Kaj je digitalno vezje: oblikovanje in njegove uporabe

Digitalna vezja ali digitalna elektronika je veja elektronike, ki se ukvarja z digitalnimi signali za izvajanje različnih nalog, ki ustrezajo različnim zahtevam. Vhodni signal, ki se uporablja za ta vezja, je digitalne oblike, ki je predstavljena v binarnem jeziku 0 in 1. Ta vezja so zasnovana z uporabo logična vrata kot so AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR vrata, ki izvajajo logične operacije. Ta predstavitev pomaga vezju, da preklopi iz enega stanja v drugo, da zagotovi natančen izhod. Sistemi digitalnih vezij so v glavnem zasnovani za premagovanje pomanjkljivosti analognih sistemov, ki so počasnejši in pridobljeni izhodni podatki lahko vsebujejo napako.

Kaj je digitalno vezje?

Definicija : Digitalno vezje je zasnovano z uporabo več logičnih vrat na samem integrirano vezje - IC. Vhod v katero koli digitalno vezje je v binarni obliki '0' in '1'. Rezultat, pridobljen pri obdelavi neobdelanih digitalnih podatkov, je natančne vrednosti. Ta vezja so lahko predstavljena na dva načina bodisi kombinirano bodisi zaporedno.

Osnove digitalnih vezij

Oblikovanje digitalnih vezij se je prvič začelo z zasnovo releji, kasneje vakuumske cevi, TTL tranzistor-tranzistorska logika , Logika, povezana z oddajnikom, in Logika CMOS. Ti modeli uporabljajo veliko število logičnih vrat, kot so AND, OR, NOT itd., Integriranih na enem IC. Vhod in izhod digitalnih podatkov sta predstavljena v tabela logične resnice in časovni diagram.

Logična raven

Digitalni podatki so predstavljeni v logični obliki, to je v obliki '0' in '1'. Kjer logika 0 pomeni, da je signal nizek ali „GND“, logika 1 pa pomeni, da je signal visok ali povezan z napajanjem „VCC“, kot je prikazano spodaj

Logična raven

Tabela logične resnice

Tabela logične resnice je matematični prikaz učinkovitosti digitalnega signala, ki se prenaša skozi digitalno vezje. Tabela je sestavljena iz 3 stolpcev, to so stolpec ure, vhodni stolpec in izhodni stolpec. Na primer, logična tabela NOT gate je predstavljena na naslednji način

Časovni diagram

Obnašanje digitalnega signala je predstavljeno v obliki časovne domene, na primer, če upoštevamo tabelo resnic NE logičnih vrat, je časovni diagram prikazan na naslednji način, ko je ura visoka, vhod je nizek in izhod visok. Podobno, ko je vhod visok, se izhod zniža.

Časovni diagram

Vrata

Logična vrata so elektronska komponenta, ki se izvaja z uporabo logične funkcije. Vrata se običajno izvajajo z diodami, tranzistorji in releji. Obstajajo različne vrste logičnih vrat, IN, ALI, NE, NANAD, NOR, XOR. Med njimi so AND, OR, NOT osnovna vrata, NAND in NOR pa univerzalna vrata. Upoštevajmo predstavitev AND vrat kot spodaj, ki ima 2 vhoda in en izhod.

IN Vrata

Tabela resnic IN vrat

Časovni diagram vrat IN

Obstaja veliko načinov za izdelavo digitalnega vezja, ki uporablja logične vhode z ustvarjanjem kombinacijske logike, sekvenčnega logičnega vezja ali s programljivo logično napravo, ki uporablja iskalne tabele, ali s kombinacijo številnih IC itd. so zasnovani z uporabo kombinacijskega in zaporednega formata vezja, kot je prikazano spodaj

Kombinacijsko logično vezje

Gre za kombinacijo različnih logičnih vrat, kot sta AND, OR, NOT. Zasnova kombinirane logike je narejena tako, da je izhod odvisen od sedanjega vhoda, logika pa je neodvisna od časa. Kombinacijska logična vezja so razvrščeni v 3 vrste, so

Kombinacijsko logično vezje

• Aritmetične in logične funkcije: Seštevalniki, Odštevalci , Primerjalniki , PLD-jev
• Prenosi podatkov: Multiplexers, Demultiplexers , Dajalniki, Dekoderji
• Pretvorniki kod: Binarno , BCD , 7-segmentni.

Zaporedni krog

Zasnova zaporedno vezje se razlikuje od kombinacijskega vezja. V zaporednem vezju je izhodna logika odvisna od sedanjih in preteklih vhodnih vrednosti. Sestavljen je tudi iz pomnilniškega elementa, ki shranjuje obdelavo in obdelane podatke. Zaporedna vezja so razvrščena v dve vrsti,

• Sinhrono vezje
• Asinhroni krog

Nekateri primeri zaporednih vezij so japonke, ure , števci itd.

Diagram zaporednih vezij

Oblikovanje digitalnih vezij

Digitalna vezja je mogoče načrtovati na naslednje načine

• Uporaba zaporedne predstavitve sistema in kombinacijske predstavitve sistema
• Uporaba matematičnih metod z zmanjšanjem algoritmov logične redundance, kot so K-zemljevid , Logična algebra , QM algoritem, binarni diagrami odločanja itd.
• Uporaba naprav za pretok podatkov, ki so sestavljene iz registrov in avtobusi ali žico. Podatki se med različnimi komponentami posredujejo z vodili in registri. Ti stroji so zasnovani v jezikih za opis strojne opreme, kot so VHDL ali Verilog .
• Računalnik je splošna logična naprava za prenos registra, zasnovana z uporabo mikroprogram in mikrosekvenčni procesor.

Vprašanja pri oblikovanju digitalnih vezij

Ker so digitalna vezja zgrajena z analognimi komponentami, kot so upori, releji, tranzistorji, diode, natikači itd. Treba je opozoriti, da te komponente ne vplivajo na obnašanje signala ali podatkov med delovanjem digitalnega vezja. Sledijo vprašanja oblikovanja, ki jih običajno opazimo,

• Težave, kot so napake, se lahko pojavijo zaradi neustrezne zasnove sistema
• Nepravilna sinhronizacija drugačnega takta vodi do metastabilnosti v vezju
• Digitalna vezja večkrat izračunajo zaradi visoke odpornosti proti hrupu.

Primeri digitalnih vezij

Sledijo primeri digitalnih vezij

• Mobilni telefoni
• Radijski sprejemniki
• Kalkulatorji itd.

Prednosti

Sledijo prednosti

• Natančnost in programabilnost sta visoki
• Enostavno shranjevanje digitalnih podatkov
• Imuna na hrup
• Številna digitalna vezja je mogoče integrirati v en sam IC
• Zelo prilagodljiv
• Visoka zanesljivost
• Visoka hitrost prenosa
• Zelo varno.

Slabosti

Sledijo slabosti

• Delujejo samo na digitalnih signalih
• Porabi več energije kot analogna vezja
• Odvajanje toplote je več
• Visoki stroški.

Aplikacije

Sledijo aplikacije

• ADC - analogno-digitalni pretvornik
• DAC - digitalno-analogni pretvornik
• Generator signala
• HRV
• TO pametna kartica itd.

Pogosta vprašanja

1). Za kaj se uporabljajo digitalna vezja?

Digitalna vezja se uporabljajo za izvajanje logičnih logičnih operacij.

2). Kako deluje digitalno vezje?

Digitalno vezje deluje z diskretnimi signali, ki so predstavljeni v binarni obliki 0 in 1.

3). Katere so osnovne komponente digitalnega vezja?

Osnovni sestavni deli digitalnih vezij so natikači, diode, tranzistorji, vrata itd.

4). Iz česa je narejeno vezje?

Elektronsko vezje je sestavljeno iz številnih pasivnih in aktivnih komponent, ki so povezane s prevodnimi žicami.

5). Navedite nekaj primerov aktivnih in pasivnih komponent?

• Primeri aktivnih komponent so diode, IC, triodne vakuumske cevi itd.
• Primeri pasivnih komponent so upor, kondenzator, induktor, transformator itd.

6). Zakaj v vezjih uporabljamo upor?

V vezju uporabljamo upor za nadzor trenutnega toka.

Elektronsko vezje je sestavljeno iz številnih pasivnih in aktivnih komponent, ki so povezane s prevodnimi žicami. Dva sta vrste vezij gre za analogno vezje in digitalno vezje. Vhod v analogno vezje je neprekinjen spremenljiv signal, ki daje signalne informacije, kot so tok, napetost itd. Vhodni signal digitalnega vezja je v obliki diskretne časovne domene, ki je predstavljena v '0' in '1'. Zagotavlja moč signala, razmerje hrupa, dušenje itd. Lastnosti digitalnega signala. Glavna prednost uporabe digitalnih vezij je, da jih je enostavno uporabiti in razumeti.