Els circuits digitals o electrònica digital són una branca de l'electrònica que s'ocupa de senyals digitals per realitzar les diverses tasques per satisfer diversos requisits. El senyal d’entrada aplicat a aquests circuits és de forma digital, que es representa en format de llenguatge binari de 0 i 1. Aquests circuits es dissenyen utilitzant portes lògiques com les portes AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR que realitzen operacions lògiques. Aquesta representació ajuda el circuit a canviar d’un estat a un altre per proporcionar una sortida precisa. Els sistemes de circuits digitals estan dissenyats principalment per superar l’inconvenient dels sistemes analògics que són més lents i les dades de sortida que s’obtenen poden contenir un error.

Què és un circuit digital?

Definició : Un circuit digital es dissenya utilitzant diverses portes lògiques en una sola circuit integrat - I C. L’entrada a qualsevol circuit digital té la forma binària “0” i “1”. El resultat obtingut en processar dades digitals en brut té un valor precís. Aquests circuits es poden representar de dues maneres, de manera combinativa o seqüencial.

Conceptes bàsics del circuit digital

El disseny de circuits digitals es va iniciar per primera vegada amb un disseny de relés, tubs de buit posteriors, Lògica transistor-transistor TTL , Lògica acoblada per emissor i Lògica CMOS. Aquests dissenys utilitzen un gran nombre de portes lògiques com AND, OR, NOT, etc. integrades en una sola IC. L 'entrada i sortida de dades digitals es representen a taula de veritat lògica i diagrama de temps.

Nivell lògic

Les dades digitals es representen en un format lògic, és a dir, en format “0” i “1”. Quan la lògica 0 representa que el senyal és baix o 'GND' i la lògica 1 representa que el senyal és alt o està connectat a l'alimentació 'VCC' com es mostra a continuació

Nivell lògic

Taula de veritat lògica

Una taula de veritat lògica és una representació matemàtica del rendiment del senyal digital quan es passa pel circuit digital. La taula consta de 3 columnes: són la columna del rellotge, la columna d'entrada i la columna de sortida. Per exemple, la taula lògica NOT de la porta es representa de la següent manera

Senyal de rellotge

Lògica d’entrada

Lògica de sortida

Alt

“com programar un microprocessador ”

Diagrama de temps

El comportament del senyal digital es representa en format de domini de temps, per exemple, si considerem que la taula de veritat NO és la porta lògica, el diagrama de temps es representa de la següent manera quan el rellotge és alt, l'entrada és baixa i la sortida augmenta. De la mateixa manera, quan l'entrada és alta, la sortida es redueix.

Diagrama de temps

Portes

Una porta lògica és un component electrònic que s’implementa mitjançant una funció booleana. Les portes generalment s’implementen mitjançant díodes, transistors i relés. Hi ha diferents tipus de portes lògiques que són, AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Entre les quals AND, OR, NOT són portes bàsiques i NAND i NOR són la porta universal. Considerem la representació de la porta AND de la següent manera, que té 2 entrades i una sortida.

I Porta

Senyal de rellotge	Lògica d'entrada 1	Lògica d’entrada 2	Lògica de sortida
Alt	0	0	0
Alt	0	1	0
Alt	1	0	0
Alt	1	1	1

La taula de veritat de AND gate

Diagrama de temps de AND Gate

Hi ha moltes maneres de construir un circuit digital que utilitza portes lògiques mitjançant la creació de lògica combinacional, un circuit lògic seqüencial o mitjançant un dispositiu lògic programable que utilitza taules de cerca, o bé mitjançant una combinació de molts circuits integrats, etc. estan dissenyats mitjançant un format de circuit combinatiu i seqüencial com es mostra a continuació

Circuit lògic combinacional

És una combinació de diverses portes lògiques com AND, OR, NOT. El disseny de la lògica combinacional es fa de manera que la sortida depèn de l'entrada actual i la lògica sigui independent del temps. Circuits lògics combinacionals es classifiquen en 3 tipus, ho són

Circuit lògic combinacional

Funcions aritmètiques i lògiques: Sumadors, Subtractors , Comparadors , PLD’s
Transmissions de dades: Multiplexors, Demultiplexors , Codificadors, descodificadors
Convertidors de codi: Binari , BCD , De 7 segments.

Circuit seqüencial

El disseny del circuit seqüencial és diferent del circuit combinacional. En un circuit seqüencial, la lògica de sortida depèn tant dels valors d'entrada presents com passats. També consisteix en un element de memòria que emmagatzema el processament i les dades processades. Els circuits seqüencials es classifiquen en 2 tipus,

Circuit síncron
Circuit asíncron

Alguns dels exemples de circuits seqüencials són xancles, rellotges , comptadors , Etc.

Diagrama de circuits seqüencials

Disseny de circuits digitals

Els circuits digitals es poden dissenyar de la manera següent

Utilitzant la representació seqüencial del sistema i la representació combinativa del sistema
Utilitzant mètodes matemàtics reduint algorismes de redundància lògica com Mapa K , Àlgebra de Boole , Algorisme QM, diagrames de decisió binaris, etc.
Utilitzar màquines de flux de dades que consisteixen en registres i busos o filferro. Les dades es comuniquen entre diversos components mitjançant autobusos i registres. Aquestes màquines estan dissenyades utilitzant llenguatges de descripció de maquinari com VHDL o Verilog .
Un ordinador és una màquina lògica de transferència de registres d’ús general dissenyada mitjançant un microprograma i processador de microseqüenciador.

Problemes de disseny de circuits digitals

Atès que els circuits digitals s’acumulen amb components analògics com resistències, relés, transistors, díodes, xancles, etc. Cal tenir en compte que aquests components no afecten el comportament del senyal o de les dades durant el funcionament del circuit digital. Els següents són problemes de disseny que normalment s’observen,

Es poden produir problemes com ara fallades a causa d’un disseny inadequat del sistema
La sincronització inadequada d’un senyal de rellotge diferent condueix a la metastabilitat al circuit
Els circuits digitals es calculen més repetidament a causa de l’alta immunitat contra el soroll.

Exemples de circuits digitals

A continuació es mostren els exemples de circuits digitals

Telèfons mòbils
ràdios
Calculadores, etc.

Avantatges

Els avantatges següents són:

La precisió i la programabilitat són elevades
Fàcil d’estalviar dades digitals
Immune al soroll
Molts circuits digitals es poden integrar en un sol IC
Molt flexible
Alta fiabilitat
Una alta taxa de transmissió
Molt segur.

Desavantatges

Els següents són els desavantatges

Operen només en senyals digitals
Consumeix més energia que els circuits analògics
La dissipació de calor és més
Cost elevat.

Aplicacions

Les següents són les aplicacions

Preguntes freqüents

1). Per a què s’utilitzen els circuits digitals?

Els circuits digitals s’utilitzen per realitzar operacions lògiques booleanes.

2). Com funciona el circuit digital?

El circuit digital funciona amb senyals discrets, que es representen en forma binària de 0 i 1.

3). Quins són els components bàsics del circuit digital?

Els components bàsics dels circuits digitals són xancles, díodes, transistors, Gates, etc.

4). De què està format un circuit?

Un circuit electrònic està format per una sèrie de components passius i actius, que es connecten mitjançant cables conductors.

5). Esmentar alguns exemples de components actius i passius?

Exemples de components actius són els díodes, IC, tubs de buit triòdics, etc.
Exemples de components passius són resistències, condensadors, inductors, transformadors, etc.

6). Per què fem servir una resistència als circuits?

Utilitzem una resistència al circuit per controlar el flux de corrent.

Un circuit electrònic està format per una sèrie de components passius i actius, que es connecten mitjançant cables conductors. Són dos tipus de circuits són circuits analògics i circuits digitals. L’entrada a un circuit analògic és un senyal variable continu, que proporciona informació de senyal com ara corrent, voltatge, etc. El senyal d’entrada del circuit digital té un format discret de domini temporal, que es representa en “0” i “1”. Proporciona propietats d'intensitat, soroll, atenuació, etc. dels senyals d'un senyal digital. El principal avantatge de l’ús de circuits digitals és que són fàcils d’implementar i d’entendre.