Kas yra skaitmeninė grandinė: dizainas ir jo pritaikymas

Skaitmeninės grandinės arba skaitmeninė elektronika yra elektronikos šaka, užsiimanti skaitmeniniais signalais, kad atliktų įvairias užduotis, kad atitiktų įvairius reikalavimus. Šioms grandinėms pritaikytas įvesties signalas yra skaitmeninės formos, kuris pateikiamas 0 ir 1 dvejetainės kalbos formatu. Šios grandinės yra sukurtos naudojant loginiai vartai kaip AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR vartai, atliekantys logines operacijas. Šis atvaizdavimas padeda grandinei pereiti iš vienos būsenos į kitą, kad būtų užtikrinta tiksli išvestis. Skaitmeninių grandinių sistemos daugiausia skirtos įveikti lėtesnių analoginių sistemų trūkumus, o gautuose išvesties duomenyse gali būti klaida.

Kas yra skaitmeninė grandinė?

Apibrėžimas : Skaitmeninė grandinė sukurta naudojant vienus loginius vartus integrinis grandynas - IC. Bet kurios skaitmeninės grandinės įvestis yra dvejetainė forma „0“ ir „1“. Apdorojant neapdorotus skaitmeninius duomenis gaunama produkcija yra tiksli. Šios grandinės gali būti vaizduojamos dviem būdais arba kombinuotu, arba nuosekliu būdu.

Skaitmeninių grandinių pagrindai

Pirmą kartą buvo sukurtas skaitmeninių grandinių projektavimas relės, vėliau vakuuminiai vamzdeliai, TTL tranzistoriaus-tranzistoriaus logika , Emiterio susieta logika ir CMOS logika. Šie dizainai naudoja daugybę loginių vartų, pvz., AND, OR, NOT ir tt, integruotų į vieną IC. Skaitmeninių duomenų įvestis ir išvestis vaizduojami logiškos tiesos lentelė ir laiko schema.

Loginis lygis

Skaitmeniniai duomenys pateikiami loginiu formatu, ty „0“ ir „1“ formatu. Kai logika 0 reiškia, kad signalas yra žemas arba „GND“, o logika1 reiškia, kad signalas yra aukštas, arba prijungtas prie „VCC“ maitinimo, kaip parodyta žemiau

Logikos lygis

Loginės tiesos lentelė

Loginės tiesos lentelė yra matematinis skaitmeninio signalo veikimo perteikimas per skaitmeninę grandinę. Lentelę sudaro 3 stulpeliai, tai yra laikrodžio, įvesties ir išvesties stulpeliai. Pvz., NOT gate logic lentelė pavaizduota taip

Laiko schema

Skaitmeninio signalo elgsena pateikiama laiko srities formatu, pavyzdžiui, jei laikysime NE logikos vartų tiesos lentelę, laiko schema pateikiama taip, kai laikrodis yra aukštas, įėjimas yra mažas, tada išėjimas eina aukštai. Panašiai, kai įvestis yra didelė, tada išėjimas yra mažas.

Laiko schema

Vartai

Loginiai vartai yra elektroninis komponentas, kuris įgyvendinamas naudojant Bulio funkciją. Vartai paprastai įgyvendinami naudojant diodus, tranzistorius ir reles. Yra įvairių loginių vartų, kurie yra, IR, ARBA NE, NANAD, NOR, XOR. Tarp kurių IR, ARBA, NE yra pagrindiniai vartai, o NAND ir NOR yra universalūs vartai. Panagrinėkime IR vartų vaizdavimą, kaip nurodyta toliau, kuriame yra 2 įėjimai ir vienas išėjimas.

IR Vartai

IR vartų tiesos lentelė

IR vartų laiko schema

Yra daugybė būdų sukonstruoti skaitmeninę grandinę, kuri naudoja loginius vartus, kurdama kombinacinę logiką, nuoseklią loginę grandinę arba programuojamą loginį įrenginį, kuris naudoja paieškos lenteles, arba naudojant daugelio IC derinį ir kt. Paprastai jie yra suprojektuoti naudojant kombinuotą ir nuoseklų grandinės formatą, kaip parodyta žemiau

Kombinacinė loginė grandinė

Tai yra įvairių loginių vartų, tokių kaip IR, ARBA, NE, derinys. Kombinacinės logikos dizainas sukurtas taip, kad išvestis priklauso nuo esamos įvesties, o logika yra nepriklausoma nuo laiko. Kombinacinės logikos grandinės yra skirstomi į 3 tipus, jie yra

Kombinacinė loginė grandinė

• Aritmetinės ir loginės funkcijos: Priedai, Atimėjai , Palygintojai , PLD
• Duomenų perdavimas: Multipleksoriai, Demultiplexeriai , Koduotojai, dekoderiai
• Kodo keitikliai: Dvejetainis , BCD , 7 segmentų.

Nuosekli grandinė

Projektas nuoseklioji grandinė skiriasi nuo kombinacinės grandinės. Nuoseklioje grandinėje išėjimo logika priklauso tiek nuo esamų, tiek nuo ankstesnių įvesties verčių. Jį taip pat sudaro atminties elementas, kuriame saugomi apdoroti ir apdoroti duomenys. Nuoseklios grandinės skirstomos į 2 tipus,

• Sinchroninė grandinė
• Asinchroninė grandinė

Kai kurie nuoseklių grandinių pavyzdžiai yra šlepetės, laikrodžiai , skaitikliai ir kt.

Nuoseklios grandinės schema

Skaitmeninių grandinių dizainas

Skaitmeninės grandinės gali būti suprojektuotos šiais būdais

• Naudojant nuoseklų sistemos vaizdavimą ir kombinuotą sistemos vaizdavimą
• Naudojant matematinius metodus sumažinant loginio pertekliaus algoritmus, pvz K žemėlapis , Būlio algebra , QM algoritmas, dvejetainės sprendimo diagramos ir kt.
• Naudojant duomenų srauto mašinas, sudarytas iš registrų ir autobusai arba viela. Duomenys perduodami tarp įvairių komponentų naudojant magistrales ir registrus. Šios mašinos yra sukurtos naudojant aparatūros aprašymo kalbas, tokias kaip VHDL arba „Verilog“ .
• Kompiuteris yra bendrosios paskirties registrų perdavimo logikos mašina, sukurta naudojant mikroprograma ir mikrosekvenerio procesorius.

Skaitmeninių grandinių projektavimo klausimai

Kadangi skaitmeninės grandinės yra sudarytos iš analoginių komponentų, tokių kaip rezistoriai, relės, tranzistoriai, diodai, šlepetės ir kt. Būtina pažymėti, kad šie komponentai neturi įtakos signalo ar duomenų veikimui veikiant skaitmeninei grandinei. Toliau pateikiami projektavimo klausimai, kurie paprastai pastebimi,

• Dėl netinkamo sistemos projektavimo gali kilti tokių problemų kaip trikdžiai
• Netinkamas skirtingo laikrodžio signalo sinchronizavimas lemia grandinės metastabilumą
• Dėl didelio triukšmo atsparumo skaitmeninės grandinės skaičiuoja pakartotinai.

Skaitmeninių grandinių pavyzdžiai

Toliau pateikiami skaitmeninių grandinių pavyzdžiai

• Mobilieji telefonai
• Radijo imtuvai
• Skaičiuoklės ir kt.

Privalumai

Šie privalumai

• Tikslumas ir programuojamumas yra didelis
• Lengva išsaugoti skaitmeninius duomenis
• Imunas nuo triukšmo
• Daugelį skaitmeninių grandinių galima integruoti į vieną IC
• Labai lankstus
• Didelis patikimumas
• Didelis perdavimo greitis
• Labai saugus.

Trūkumai

Toliau pateikiami trūkumai

• Jie veikia tik skaitmeniniais signalais
• Suvartoja daugiau energijos nei analoginės grandinės
• Šilumos išsklaidymas yra daugiau
• Aukšta kaina.

Programos

Toliau pateikiamos programos

• ADC - analoginis į skaitmeninį keitiklį
• DAC - skaitmeninis į analoginį keitiklį
• Signalų generatorius
• CRO
• Į išmanioji kortelė ir kt.

DUK

1). Kam naudojamos skaitmeninės grandinės?

Būlo loginėms operacijoms atlikti naudojamos skaitmeninės grandinės.

2). Kaip veikia skaitmeninė grandinė?

Skaitmeninė grandinė veikia su atskiraisiais signalais, kurie pavaizduoti dvejetainiu 0 ir 1 pavidalu.

3). Kokie yra pagrindiniai skaitmeninės grandinės komponentai?

Pagrindiniai skaitmeninių grandinių komponentai yra šlepetės, diodai, tranzistoriai, vartai ir kt.

4). Iš ko pagaminta grandinė?

Elektroninę grandinę sudaro daugybė pasyviųjų ir aktyviųjų komponentų, kurie yra sujungti naudojant laidus laidus.

5). Įvardykite keletą aktyvių ir pasyvių komponentų pavyzdžių?

• Aktyvių komponentų pavyzdžiai yra diodai, IC, triodiniai vakuuminiai vamzdeliai ir kt.
• Pasyviųjų komponentų pavyzdžiai yra rezistorius, kondensatorius, induktorius, transformatorius ir kt.

6). Kodėl grandinėse naudojame rezistorių?

Norėdami valdyti srovės srautą, grandinėje naudojame rezistorių.

Elektroninę grandinę sudaro daugybė pasyviųjų ir aktyviųjų komponentų, kurie yra sujungti naudojant laidus laidus. Jie yra du grandinių tipai jie yra analoginės grandinės ir skaitmeninės grandinės. Analoginės grandinės įvestis yra nuolatinis kintamasis signalas, teikiantis informaciją apie signalą, pvz., Srovę, įtampą ir kt. Skaitmeninės grandinės įvesties signalas yra atskiro laiko domeno formatas, kuris yra „0“ ir „1“. Tai suteikia signalo stiprumą, triukšmo santykį, slopinimą ir kt. Skaitmeninio signalo savybes. Pagrindinis skaitmeninių grandinių naudojimo pranašumas yra tas, kad jas lengva įgyvendinti ir suprasti.