
• Digitālās shēmas tiek aprēķinātas vairākkārt, pateicoties lielai trokšņu imunitātei.

Digitālo shēmu piemēri

Šie ir digitālo shēmu piemēri

• Mobilie tālruņi
• Radioaparāti
• Kalkulatori utt.

Priekšrocības

Šīs ir priekšrocības

• Precizitāte un programmējamība ir augsta
• Viegli saglabāt digitālos datus
• Imūna pret troksni
• Daudzas digitālās shēmas var integrēt vienā mikroshēmā
• Ļoti elastīgs
• Augsta uzticamība
• Augsts pārraides ātrums
• Ļoti droša.

Trūkumi

Tālāk minēti trūkumi

• Tie darbojas tikai ar ciparu signāliem
• Patērē vairāk enerģijas nekā analogās shēmas
• Siltuma izkliede ir vairāk
• Augstas izmaksas.

Pieteikumi

Šīs ir lietojumprogrammas

• ADC - analogais uz ciparu pārveidotājs
• DAC - digitālais uz analogo pārveidotāju
• Signālu ģenerators
• CRO
• TO viedkarte utt.

Bieži uzdotie jautājumi

1). Kam tiek izmantotas digitālās shēmas?

Digitālās shēmas tiek izmantotas Būla loģisko darbību veikšanai.

2). Kā darbojas digitālā shēma?

Digitālā shēma darbojas ar diskrētiem signāliem, kas tiek attēloti 0 un 1 binārā formā.

3). Kādas ir digitālās shēmas pamatkomponenti?

Digitālo shēmu pamatkomponenti ir flip flops, diodes, tranzistori, Gates utt.

4). No kā sastāv ķēde?

Elektronisko shēmu veido vairāki pasīvi un aktīvi komponenti, kas ir savienoti, izmantojot vadošus vadus.

5). Nosauciet dažus aktīvo un pasīvo komponentu piemērus?

• Aktīvo komponentu piemēri ir diodes, IC, trioda vakuuma caurules utt.
• Pasīvo komponentu piemēri ir rezistors, kondensators, induktors, transformators utt.

6). Kāpēc mēs izmantojam rezistoru ķēdēs?

Lai kontrolētu strāvas plūsmu, ķēdē mēs izmantojam rezistoru.

Elektronisko shēmu veido vairāki pasīvi un aktīvi komponenti, kas ir savienoti, izmantojot vadošus vadus. Viņi ir divi ķēžu veidi tie ir analogā shēma un digitālā shēma. Analogās ķēdes ieeja ir nepārtraukts mainīgs signāls, kas nodrošina signāla informāciju, piemēram, strāvu, spriegumu utt. Digitālās ķēdes ieejas signāls ir diskrētā laika domēna formātā, kas attēlots ar “0” un “1”. Tas nodrošina digitālā signāla signāla stiprumu, trokšņa attiecību, vājinājumu utt. Galvenā digitālo shēmu izmantošanas priekšrocība ir tā, ka tās ir viegli īstenojamas un saprotamas.