الدوائر الرقمية أو الإلكترونيات الرقمية هي فرع من الإلكترونيات يتعامل مع الإشارات الرقمية لأداء المهام المختلفة لتلبية المتطلبات المختلفة. إشارة الإدخال المطبقة على هذه الدوائر هي ذات شكل رقمي ، يتم تمثيلها بتنسيق 0 و 1 ثنائي اللغة. تم تصميم هذه الدوائر باستخدام بوابات منطقية مثل بوابات AND ، OR ، NOT ، NANAD ، NOR ، XOR التي تؤدي عمليات منطقية. يساعد هذا التمثيل الدائرة على التحول من حالة إلى أخرى لتوفير إخراج دقيق. تم تصميم أنظمة الدوائر الرقمية بشكل أساسي للتغلب على عيوب الأنظمة التناظرية التي تكون أبطأ وقد تحتوي بيانات الإخراج التي يتم الحصول عليها على خطأ.
ما هي الدائرة الرقمية؟
تعريف : تم تصميم الدائرة الرقمية باستخدام عدد من البوابات المنطقية على واحدة دارة متكاملة - إيك. يكون الإدخال إلى أي دائرة رقمية بالصيغة الثنائية '0's' و '1's'. المخرجات التي تم الحصول عليها من معالجة البيانات الرقمية الخام ذات قيمة دقيقة. يمكن تمثيل هذه الدوائر بطريقتين إما بطريقة توافقية أو بطريقة متسلسلة.
أساسيات الدوائر الرقمية
بدأ تصميم الدوائر الرقمية لأول مرة بتصميم يمرر، في وقت لاحق أنابيب مفرغة ، منطق الترانزستور والترانزستور TTL ، المنطق المقترن باعث ، و منطق CMOS. تستخدم هذه التصميمات عددًا كبيرًا من البوابات المنطقية مثل AND و OR و NOT وما إلى ذلك المدمجة في دائرة متكاملة واحدة. يتم تمثيل مدخلات ومخرجات البيانات الرقمية في ملف جدول الحقيقة المنطقية والتوقيت التخطيطي.
المستوى المنطقي
يتم تمثيل البيانات الرقمية بتنسيق منطقي ، أي بتنسيق '0' و '1'. حيث يمثل المنطق 0 أن الإشارة منخفضة أو أن 'GND' ويمثل المنطق 1 الإشارة عالية أو متصلة بمصدر 'VCC' كما هو موضح أدناه
مستوى المنطق
جدول الحقيقة المنطقية
جدول الحقيقة المنطقية هو تمثيل رياضي لأداء الإشارة الرقمية عند تمريرها عبر الدائرة الرقمية. يتكون الجدول من 3 أعمدة وهي عمود الساعة وعمود الإدخال وعمود الإخراج. على سبيل المثال ، يتم تمثيل جدول منطق البوابة NOT على النحو التالي
| إشارة الساعة | منطق الإدخال | منطق الإخراج |
متوسط | 0 | 1 |
| متوسط | 1 | 0 |
الرسم البياني توقيت
يتم تمثيل سلوك الإشارة الرقمية في تنسيق المجال الزمني ، على سبيل المثال ، إذا أخذنا في الاعتبار جدول الحقيقة للبوابة المنطقية ، فسيتم تمثيل مخطط التوقيت على النحو التالي عندما تكون الساعة عالية ، ويكون الإدخال منخفضًا ، ثم يرتفع الناتج. وبالمثل ، عندما يكون الإدخال مرتفعًا ، ينخفض الناتج.
الرسم البياني توقيت
![]()
بوابات
البوابة المنطقية هي مكون إلكتروني يتم تنفيذه باستخدام دالة منطقية. عادة ما يتم تنفيذ البوابات باستخدام الثنائيات والترانزستورات والمرحلات. هناك أنواع مختلفة من البوابات المنطقية وهي: AND، OR، NOT، NANAD، NOR، XOR. من بينها AND و OR و NOT بوابات أساسية و NAND و NOR هما البوابة العالمية. دعونا نفكر في تمثيل البوابة AND على النحو التالي ، والذي يحتوي على مدخلين ومخرج واحد.
والبوابة
| إشارة الساعة | منطق الإدخال 1 | منطق الإدخال 2 | منطق الإخراج |
| متوسط | 0 | 0 | 0 |
| متوسط | 0 | 1 | 0 |
| متوسط | 1 | 0 | 0 |
| متوسط | 1 | 1 | 1 |
جدول الحقيقة الخاص بالبوابة AND
توقيت الرسم التخطيطي لبوابة AND
هناك العديد من الطرق لبناء دائرة رقمية إما باستخدام بوابات منطقية عن طريق إنشاء منطق توافقي ، أو دائرة منطقية متسلسلة ، أو بواسطة جهاز منطقي قابل للبرمجة يستخدم جداول بحث ، أو باستخدام مجموعة من العديد من الدوائر المتكاملة ، إلخ. تم تصميمها باستخدام تنسيق الدوائر التوافقية والمتسلسلة كما هو موضح أدناه
دائرة المنطق التوافقي
إنه مزيج من بوابات منطقية مختلفة مثل AND ، OR ، NOT. يتم تصميم المنطق التوافقي بطريقة تعتمد فيها المخرجات على المدخلات الحالية ويكون المنطق مستقلاً عن الوقت. دوائر المنطق التوافقي تصنف إلى 3 أنواع ، هم
دائرة المنطق التوافقي
- الدوال الحسابية والمنطقية: الأفعى ، الطرح و المقارنات و PLD's
- عمليات نقل البيانات: معددات ، ديمولتيبليكسرس و التشفير ، أجهزة فك التشفير
- محولات الكود: الثنائية و بى سى دى ، 7 قطعة.
![]()
الدائرة التتابعية
تصميم دارة متتابعة يختلف عن الدائرة التوافقية. في الدائرة المتسلسلة ، يعتمد منطق الإخراج على قيم الإدخال الحالية والسابقة. يتكون أيضًا من عنصر ذاكرة يخزن البيانات المعالجة والمعالجة. يتم تصنيف الدوائر المتسلسلة إلى نوعين هما ،
- دارة متزامنة
- الدائرة غير المتزامنة
بعض الأمثلة على الدوائر المتتابعة هي شبشب ، الساعات و عدادات ، إلخ.
مخطط الدائرة التتابعية
تصميم الدوائر الرقمية
يمكن تصميم الدوائر الرقمية بالطرق التالية
- استخدام التمثيل المتسلسل للنظام وتمثيل النظام التوافقي
- استخدام الطرق الرياضية عن طريق تقليل خوارزميات التكرار المنطقي مثل K- خريطة و الجبر البوليني ، خوارزمية إدارة الجودة ، مخططات القرار الثنائي ، إلخ.
- استخدام آلات تدفق البيانات التي تتكون من سجلات و الباصات أو سلك. يتم توصيل البيانات بين المكونات المختلفة باستخدام الحافلات والسجلات. تم تصميم هذه الأجهزة باستخدام لغات وصف الأجهزة مثل VHDL أو Verilog .
- الكمبيوتر عبارة عن آلة منطقية لنقل السجلات للأغراض العامة تم تصميمها باستخدام ملف برنامج ميكرو ومعالج Microsequencer.
قضايا تصميم الدوائر الرقمية
نظرًا لأن الدوائر الرقمية تتكون من مكونات تمثيلية مثل المقاومات والمرحلات والترانزستورات والصمامات الثنائية والوجه المتخبط وما إلى ذلك ، فمن الضروري ملاحظة أن هذه المكونات لا تؤثر على سلوك الإشارة أو البيانات أثناء تشغيل الدائرة الرقمية. فيما يلي مشكلات التصميم التي يتم ملاحظتها عادةً ،
- قد تحدث مشكلات مثل مواطن الخلل بسبب التصميم غير المناسب للنظام
- يؤدي التزامن غير المناسب لإشارة مختلفة على مدار الساعة إلى استقرار في الدائرة
- تحسب الدوائر الرقمية بشكل متكرر أكثر بسبب مناعة الضوضاء العالية.
أمثلة على الدوائر الرقمية
فيما يلي أمثلة على الدوائر الرقمية
- الهواتف المحمولة
- أجهزة الراديو
- الآلات الحاسبة ، إلخ.
مزايا
فيما يلي المزايا
- الدقة وقابلية البرمجة عالية
- من السهل حفظ البيانات الرقمية
- محصن ضد الضوضاء
- يمكن دمج العديد من الدوائر الرقمية على IC واحد
- مرن للغاية
- موثوقية عالية
- معدل انتقال مرتفع
- آمن للغاية.
سلبيات
فيما يلي عيوب
- تعمل فقط على الإشارات الرقمية
- يستهلك طاقة أكثر من الدوائر التناظرية
- أكثر من تبديد الحرارة
- التكلفة العالية.
التطبيقات
فيما يلي التطبيقات
- ADC - محول تناظري إلى رقمي
- DAC - محول رقمي إلى تناظري
- مولد الإشارة
- CRO
- إلى بطاقة ذكية ، إلخ.
أسئلة وأجوبة
1). ما هي الدوائر الرقمية المستخدمة؟
تستخدم الدوائر الرقمية لإجراء عمليات منطقية منطقية.
2). كيف تعمل الدارة الرقمية؟
تعمل الدائرة الرقمية مع الإشارات المنفصلة ، والتي يتم تمثيلها في شكل ثنائي من 0 و 1.
3). ما هي المكونات الأساسية للدائرة الرقمية؟
المكونات الأساسية للدوائر الرقمية هي الوجه المتأرجح ، الثنائيات ، الترانزستورات ، البوابات ، إلخ.
4). ما هي الدائرة المصنوعة من؟
تتكون الدائرة الإلكترونية من عدد من المكونات السلبية والنشطة ، والتي يتم توصيلها باستخدام أسلاك موصلة.
5). اذكر بعض الأمثلة للمكونات النشطة والسلبية؟
- أمثلة على المكونات النشطة هي الثنائيات ، IC ، الأنابيب المفرغة ذات الصمام الثلاثي ، إلخ.
- أمثلة على المكونات السلبية هي المقاوم ، المكثف ، المحرِّض ، المحول ، إلخ.
6). لماذا نستخدم المقاوم في الدوائر؟
نستخدم المقاوم في الدائرة من أجل التحكم في تدفق التيار.
تتكون الدائرة الإلكترونية من عدد من المكونات السلبية والنشطة ، والتي يتم توصيلها باستخدام أسلاك موصلة. هم اثنان أنواع الدوائر هم الدوائر التناظرية والدوائر الرقمية. المدخل إلى الدائرة التناظرية هو إشارة متغيرة مستمرة ، والتي توفر معلومات الإشارة مثل التيار ، والجهد ، وما إلى ذلك. تكون إشارة إدخال الدائرة الرقمية في تنسيق مجال زمني منفصل ، والذي يتم تمثيله في '0’s' و '1’s' إنه يوفر قوة الإشارات ونسبة الضوضاء والتوهين وخصائص الإشارة الرقمية إلخ. الميزة الرئيسية لاستخدام الدوائر الرقمية هي أنها سهلة التنفيذ والفهم.
