Co je to digitální obvod: design a jeho aplikace

Digitální obvody nebo digitální elektronika je odvětví elektroniky, které se zabývá digitálními signály k provádění různých úkolů za účelem splnění různých požadavků. Vstupní signál aplikovaný na tyto obvody má digitální formu, která je reprezentována ve formátu binárního jazyka 0 a 1. Tyto obvody jsou navrženy pomocí logické brány jako brány AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR, které provádějí logické operace. Toto znázornění pomáhá obvodu přepnout z jednoho stavu do druhého pro zajištění přesného výstupu. Systémy číslicových obvodů jsou navrženy hlavně k překonání nevýhod analogových systémů, které jsou pomalejší a získaná výstupní data mohou obsahovat chybu.

Co je to digitální obvod?

Definice : Digitální obvod je navržen pomocí několika logických bran na jedné integrovaný obvod - IC. Vstup do libovolného digitálního obvodu je v binární formě „0“ a „1“. Výstup získaný při zpracování nezpracovaných digitálních dat má přesnou hodnotu. Tyto obvody mohou být reprezentovány 2 způsoby buď kombinačním způsobem nebo sekvenčním způsobem.

Základy digitálních obvodů

Návrh digitálních obvodů byl poprvé zahájen návrhem relé, později vakuové trubice, Logika tranzistoru-tranzistoru TTL , Logika spojená s emitorem a Logika CMOS. Tyto designy používají velké množství logických bran jako AND, OR, NOT atd. Integrovaných do jednoho IC. Vstup a výstup digitálních dat jsou reprezentovány v tabulka logické pravdy a časový diagram.

Logická úroveň

Digitální data jsou reprezentována v logickém formátu, tj. Ve formátu „0“ a „1“. Kde logika 0 znamená, že signál je nízký nebo „GND“ a logika 1 znamená, že signál je vysoký nebo je připojen k napájení „VCC“, jak je uvedeno níže

Logická úroveň

Tabulka logické pravdy

Logická tabulka pravdy je matematická reprezentace výkonu digitálního signálu při průchodu digitálním obvodem. Tabulka se skládá ze 3 sloupců, kterými jsou sloupec hodin, vstupní sloupec a výstupní sloupec. Například logická tabulka NOT gate je znázorněna následovně

Časový diagram

Chování digitálního signálu je reprezentováno ve formátu časové domény, například pokud vezmeme v úvahu tabulku pravdy NOT logická brána, časový diagram je znázorněn takto, když jsou hodiny vysoké, vstup je nízký, pak výstup jde vysoko. Podobně, když je vstup vysoký, pak výstup klesá.

Časový diagram

Brány

Logická brána je elektronická součást, která je implementována pomocí booleovské funkce. Brány jsou obvykle implementovány pomocí diod, tranzistorů a relé. Existují různé typy logických bran, které jsou AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Mezi nimiž jsou AND, OR, NOT základní brány a NAND a NOR jsou univerzální brány. Uvažujme níže znázornění brány AND, které má 2 vstupy a jeden výstup.

A brána

Pravdivá tabulka brány AND

Schéma časování brány AND

Existuje mnoho způsobů, jak vytvořit digitální obvod, který buď používá logické brány vytvořením kombinační logiky, sekvenčního logického obvodu, nebo programovatelným logickým zařízením, které používá vyhledávací tabulky, nebo kombinací mnoha IC atd. Obvykle jsou navrženy pomocí kombinačního a sekvenčního formátu obvodu, jak je uvedeno níže

Kombinovaný logický obvod

Jedná se o kombinaci různých logických bran jako AND, OR, NOT. Návrh kombinační logiky je vytvořen tak, že výstup závisí na aktuálním vstupu a logika je nezávislá na čase. Kombinované logické obvody jsou rozděleny do 3 typů, jsou

Kombinovaný logický obvod

• Aritmetické a logické funkce: Přidavače, Odčítače , Komparátory , PLD
• Datové přenosy: Multiplexery, demultiplexory , Kodéry, dekodéry
• Převaděče kódu: Binární , BCD , 7 segmentů.

Sekvenční obvod

Konstrukce sekvenční obvod se liší od kombinačního obvodu. V sekvenčním obvodu závisí výstupní logika na současných i minulých vstupních hodnotách. Skládá se také z paměťového prvku, který ukládá zpracování a zpracovaná data. Sekvenční obvody jsou klasifikovány do 2 typů, které jsou,

• Synchronní obvod
• Asynchronní obvod

Některé z příkladů sekvenčních obvodů jsou klopné obvody, hodiny , pulty , atd.

Sekvenční obvodové schéma

Návrh digitálního obvodu

Digitální obvody lze navrhovat následujícími způsoby

• Použití sekvenční reprezentace systému a kombinační reprezentace systému
• Použití matematických metod snížením logických algoritmů redundance, jako je K-mapa , Booleova algebra , QM algoritmus, binární rozhodovací diagramy atd.
• Používání strojů pro tok dat, které se skládají z registrů a autobusy nebo drát. Data se mezi různými komponenty komunikují pomocí sběrnic a registrů. Tyto stroje jsou navrženy pomocí jazyků popisu hardwaru, jako je VHDL nebo Verilog .
• Počítač je univerzální logický stroj pro přenos registrů navržený pomocí a mikroprogram a mikrosekvenční procesor.

Problémy s designem digitálních obvodů

Protože číslicové obvody jsou vytvářeny s analogovými součástmi, jako jsou rezistory, relé, tranzistory, diody, klopné obvody atd., Je nutné si uvědomit, že tyto součásti neovlivňují chování signálu nebo dat během provozu digitálního obvodu. Následují problémy s designem, které jsou obvykle pozorovány,

• Mohou nastat problémy, jako jsou závady, kvůli nevhodnému designu systému
• Nesprávná synchronizace jiného hodinového signálu vede k metastabilitě v obvodu
• Digitální obvody počítají častěji kvůli vysoké odolnosti proti rušení.

Příklady digitálních obvodů

Následuje příklad digitálních obvodů

• Mobilní telefony
• Rádia
• Kalkulačky atd.

Výhody

Výhody jsou následující

• Přesnost a programovatelnost je vysoká
• Snadné ukládání digitálních dat
• Imunní vůči hluku
• Na jeden IC lze integrovat mnoho digitálních obvodů
• Vysoce flexibilní
• Vysoká spolehlivost
• Vysoká rychlost přenosu
• Vysoce bezpečné.

Nevýhody

Následují nevýhody

• Fungují pouze na digitální signály
• Spotřebovává více energie než analogové obvody
• Odvod tepla je více
• Vysoká cena.

Aplikace

Následují aplikace

• ADC - analogově-digitální převodník
• DAC - digitální na analogový převodník
• Generátor signálu
• CRO
• NA chytrá karta , atd.

Časté dotazy

1). K čemu se používají digitální obvody?

Digitální obvody se používají k provádění logických logických operací.

2). Jak funguje digitální obvod?

Digitální obvod pracuje s diskrétními signály, které jsou reprezentovány v binární formě 0 a 1.

3). Jaké jsou základní součásti digitálního obvodu?

Základní součásti digitálních obvodů jsou klopné obvody, diody, tranzistory, brány atd.

4). Z čeho je obvod vyroben?

Elektronický obvod je tvořen řadou pasivních a aktivních součástí, které jsou spojeny pomocí vodivých vodičů.

5). Pojmenujte několik příkladů aktivních a pasivních součástí?

• Příkladem aktivních komponent jsou diody, IC, triodové elektronky atd.
• Příklady pasivních součástí jsou rezistor, kondenzátor, induktor, transformátor atd.

6). Proč používáme odpor v obvodech?

Pro řízení toku proudu používáme v obvodu rezistor.

Elektronický obvod je tvořen řadou pasivních a aktivních součástí, které jsou spojeny pomocí vodivých vodičů. Jsou dva typy obvodů jsou to analogové obvody a digitální obvody. Vstupem do analogového obvodu je spojitý proměnný signál, který poskytuje informace o signálu, jako je proud, napětí atd. Vstupní signál digitálního obvodu je v diskrétním formátu časové domény, který je reprezentován čísly „0“ a „1“. Poskytuje sílu signálu, poměr šumu, útlum atd. Vlastnosti digitálního signálu. Hlavní výhodou používání digitálních obvodů je, že jsou snadno implementovatelné a srozumitelné.