Wat is een digitaal circuit: ontwerp en zijn toepassingen

Digitale schakelingen of digitale elektronica is een tak van elektronica die zich bezighoudt met digitale signalen om de verschillende taken uit te voeren om aan verschillende vereisten te voldoen. Het ingangssignaal dat op deze schakelingen wordt toegepast, heeft een digitale vorm, die wordt weergegeven in de binaire taalindeling 0 en 1. Deze circuits zijn ontworpen door gebruik te maken van logische poorten zoals AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR-poorten die logische bewerkingen uitvoeren. Deze weergave helpt het circuit om van de ene toestand naar de andere over te schakelen voor nauwkeurige uitvoer. Digitale circuitsystemen zijn voornamelijk ontworpen om het nadeel van analoge systemen te overwinnen die langzamer zijn en de outputgegevens die worden verkregen, kunnen een fout bevatten.

Wat is een digitaal circuit?

Definitie : Een digitaal circuit is ontworpen door een aantal logische poorten op een enkele te gebruiken geïntegreerde schakeling - IC. De invoer naar een digitaal circuit is in de binaire vorm 'nullen' en 'enen'. De output die wordt verkregen bij het verwerken van onbewerkte digitale gegevens is van een nauwkeurige waarde. Deze schakelingen kunnen op 2 manieren worden weergegeven, hetzij op een combinatorische manier, hetzij op een sequentiële manier.

Basisprincipes van digitale circuits

Het ontwerpen van digitale schakelingen werd voor het eerst gestart met een ontwerp van relais, latere vacuümbuizen, TTL Transistor-Transistor Logica , Emitter-gekoppelde logica, en CMOS-logica. Deze ontwerpen gebruiken een groot aantal logische poorten zoals EN, OF, NIET, enz. Geïntegreerd op een enkele IC. De invoer en uitvoer van digitale gegevens worden weergegeven in de logische waarheidstabel en timingdiagram.

Logisch niveau

Digitale gegevens worden weergegeven in een logisch formaat, dat wil zeggen in '0' en '1' formaat. Waar logica 0 vertegenwoordigt dat het signaal laag of 'GND' is en logic1 vertegenwoordigt dat het signaal hoog is of verbonden is met 'VCC' -voeding zoals hieronder getoond

Logisch niveau

Logische waarheidstabel

Een logische waarheidstabel is een wiskundige weergave van de prestatie van een digitaal signaal wanneer het door het digitale circuit wordt geleid. De tabel bestaat uit 3 kolommen, dit zijn de klokkolom, de invoerkolom en de uitvoerkolom. De NOT-poortlogica-tabel wordt bijvoorbeeld als volgt weergegeven

Tijdschema

Digitaal signaalgedrag wordt weergegeven in tijddomeinformaat, als we bijvoorbeeld NIET de waarheidstabel van de logische poort beschouwen, wordt het timingdiagram als volgt weergegeven: wanneer de klok hoog is, de invoer laag is en de uitvoer hoog. Evenzo, wanneer de invoer hoog is, wordt de uitvoer laag.

Tijdschema

Gates

Een logische poort is een elektronische component die is geïmplementeerd met behulp van een Booleaanse functie. Poorten worden meestal geïmplementeerd met behulp van diodes, transistors en relais. Er zijn verschillende soorten logische poorten: AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Waaronder AND, OR, NOT basispoorten zijn en NAND en NOR de universele poort. Laten we de AND-poortweergave bekijken zoals hieronder, die 2 ingangen en één uitgang heeft.

EN Gate

De waarheidstabel van AND-poort

Timingschema van AND Gate

Er zijn veel manieren om een ​​digitaal circuit te construeren dat ofwel logische poorten gebruikt door combinatielogica te creëren, een sequentieel logisch circuit, of door een programmeerbaar logisch apparaat dat opzoektabellen gebruikt, of door een combinatie van veel IC's te gebruiken, enz. zijn ontworpen met behulp van combinatief en sequentieel circuitformaat, zoals hieronder weergegeven

Combinationeel logisch circuit

Het is een combinatie van verschillende logische poorten zoals EN, OF, NIET. Het ontwerp van combinationele logica is zo gemaakt dat de output afhankelijk is van de huidige input en de logica onafhankelijk is van de tijd. Combinationele logische circuits worden ingedeeld in 3 typen, dat zijn ze

Combinationeel logisch circuit

• Rekenkundige en logische functies: Adders, Aftrekkers ​ Vergelijkers ​ PLD's
• Gegevensoverdracht: Multiplexers, demultiplexers ​ Encoders, decoders
• Code-omzetters: Binair ​ BCD , 7-segmenten.

Sequentieel circuit

Het ontwerp van de sequentieel circuit verschilt van het combinatieschakeling. In een sequentieel circuit hangt de uitgangslogica af van zowel huidige als eerdere ingangswaarden. Het bestaat ook uit een geheugenelement dat de verwerkte en verwerkte gegevens opslaat. Opeenvolgende circuits zijn ingedeeld in 2 typen, ze zijn,

• Synchroon circuit
• Asynchroon circuit

Enkele voorbeelden van sequentiële schakelingen zijn flip-flops, klokken ​ balies , enzovoort.

Opeenvolgend schakelschema

Digitaal circuitontwerp

Digitale schakelingen kunnen op de volgende manieren worden ontworpen

• Gebruikmakend van sequentiële systeemweergave en combinatiesysteemweergave
• Met behulp van de wiskundige methoden door het verminderen van logische redundantie-algoritmen zoals K-Map ​ Booleaanse algebra , QM-algoritme, binaire beslissingsdiagrammen, etc.
• Dataflowmachines gebruiken die bestaan ​​uit registers en bussen of draad. Gegevens worden via bussen en registers tussen verschillende componenten gecommuniceerd. Deze machines zijn ontworpen met behulp van hardwarebeschrijvingstalen zoals VHDL of Verilog ​
• Een computer is een logische machine voor registeroverdracht voor algemene doeleinden die is ontworpen met behulp van een microprogramma en microsequencer processor.

Problemen met het ontwerp van digitale circuits

Aangezien de digitale schakelingen zijn opgebouwd uit analoge componenten zoals weerstanden, relais, transistors, diodes, flip-flops, enz. Het is noodzakelijk op te merken dat deze componenten het gedrag van het signaal of de gegevens tijdens de werking van de digitale schakeling niet beïnvloeden. De volgende zijn ontwerpproblemen die meestal worden waargenomen:

• Problemen zoals glitches kunnen optreden als gevolg van een onjuist ontwerp van het systeem
• Onjuiste synchronisatie van een ander kloksignaal leidt tot metastabiliteit in het circuit
• Digitale schakelingen berekenen meer herhaaldelijk vanwege de hoge immuniteit tegen ruis.

Voorbeelden van digitale circuits

Hieronder volgen de voorbeelden van digitale schakelingen

• Mobieltjes
• Radio's
• Rekenmachines, etc.

Voordelen

De volgende zijn de voordelen

• De nauwkeurigheid en programmeerbaarheid is hoog
• Gemakkelijk om digitale gegevens op te slaan
• Immuun voor geluid
• Veel digitale schakelingen kunnen op één IC worden geïntegreerd
• Zeer flexibel
• Hoge betrouwbaarheid
• Een hoge transmissiesnelheid
• Zeer veilig.

Nadelen

Hieronder volgen de nadelen

• Ze werken alleen op digitale signalen
• Verbruikt meer energie dan analoge circuits
• Warmteafvoer is meer
• Hoge kosten.

Toepassingen

De volgende zijn de toepassingen

• ADC - Analoog naar digitaal converter
• DAC - Digitaal naar analoog converter
• Signaal generator
• CRO
• NAAR smartcard , enzovoort.

Veelgestelde vragen

1). Waar worden digitale schakelingen voor gebruikt?

Digitale schakelingen worden gebruikt om Booleaanse logische bewerkingen uit te voeren.

2). Hoe werkt het digitale circuit?

Digitale schakeling werkt met discrete signalen, die worden weergegeven in de binaire vorm van nullen en enen.

3). Wat zijn de basiscomponenten van het digitale circuit?

De basiscomponenten van de digitale schakelingen zijn flip-flops, diodes, transistors, poorten, enz.

4). Waar is een circuit van gemaakt?

Een elektronische schakeling bestaat uit een aantal passieve en actieve componenten, die via geleidende draden met elkaar zijn verbonden.

5). Noem enkele voorbeelden van actieve en passieve componenten?

• Voorbeelden van actieve componenten zijn diodes, IC, triode vacuümbuizen, etc.
• Voorbeelden van passieve componenten zijn weerstand, condensator, inductor, transformator, etc.

6). Waarom gebruiken we een weerstand in circuits?

We gebruiken een weerstand in het circuit om de stroom te regelen.

Een elektronische schakeling bestaat uit een aantal passieve en actieve componenten, die via geleidende draden met elkaar zijn verbonden. Het zijn er twee soorten circuits ze zijn analoog circuit en digitaal circuit. De invoer naar een analoog circuit is een continu variabel signaal, dat signaalinformatie levert zoals stroom, spanning, enz. Het ingangssignaal van het digitale circuit heeft een discreet tijddomeinformaat, dat wordt weergegeven in 'nullen' en 'enen'. Het biedt signaalsterkte, ruisverhouding, verzwakking, enz. Eigenschappen van een digitaal signaal. Het belangrijkste voordeel van het gebruik van digitale schakelingen is dat ze gemakkelijk te implementeren en te begrijpen zijn.