Čo je to digitálny obvod: dizajn a jeho aplikácie

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Digitálne obvody alebo digitálna elektronika je odvetvie elektroniky, ktoré sa zaoberá digitálnymi signálmi na vykonávanie rôznych úloh na splnenie rôznych požiadaviek. Vstupný signál privádzaný do týchto obvodov je digitálnej formy, ktorá je vyjadrená v binárnom jazykovom formáte 0 a 1. Tieto obvody sú navrhnuté pomocou logické brány ako brány AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR, ktoré vykonávajú logické operácie. Toto znázornenie pomáha obvodu prepnúť z jedného stavu do druhého na zabezpečenie presného výstupu. Systémy číslicových obvodov sú určené hlavne na prekonanie nevýhod analógových systémov, ktoré sú pomalšie a získané výstupné údaje môžu obsahovať chybu.

Čo je to digitálny obvod?

Definícia : Digitálny obvod je navrhnutý tak, že používa niekoľko logických brán na jednej integrovaný obvod - IC. Vstup do ľubovoľného digitálneho obvodu je v binárnej forme „0“ a „1“. Výstup získaný pri spracovaní nespracovaných digitálnych údajov má presnú hodnotu. Tieto obvody môžu byť reprezentované 2 spôsobmi buď kombinačným spôsobom alebo sekvenčným spôsobom.




Základy digitálnych obvodov

Návrh digitálnych obvodov bol prvýkrát zahájený návrhom relé, neskôr vákuové trubice, Logistika tranzistora-tranzistora TTL Logika spojená s vysielačom a Logika CMOS. Tieto dizajny používajú veľké množstvo logických brán ako AND, OR, NOT atď. Integrovaných do jedného integrovaného obvodu. Vstup a výstup digitálnych údajov sú reprezentované v tabuľka logickej pravdy a časový rozvrh.

Logická úroveň

Digitálne údaje sú reprezentované v logickom formáte, to znamená vo formáte „0“ a „1“. Ak logika 0 predstavuje nízky signál alebo „GND“ a logika 1 predstavuje signál vysoký alebo je pripojený k napájaniu „VCC“, ako je uvedené nižšie



Logická úroveň

Logická úroveň

Tabuľka logických pravd

Logická tabuľka pravdy je matematická reprezentácia výkonu digitálneho signálu pri prechode digitálnym obvodom. Tabuľka sa skladá z 3 stĺpcov, ktorými sú hodinový, vstupný a výstupný stĺpec. Napríklad logická tabuľka NOT gate je znázornená nasledovne

Signál hodín Vstupná logika Logika výstupu

Vysoký

01
Vysoký

1

0

Časový diagram

Chovanie digitálneho signálu je reprezentované vo formáte časovej domény, napríklad ak vezmeme do úvahy tabuľku pravdy NIE logickej brány, časový diagram je znázornený takto, keď sú hodiny vysoké, vstup je nízky a potom výstup stúpa. Podobne, keď je vstup vysoký, potom klesá.

Časový diagram

Časový diagram

Brány

Logická brána je elektronický komponent, ktorý sa implementuje pomocou boolovskej funkcie. Brány sa zvyčajne implementujú pomocou diód, tranzistorov a relé. Existujú rôzne typy logických brán, ktoré sú, AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Medzi ktorými AND, OR, NOT sú základné brány a NAND a NOR sú univerzálne brány. Uvažujme nižšie uvedenú reprezentáciu brány AND, ktorá má 2 vstupy a jeden výstup.


A brána

A brána

Signál hodín Vstupná logika 1 Vstupná logika 2 Logika výstupu
Vysoký000
Vysoký010
Vysoký100
Vysoký111

Tabuľka pravdy brány AND

Schéma časovania brány AND

Schéma časovania brány AND

Existuje mnoho spôsobov, ako postaviť digitálny obvod, ktorý buď používa logické brány, vytvorením kombinačnej logiky, sekvenčného logického obvodu alebo programovateľným logickým zariadením, ktoré používa vyhľadávacie tabuľky, alebo kombináciou mnohých IC atď. Spravidla sú navrhnuté pomocou kombinačného a sekvenčného formátu obvodu, ako je uvedené nižšie

Kombinovaný logický obvod

Je to kombinácia rôznych logických brán ako AND, OR, NOT. Návrh kombinačnej logiky je navrhnutý tak, aby výstup závisel od súčasného vstupu a logika bola nezávislá od času. Kombinované logické obvody sú klasifikované do 3 typov, sú

Kombinovaný logický obvod

Kombinovaný logický obvod

Sekvenčný obvod

Dizajn sekvenčný obvod sa líši od kombinačného obvodu. V postupnom obvode výstupná logika závisí od súčasných aj minulých vstupných hodnôt. Skladá sa tiež z pamäťového prvku, ktorý uchováva spracovanie a spracované údaje. Sekvenčné obvody sú rozdelené do dvoch typov,

  • Synchrónny obvod
  • Asynchrónny obvod

Niektoré z príkladov postupných obvodov sú žabky, hodiny , pulty , atď.

Schéma postupného zapojenia

Schéma postupného zapojenia

Dizajn digitálnych obvodov

Digitálne obvody môžu byť konštruované nasledujúcimi spôsobmi

  • Pomocou sekvenčnej reprezentácie systému a kombinovanej reprezentácie systému
  • Používanie matematických metód redukciou logických algoritmov redundancie ako K-mapa , Booleova algebra , Algoritmus QM, binárne rozhodovacie diagramy atď.
  • Používanie strojov na tok dát, ktoré pozostávajú z registrov a autobusy alebo drôt. Dáta sú medzi rôznymi komponentmi komunikované pomocou zberníc a registrov. Tieto stroje sú navrhnuté pomocou jazykov popisu hardvéru, napríklad VHDL alebo Verilog .
  • Počítač je univerzálny logický stroj na prenos registra navrhnutý pomocou a mikroprogram a mikrosekvenčný procesor.

Problémy s dizajnom digitálnych obvodov

Pretože digitálne obvody sú zostavené z analógových komponentov, ako sú rezistory, relé, tranzistory, diódy, klopné obvody atď. Je potrebné poznamenať, že tieto komponenty neovplyvňujú správanie signálu alebo údajov počas prevádzky digitálneho obvodu. Nasledujú problémy s dizajnom, ktoré sa zvyčajne pozorujú,

  • Môžu sa vyskytnúť problémy ako závady v dôsledku nevhodnej konštrukcie systému
  • Nesprávna synchronizácia iného hodinového signálu vedie k metastabilite v obvode
  • Digitálne obvody počítajú kvôli vysokej odolnosti proti šumu opakovane.

Príklady digitálnych obvodov

Nasledujú príklady digitálnych obvodov

  • Mobilné telefóny
  • Rádiá
  • Kalkulačky atď.

Výhody

Nasledujú výhody

  • Presnosť a programovateľnosť je vysoká
  • Ľahko sa ukladajú digitálne údaje
  • Imunita voči hluku
  • Mnoho digitálnych obvodov možno integrovať do jedného integrovaného obvodu
  • Vysoko flexibilný
  • Vysoká spoľahlivosť
  • Vysoká rýchlosť prenosu
  • Vysoko bezpečný.

Nevýhody

Nasledujú nevýhody

  • Fungujú iba na digitálnych signáloch
  • Spotrebuje viac energie ako analógové obvody
  • Odvod tepla je viac
  • Vysoká cena.

Aplikácie

Nasledujú aplikácie

Časté otázky

1). Na čo sa používajú digitálne obvody?

Digitálne obvody sa používajú na vykonávanie booleovských logických operácií.

2). Ako funguje digitálny obvod?

Digitálny obvod pracuje s diskrétnymi signálmi, ktoré sú reprezentované v binárnej forme nôt 0 a 1.

3). Čo sú základné súčasti digitálneho obvodu?

Základnými komponentmi digitálnych obvodov sú žabky, diódy, tranzistory, brány atď.

4). Z čoho je obvod vyrobený?

Elektronický obvod je tvorený množstvom pasívnych a aktívnych komponentov, ktoré sú spojené pomocou vodivých drôtov.

5). Vymenujte niekoľko príkladov aktívnych a pasívnych komponentov?

  • Príkladmi aktívnych zložiek sú diódy, IC, triodové elektrónky atď.
  • Príkladmi pasívnych súčiastok sú odpor, kondenzátor, tlmivka, transformátor atď.

6). Prečo používame rezistor v obvodoch?

V obvode používame rezistor na riadenie toku prúdu.

Elektronický obvod je tvorený množstvom pasívnych a aktívnych komponentov, ktoré sú spojené pomocou vodivých drôtov. Sú dvaja typy obvodov sú to analógový obvod a digitálny obvod. Vstupom do analógového obvodu je signál s nepretržitou premennou, ktorý poskytuje informácie o signáli, ako je prúd, napätie atď. Vstupný signál digitálneho obvodu je v samostatnom formáte časovej domény, ktorý je vyjadrený v „0“ a „1“. Poskytuje silu signálu, pomer šumu, útlm atď. Vlastností digitálneho signálu. Hlavnou výhodou použitia digitálnych obvodov je, že sa dajú ľahko implementovať a pochopiť.