Was ist Digital Circuit? Design und seine Anwendungen

Digitale Schaltungen oder digitale Elektronik ist ein Zweig der Elektronik, der sich mit digitalen Signalen befasst, um die verschiedenen Aufgaben auszuführen, um verschiedene Anforderungen zu erfüllen. Das an diese Schaltungen angelegte Eingangssignal hat eine digitale Form, die im binären Sprachformat von 0 und 1 dargestellt wird. Diese Schaltungen werden unter Verwendung von entworfen logische Tore wie AND-, OR-, NOT-, NANAD-, NOR-, XOR-Gatter, die logische Operationen ausführen. Diese Darstellung hilft der Schaltung, von einem Zustand in einen anderen zu wechseln, um eine präzise Ausgabe bereitzustellen. Digitale Schaltungssysteme sind hauptsächlich dazu ausgelegt, den Nachteil langsamerer analoger Systeme zu überwinden, und die erhaltenen Ausgangsdaten können einen Fehler enthalten.

Was ist eine digitale Schaltung?

Definition : Eine digitale Schaltung wird unter Verwendung einer Anzahl von Logikgattern auf einem einzelnen entworfen Integrierter Schaltkreis - IC. Der Eingang zu einer beliebigen digitalen Schaltung hat die binäre Form '0' und '1'. Die Ausgabe, die bei der Verarbeitung digitaler Rohdaten erhalten wird, hat einen genauen Wert. Diese Schaltungen können auf zwei Arten entweder kombinatorisch oder sequentiell dargestellt werden.

Grundlagen der digitalen Schaltung

Das digitale Schaltungsdesign wurde zuerst mit einem Design von gestartet Relais, spätere Vakuumröhren, TTL-Transistor-Transistor-Logik Emittergekoppelte Logik und CMOS-Logik. Diese Designs verwenden eine große Anzahl von logischen Gattern wie AND, OR, NOT usw., die auf einem einzelnen IC integriert sind. Die Ein- und Ausgabe digitaler Daten ist in der dargestellt logische Wahrheitstabelle und Zeitdiagramm.

Logische Ebene

Digitale Daten werden in einem logischen Format dargestellt, dh im Format „0“ und „1“. Wobei logisch 0 anzeigt, dass das Signal niedrig oder 'GND' ist, und logisch 1 anzeigt, dass das Signal hoch ist oder an die 'VCC' -Versorgung angeschlossen ist, wie unten gezeigt

Logikebene

Logische Wahrheitstabelle

Eine logische Wahrheitstabelle ist eine mathematische Darstellung der Leistung eines digitalen Signals, wenn es durch die digitale Schaltung geleitet wird. Die Tabelle besteht aus 3 Spalten. Dies sind die Uhrenspalte, die Eingabespalte und die Ausgabespalte. Beispielsweise wird die NOT-Gate-Logiktabelle wie folgt dargestellt

Zeitdiagramm

Das Verhalten digitaler Signale wird im Zeitbereichsformat dargestellt. Wenn wir beispielsweise die NICHT-Logikgatter-Wahrheitstabelle betrachten, wird das Zeitdiagramm wie folgt dargestellt, wenn der Takt hoch ist, der Eingang niedrig ist und der Ausgang hoch geht. In ähnlicher Weise wird der Ausgang niedrig, wenn der Eingang hoch ist.

Zeitdiagramm

Tore

Ein Logikgatter ist eine elektronische Komponente, die unter Verwendung einer Booleschen Funktion implementiert wird. Gates werden normalerweise mit Dioden, Transistoren und Relais implementiert. Es gibt verschiedene Arten von logischen Gattern, AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Unter diesen sind AND, OR, NOT grundlegende Gatter und NAND und NOR sind das universelle Gatter. Betrachten wir die UND-Gatter-Darstellung wie folgt, die 2 Eingänge und einen Ausgang hat.

UND Tor

Die Wahrheitstabelle von AND Gate

Zeitdiagramm des UND-Gatters

Es gibt viele Möglichkeiten beim Aufbau einer digitalen Schaltung, die entweder logische Gatter verwendet, indem sie eine kombinatorische Logik, eine sequentielle Logikschaltung oder ein programmierbares Logikgerät erstellt, das Nachschlagetabellen verwendet, oder indem sie eine Kombination aus vielen ICs usw. verwendet. Typischerweise sind dies diese werden unter Verwendung des kombinatorischen und sequentiellen Schaltungsformats wie unten gezeigt entworfen

Kombinatorische Logikschaltung

Es ist eine Kombination verschiedener Logikgatter wie AND, OR, NOT. Das Design der kombinatorischen Logik ist so gestaltet, dass die Ausgabe von der aktuellen Eingabe abhängt und die Logik zeitunabhängig ist. Kombinierte Logikschaltungen sind in 3 Typen eingeteilt, sie sind

Kombinatorische Logikschaltung

• Arithmetische und logische Funktionen: Addierer, Subtrahierer , Komparatoren , PLDs
• Datenübertragung: Multiplexer, Demultiplexer , Encoder, Decoder
• Code-Konverter: Binär , BCD 7-Segment.

Sequenzielle Schaltung

Das Design der sequentielle Schaltung unterscheidet sich von der kombinatorischen Schaltung. In einer sequentiellen Schaltung hängt die Ausgangslogik sowohl von aktuellen als auch von vergangenen Eingangswerten ab. Es besteht auch aus einem Speicherelement, das die verarbeitenden und verarbeiteten Daten speichert. Sequenzielle Schaltungen werden in zwei Typen eingeteilt:

• Synchronschaltung
• Asynchrone Schaltung

Einige Beispiele für sequentielle Schaltungen sind Flip-Flops, Uhren , Zähler , usw.

Sequenzieller Schaltplan

Design digitaler Schaltungen

Digitale Schaltungen können folgendermaßen gestaltet werden

• Verwenden der sequentiellen Systemdarstellung und der kombinatorischen Systemdarstellung
• Verwendung der mathematischen Methoden durch Reduzierung logischer Redundanzalgorithmen wie K-Karte , Boolsche Algebra , QM-Algorithmus, binäre Entscheidungsdiagramme usw.
• Verwendung von Datenflussmaschinen, die aus Registern und bestehen Busse oder Draht. Daten werden zwischen verschiedenen Komponenten unter Verwendung von Bussen und Registern übertragen. Diese Maschinen werden unter Verwendung von Hardwarebeschreibungssprachen wie entwickelt VHDL oder Verilog .
• Ein Computer ist eine Allzweck-Registerübertragungslogikmaschine, die unter Verwendung von a entworfen wurde Mikroprogramm und Mikrosequenzer-Prozessor.

Probleme beim Entwurf digitaler Schaltungen

Da die digitalen Schaltungen aus analogen Komponenten wie Widerständen, Relais, Transistoren, Dioden, Flip-Flops usw. bestehen, ist zu beachten, dass diese Komponenten das Verhalten des Signals oder der Daten während des Betriebs der digitalen Schaltung nicht beeinflussen. Das Folgende sind Designprobleme, die normalerweise beobachtet werden:

• Probleme wie Störungen können aufgrund eines ungeeigneten Designs des Systems auftreten
• Eine fehlerhafte Synchronisation eines anderen Taktsignals führt zu einer Metastabilität in der Schaltung
• Digitale Schaltungen berechnen aufgrund der hohen Störfestigkeit häufiger.

Beispiele für digitale Schaltungen

Das Folgende sind die Beispiele für digitale Schaltungen

• Mobiltelefone
• Radios
• Taschenrechner usw.

Vorteile

Das Folgende sind die Vorteile

• Genauigkeit und Programmierbarkeit sind hoch
• Einfache Speicherung digitaler Daten
• Immun gegen Lärm
• Viele digitale Schaltkreise können auf einem einzigen IC integriert werden
• Sehr flexibel
• Hohe Zuverlässigkeit
• Eine hohe Übertragungsrate
• Sehr sicher.

Nachteile

Das Folgende sind die Nachteile

• Sie arbeiten nur mit digitalen Signalen
• Verbraucht mehr Energie als analoge Schaltungen
• Wärmeableitung ist mehr
• Hohe Kosten.

Anwendungen

Das Folgende sind die Anwendungen

• ADC - Analog-Digital-Wandler
• DAC - Digital-Analog-Wandler
• Signalgenerator
• CRO
• ZU Chipkarte , usw.

FAQs

1). Wofür werden digitale Schaltungen verwendet?

Digitale Schaltungen werden verwendet, um boolesche Logikoperationen auszuführen.

2). Wie funktioniert die digitale Schaltung?

Die digitale Schaltung arbeitet mit diskreten Signalen, die in der binären Form von Nullen und Einsen dargestellt werden.

3). Was sind die Grundkomponenten der digitalen Schaltung?

Die Grundkomponenten der digitalen Schaltungen sind Flip-Flops, Dioden, Transistoren, Gates usw.

4). Woraus besteht eine Schaltung?

Eine elektronische Schaltung besteht aus mehreren passiven und aktiven Komponenten, die über leitende Drähte verbunden sind.

5). Nennen Sie einige Beispiele für aktive und passive Komponenten?

• Beispiele für aktive Komponenten sind Dioden, ICs, Triodenvakuumröhren usw.
• Beispiele für passive Komponenten sind Widerstand, Kondensator, Induktivität, Transformator usw.

6). Warum verwenden wir einen Widerstand in Schaltkreisen?

Wir verwenden einen Widerstand in der Schaltung, um den Stromfluss zu steuern.

Eine elektronische Schaltung besteht aus mehreren passiven und aktiven Komponenten, die über leitende Drähte verbunden sind. Sie sind zwei Arten von Schaltkreisen Sie sind analoge und digitale Schaltungen. Der Eingang einer analogen Schaltung ist ein kontinuierliches variables Signal, das Signalinformationen wie Strom, Spannung usw. liefert. Das Eingangssignal der digitalen Schaltung liegt in einem diskreten Zeitbereichsformat vor, das in '0' und '1' dargestellt wird. Es bietet Signalstärke, Rauschabstand, Dämpfung usw. Eigenschaften eines digitalen Signals. Der Hauptvorteil der Verwendung digitaler Schaltungen besteht darin, dass sie einfach zu implementieren und zu verstehen sind.