Mạch kỹ thuật số hoặc điện tử kỹ thuật số là một nhánh của điện tử xử lý các tín hiệu kỹ thuật số để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau để đáp ứng các yêu cầu khác nhau. Tín hiệu đầu vào được áp dụng cho các mạch này ở dạng kỹ thuật số, được biểu diễn ở định dạng ngôn ngữ nhị phân của 0 và 1. Các mạch này được thiết kế bằng cách sử dụng cổng logic như các cổng AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR thực hiện các phép toán logic. Biểu diễn này giúp mạch chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác để cung cấp đầu ra chính xác. Hệ thống mạch kỹ thuật số chủ yếu được thiết kế để khắc phục nhược điểm của hệ thống tương tự là chậm hơn và dữ liệu đầu ra thu được có thể có lỗi.

Mạch kỹ thuật số là gì?

Định nghĩa : Một mạch kỹ thuật số được thiết kế bằng cách sử dụng một số cổng logic trên một mạch tích hợp - IC. Đầu vào cho bất kỳ mạch kỹ thuật số nào ở dạng nhị phân “0’s” và “1’s”. Đầu ra thu được khi xử lý dữ liệu kỹ thuật số thô có giá trị chính xác. Các mạch này có thể được biểu diễn theo 2 cách hoặc theo cách tổ hợp hoặc cách nối tiếp.

Kiến thức cơ bản về mạch kỹ thuật số

Thiết kế mạch kỹ thuật số lần đầu tiên được bắt đầu với thiết kế rơ le, ống chân không sau này, TTL Transistor-Transistor Logic , Logic kết hợp bộ phát, và Lôgic CMOS. Những thiết kế này sử dụng một số lượng lớn các cổng logic như VÀ, HOẶC, KHÔNG, v.v. được tích hợp trên một vi mạch duy nhất. Đầu vào và đầu ra của dữ liệu kỹ thuật số được biểu diễn trong bảng sự thật logic và sơ đồ thời gian.

Mức logic

Dữ liệu kỹ thuật số được biểu diễn ở định dạng logic, đó là định dạng “0” và “1”. Trong đó logic 0 biểu thị tín hiệu ở mức thấp hoặc “GND” và logic1 biểu thị tín hiệu cao hoặc được kết nối với nguồn “VCC” như hình dưới đây

Cấp độ logic

Bảng sự thật logic

Bảng chân lý lôgic là một biểu diễn toán học về hiệu suất của tín hiệu kỹ thuật số khi truyền qua mạch kỹ thuật số. Bảng gồm có 3 cột đó là cột đồng hồ, cột đầu vào và cột đầu ra. Ví dụ, bảng logic cổng NOT được biểu diễn như sau

Tín hiệu đồng hồ

Logic đầu vào

Logic đầu ra

Cao

“hệ thống dây công tắc ném đôi cực đơn ”

Cao

Sơ đồ thời gian

Hành vi tín hiệu số được biểu diễn dưới dạng miền thời gian, ví dụ, nếu chúng ta xem xét bảng chân lý cổng logic NOT, biểu đồ thời gian được biểu diễn như sau khi xung nhịp cao, đầu vào thấp thì đầu ra cao. Tương tự, khi đầu vào cao thì đầu ra thấp.

Sơ đồ thời gian

Cổng

Cổng logic là một thành phần điện tử được thực hiện bằng cách sử dụng một hàm Boolean. Cổng thường được thực hiện bằng cách sử dụng điốt, bóng bán dẫn và rơ le. Có nhiều loại cổng logic khác nhau, chúng là AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Trong đó AND, OR, NOT là các cổng cơ bản và NAND và NOR là các cổng chung. Chúng ta hãy xem xét biểu diễn cổng AND như bên dưới, có 2 đầu vào và một đầu ra.

Và cổng

Tín hiệu đồng hồ	Nhập Logic 1	Nhập Logic 2	Logic đầu ra
Cao	0	0	0
Cao	0	1	0
Cao	1	0	0
Cao	1	1	1

Bảng sự thật của cổng AND

Sơ đồ thời gian của Cổng AND

Có nhiều cách để xây dựng một mạch kỹ thuật số hoặc sử dụng các cổng logic bằng cách tạo logic tổ hợp, mạch logic tuần tự hoặc bằng thiết bị logic có thể lập trình sử dụng bảng tra cứu hoặc bằng cách sử dụng kết hợp nhiều IC, v.v. Thông thường, chúng được thiết kế bằng cách sử dụng định dạng mạch tổ hợp và tuần tự như hình dưới đây

Mạch logic kết hợp

Nó là sự kết hợp của nhiều cổng logic khác nhau như VÀ, HOẶC, KHÔNG. Thiết kế của logic tổ hợp được thực hiện theo cách mà đầu ra phụ thuộc vào đầu vào hiện tại và logic không phụ thuộc vào thời gian. Mạch logic tổ hợp được phân thành 3 loại, chúng

“ohm kế được kết nối như thế nào với mạch điện ”

Mạch logic kết hợp

Các hàm số học và logic: Người bổ sung, Dấu trừ , Người so sánh , PLD's
Truyền dữ liệu: Bộ ghép kênh, Bộ phân kênh , Bộ mã hóa, Bộ giải mã
Bộ chuyển đổi mã: Nhị phân , BCD , 7 phân đoạn.

Mạch tuần tự

Thiết kế của mạch tuần tự khác với mạch tổ hợp. Trong mạch tuần tự, logic đầu ra phụ thuộc vào cả giá trị đầu vào hiện tại và quá khứ. Nó cũng bao gồm một phần tử bộ nhớ lưu trữ quá trình xử lý và dữ liệu đã xử lý. Các mạch tuần tự được phân thành 2 loại,

Mạch đồng bộ
Mạch không đồng bộ

Một số ví dụ về mạch tuần tự là flip flops, đồng hồ , quầy giao dịch , Vân vân.

Sơ đồ mạch tuần tự

Thiết kế mạch kỹ thuật số

Các mạch kỹ thuật số có thể được thiết kế theo những cách sau

Sử dụng biểu diễn hệ thống tuần tự và biểu diễn hệ thống tổ hợp
Sử dụng các phương pháp toán học bằng cách giảm bớt các thuật toán dư thừa logic như Bản đồ K , Đại số Boolean , Thuật toán QM, sơ đồ quyết định nhị phân, v.v.
Sử dụng máy luồng dữ liệu bao gồm các thanh ghi và xe buýt hoặc dây. Dữ liệu được giao tiếp giữa các thành phần khác nhau bằng cách sử dụng bus và thanh ghi. Những máy này được thiết kế bằng các ngôn ngữ mô tả phần cứng như VHDL hoặc Verilog .
Máy tính là một máy logic truyền thanh ghi có mục đích chung được thiết kế bằng cách sử dụng chương trình vi mô và bộ xử lý microsequencer.

Vấn đề thiết kế mạch kỹ thuật số

Vì các mạch kỹ thuật số được xây dựng với các thành phần tương tự như điện trở, rơ le, bóng bán dẫn, điốt, flip flops, v.v. Cần lưu ý rằng các thành phần này không ảnh hưởng đến hoạt động của tín hiệu hoặc dữ liệu trong quá trình hoạt động của mạch kỹ thuật số. Sau đây là các vấn đề thiết kế thường được quan sát thấy,

Các sự cố như trục trặc có thể xảy ra do thiết kế hệ thống không phù hợp
Đồng bộ hóa không thích hợp của một tín hiệu đồng hồ khác nhau dẫn đến tính ổn định trong mạch
Các mạch kỹ thuật số tính toán nhiều lần hơn do khả năng chống nhiễu cao.

Ví dụ về mạch kỹ thuật số

Sau đây là các ví dụ về mạch kỹ thuật số

Điện thoại di động
Rađiô
Máy tính, v.v.

Ưu điểm

Sau đây là những ưu điểm

Độ chính xác và khả năng lập trình cao
Dễ dàng lưu dữ liệu kỹ thuật số
Miễn nhiễm với tiếng ồn
Nhiều mạch kỹ thuật số có thể được tích hợp trên một IC duy nhất
Rất linh hoạt
Độ tin cậy cao
Tốc độ lây truyền cao
An toàn cao.

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm

Chúng chỉ hoạt động trên các tín hiệu kỹ thuật số
Tiêu thụ nhiều năng lượng hơn mạch tương tự
Tản nhiệt nhiều hơn
Giá cao.

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng

ADC - Bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số
DAC - Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự
Máy phát tín hiệu
CRO
ĐẾN thẻ thông minh , Vân vân.

Câu hỏi thường gặp

1). Các mạch kỹ thuật số được sử dụng để làm gì?

Các mạch kỹ thuật số được sử dụng để thực hiện các phép toán logic Boolean.

2). Mạch kỹ thuật số hoạt động như thế nào?

Mạch kỹ thuật số hoạt động với các tín hiệu rời rạc, được biểu diễn dưới dạng nhị phân của 0 và 1.

3). Các thành phần cơ bản của mạch số là gì?

Các thành phần cơ bản của mạch kỹ thuật số là flip flops, điốt, bóng bán dẫn, Gates, v.v.

4). Mạch được làm bằng gì?

Mạch điện tử được tạo thành từ một số thành phần thụ động và tích cực, được nối với nhau bằng dây dẫn.

5). Kể tên một vài ví dụ về các thành phần Chủ động và Bị động?

Ví dụ về các thành phần hoạt động là điốt, IC, ống chân không triode, v.v.
Ví dụ về các thành phần thụ động là điện trở, tụ điện, cuộn cảm, máy biến áp, v.v.

6). Tại sao chúng ta sử dụng một điện trở trong các mạch?

“công tắc dpst là gì ”

Chúng tôi sử dụng một điện trở trong mạch để điều khiển dòng điện.

Mạch điện tử được tạo thành từ một số thành phần thụ động và tích cực, được nối với nhau bằng dây dẫn. Họ là hai các loại mạch chúng là mạch tương tự và mạch kỹ thuật số. Đầu vào của mạch tương tự là tín hiệu biến đổi liên tục, cung cấp thông tin tín hiệu như dòng điện, điện áp, v.v. Tín hiệu đầu vào của mạch kỹ thuật số ở định dạng miền thời gian rời rạc, được biểu diễn dưới dạng “0’s” và “1’s”. Nó cung cấp các thuộc tính cường độ tín hiệu, tỷ lệ nhiễu, suy hao, v.v. của tín hiệu kỹ thuật số. Ưu điểm chính của việc sử dụng mạch kỹ thuật số là chúng dễ thực hiện và dễ hiểu.