Mis on digitaalne vooluring: disain ja selle rakendused

Digitaalahelad või digitaalne elektroonika on elektroonika haru, mis tegeleb digitaalsignaalidega, et täita erinevaid ülesandeid erinevate nõuete täitmiseks. Nendele vooluringidele rakendatav sisendsignaal on digitaalsel kujul, mis on kujutatud 0 ja 1 binaarkeele vormingus. Need vooluringid on loodud kasutades loogilised väravad nagu AND, OR OR NOT, NANAD, NOR, XOR väravad, mis täidavad loogilisi toiminguid. See esitus aitab vooluringil täpse väljundi saamiseks ühest olekust teise üle minna. Digitaalahelasüsteemid on mõeldud peamiselt aeglasemate analoogsüsteemide puuduste ületamiseks ja saadud väljundandmed võivad sisaldada viga.

Mis on digitaalne vooluring?

Definitsioon : Digitaalne vooluahel on konstrueeritud, kasutades ühes reas mitmeid loogikaväravaid integraallülitus - IC. Mis tahes digitaalse vooluahela sisend on kahendvormis '0' ja '1'. Toorsete digitaalsete andmete töötlemisel saadud väljund on täpse väärtusega. Neid ahelaid saab kujutada kahel viisil kas kombineeritult või järjestikku.

Digitaalringluse põhitõed

Digitaalse vooluahela projekteerimist alustati esmakordselt disainiga releed, hiljem vaakumtorud, TTL-transistori-transistori loogika , Emitteriga seotud loogika ja CMOS-i loogika. Need kujundused kasutavad ühte IC-sse integreerituna palju loogilisi väravaid nagu AND, OR, NOT jne. Digitaalsete andmete sisend ja väljund on esitatud loogiline tõetabel ja ajadiagramm.

Loogiline tase

Digitaalsed andmed on kujutatud loogilises vormingus, see on vormingus „0” ja „1”. Kui loogika 0 tähistab, et signaal on madal või GND ja loogika 1 tähistab, et signaal on kõrge või ühendatud VCC toiteallikaga, nagu allpool näidatud

Loogika tase

Loogilise tõe tabel

Loogilise tõe tabel on digitaalse signaali jõudluse matemaatiline esitus digitaalsest vooluringist läbimisel. Tabel koosneb 3 veerust, need on kellaveerg, sisendveerg ja väljundveerg. Näiteks EI ole värava loogikalaud esitatud järgmiselt

Ajastusdiagramm

Digitaalsignaali käitumine on kujutatud ajadomeeni vormingus, näiteks kui arvestada EI loogikavärava tõetabelit, on ajagraafik kujutatud järgmiselt, kui kell on kõrge, sisend madal, siis väljund läheb kõrgeks. Samamoodi, kui sisend on kõrge, läheb väljund madalaks.

Ajastusdiagramm

Väravad

Loogikavärav on elektrooniline komponent, mis on rakendatud Boole'i ​​funktsiooni abil. Väravad viiakse tavaliselt läbi dioodide, transistoride ja releede abil. Neid on erinevaid loogilisi väravaid, JA, VÕI EI, NANAD, NOR, XOR. Nende hulgas on AND, OR OR NOT põhiväravad ning NAND ja NOR on universaalsed väravad. Vaatleme JA värava esitust nagu allpool, millel on 2 sisendit ja üks väljund.

JA värav

JA värava tõetabel

JA värava ajastusskeem

Digitaalse vooluringi loomiseks, mis kasutab loogilisi väravaid, on kombineeritud loogika, järjestikuse loogika vooluringi või programmeeritava loogikaseadme abil, mis kasutab otsingu tabeleid, või paljude IC-de kombinatsiooni abil jne. on kavandatud kombineeritud ja järjestikuste vooluringide vormingus, nagu allpool näidatud

Kombinatsiooniline loogikalülitus

See on kombinatsioon erinevatest loogikaväravatest nagu JA, VÕI EI. Kombinatsiooniloogika kujundus on tehtud nii, et väljund sõltub praegusest sisendist ja loogika on ajast sõltumatu. Kombinatsioonilised loogikalülitused klassifitseeritakse 3 tüüpi, nad on

Kombinatsiooniline loogikalülitus

• Aritmeetilised ja loogilised funktsioonid: Lisajad, Lahutajad , Võrdlejad , PLD-d
• Andmeedastus: Multiplekserid, Demultiplekserid , Kodeerijad, dekoodrid
• Koodimuundurid: Binaarne , BCD , 7-segmendiline.

Järjestikune vooluring

Kujundus järjestikune vooluring erineb kombineeritud vooluringist. Järjestikuses vooluringis sõltub väljundi loogika nii praegustest kui ka varasematest sisendväärtustest. See koosneb ka mäluelemendist, mis salvestab töödeldud ja töödeldud andmed. Järjestikused ahelad liigitatakse kahte tüüpi,

• Sünkroonne vooluring
• Asünkroonne ahel

Mõned järjestikuste vooluringide näited on plätud, kellad , letid , jne.

Järjestikune vooluringi skeem

Digitaalse vooluahela kujundus

Digitaalseid vooluahelaid saab kujundada järgmiselt

• Järjestikuse süsteemi ja kombineeritud süsteemi esituse kasutamine
• Matemaatiliste meetodite kasutamine loogiliste koondamisalgoritmide, nagu näiteks, vähendamise abil K-kaart , Boole'i ​​algebra , QM algoritm, kahendotsuste skeemid jne.
• Andmevoogude masinate kasutamine, mis koosnevad registritest ja bussid või traat. Andmeid edastatakse erinevate komponentide vahel siinide ja registrite abil. Need masinad on loodud riistvara kirjelduskeelte abil VHDL või Verilog .
• Arvuti on üldotstarbeline registri ülekandeloogika masin, mis on loodud a mikroprogramm ja mikrosekvenseri protsessor.

Digitaalahelate kujundamise probleemid

Kuna digitaalahelad on üles ehitatud analoogkomponentidega nagu takistid, releed, transistorid, dioodid, klapid jne. Tuleb märkida, et need komponendid ei mõjuta signaali ega andmete käitumist digitaalse vooluahela töö ajal. Järgmised on disainiprobleemid, mida tavaliselt täheldatakse,

• Süsteemi sobimatu kujunduse tõttu võivad ilmneda probleemid, näiteks tõrked
• Eri kellasignaali ebakorrektne sünkroniseerimine viib skeemis metastabiilsuseni
• Digitaalahelad arvutatakse suurema müratakistuse tõttu korduvalt.

Digitaalahelate näited

Järgnevad näited digitaalsetest vooluringidest

• Mobiiltelefonid
• Raadiod
• Kalkulaatorid jne.

Eelised

Järgmised eelised

• Täpsus ja programmeeritavus on kõrged
• Digitaalandmeid on lihtne salvestada
• Immuun müra vastu
• Paljusid digitaalahelaid saab integreerida ühele mikrolülitile
• Väga paindlik
• Kõrge töökindlus
• Kõrge edastuskiirus
• Väga turvaline.

Puudused

Järgnevad puudused

• Need töötavad ainult digitaalsignaalide abil
• Tarbib rohkem energiat kui analoogahelad
• Soojuse hajutamine on rohkem
• Kõrge hind.

Rakendused

Järgmised on rakendused

• ADC - analoog-digitaalmuundur
• DAC - digitaalsest analoogmuunduriks
• Signaaligeneraator
• CRO
• TO kiipkaart , jne.

KKK

1). Milleks kasutatakse digitaalahelaid?

Boole'i ​​loogikaoperatsioonide tegemiseks kasutatakse digitaalahelasid.

2). Kuidas digitaalne vooluring töötab?

Digitaalahel töötab diskreetsete signaalidega, mis on kujutatud binaarsel kujul 0 ja 1.

3). Millised on digitaalse vooluahela põhikomponendid?

Digitaalsete vooluahelate põhikomponendid on plätud, dioodid, transistorid, Gates jne.

4). Millest vooluring koosneb?

Elektrooniline vooluahel koosneb paljudest passiivsetest ja aktiivsetest komponentidest, mis on ühendatud juhtivate juhtmete abil.

5). Nimetage mõned näited aktiivsetest ja passiivsetest komponentidest?

• Aktiivsete komponentide näideteks on dioodid, IC, trioodvaakumtorud jne.
• Passiivkomponentide näited on takisti, kondensaator, induktiivpool, trafo jne.

6). Miks kasutame vooluahelates takistit?

Vooluhulga juhtimiseks kasutame vooluringis takistit.

Elektrooniline vooluahel koosneb paljudest passiivsetest ja aktiivsetest komponentidest, mis on ühendatud juhtivate juhtmete abil. Nad on kaks ahelate tüübid need on analoogahelad ja digitaalahelad. Analoogskeemi sisend on pidev muutuv signaal, mis annab signaali teavet, nagu vool, pinge jne. Digitaalahela sisendsignaal on diskreetse ajadomeeni vormingus, mida tähistatakse tähtedega '0' ja '1'. See annab digitaalsignaali signaali tugevuse, mürasuhte, sumbumise jms omadused. Digitaallülituste kasutamise peamine eelis on see, et neid on lihtne rakendada ja mõista.