مدارهای دیجیتال و ساختار آن
مدارهای دیجیتال و ساختار آن
انواع گیت های دیجیتال
قبل از توضیح گیت ها و اینکه مدار داخلی آن ها چگونه است و چگونه کار می کنند ، چند نکته قابل توجه است . یکی اینکه منظور از 0 و 1 در ورودی این مدارها سطح بالا و پایین ولتاژ است یعنی صفر می تواند همان صفر ولت و 1 =v 5 ولت باشد و مدارها یا بدون ولتاژ یا با ولتاژ 5 ولت کار می کند و صفر و یک و خروجی این مدارها خاموش و روشن بودن LED می باشد . یعنی زمانی که LED روشن شد یعنی خروجی ما یک است و زمانی که خاموش شد یعنی خروجی صفر .
1. گیت Yes با شماتیک
اولین گیتی که معرفی می کنیم گیت Yes است . همانطور که قبلا گفته شد A در گیت به عنوان ورودی و Y به عنوان خروجی در نظر گرفته شده است . خروجی ما که در این مدار دیود LED است به ازای 0 و 1 دادن به A یعنی همان سطح بالا و پایین ولتاژ ( 0 و 5 ولت ) روشن و یا خاموش می شود . مکانیزم عمل این مدار به این صورت است که وقتی به نقطه A ولتاژ 5 ولت اعمال می گردد ، ترانزیستور روشن شده جریان از کلکتور به امیتر برقرار می شود و وقتی ولتاژ روی آند LED قرار می گیرد LED روشن می شود و به حالت 1 در می آید . پس ما هر موقع به نقطه A ولتاژ ندهیم یا به عبارت دیگر 0 وارد کنیم ، LED روشن و یا یک خواهد بود . از روی این مکانیزم جدولی طراحی می کنیم به نام جدول درستی یا True Table :
A Y 01
01
و عبارتی نیز برای این گیت بدست می آوریم : Y=A
این گیت که به بافر (Buffer) معروف است ، استفاده زیادی در مداراهای الکترونیکی دارد .
2. گیت NOT با شماتیک
در مدارهای معادل بالا می بینیم که Vin از مسیر R2 و R3 روی آند LED قرار می گیرد و LED روشن می شود ، مگر اینکه ما به نقطه A ورودی اعمال کنیم . در این حالت ترانزیستور روشن شده و جریانی که در R2 ایجاد می شود از طریق کلکتور به امیتر انتقال یافته و از امیتر به زمین می رود و LED خاموش خواهد شد . یعنی به ازای ورودی صفر به A ، Y یک روشن خواهد شد و به ازای ورودی 1 به A ، Y صفر و خاموش خواهد شد .
این گیت که به گیت متمم نیز معروف است دارای عبارت زیر می باشد .
A Y 01
10
Y = Ā
3. گیت AND با شماتیک
این گیت همانطور که می بینید حداقل به دو ورودی A و B نیاز دارد . همانطور که از مدار مشخص است فقط و فقط زمانی که به هرورودی A و B ولتاژ اعمال می شود هر دو ترانزیستور روشن شده و Vin روی آند LED قرار می گیرد و فقط در این صورت است که LED روشن می شود . پس هر گاه یکی از ورودی ها صفر باشد و یا هر دوی آن ها صفر باشند خروجی صفر است و فقط زمانی خروجی یک می شود که هر دو ورودی یک باشند
گیت AND به گیت ضرب کننده معروف است و عبارت آن به شکل زیر است :
Y = AB
A B Y 0 00 1
1 0
1 1
00
0
1
4. گیت OR با شماتیک
مدار بالا یکی از مدارهای معروف الکترونیک به اسم زوج تفاضلی است ، زمانی که ما به هر کدام از ورودی ها ولتاژ اعمال کنیم ترانزیستور مربوطه روشن شده با انتقال Vin به LED باعث روشن شدن آن می شود و زمانی که به هر دو ورودی می دهیم ، اضافه جریان توسط مقاومت R2 به زمین هدایت می شود و باز هم LED روشن می شود . سپس در این مدار کافیست که یکی از ورودی ها یک شود تا خروجی یک گردد و فقط در حالتی که به هر دو ورودی صفر اعمال شود ، خروجی نیز صفر خواهد بود .
گیت OR به گیت جمع کننده معروف است و عبارت آن به شکل زیر می باشد :
Y = A + B
A B Y 0 00 1
1 0
1 1
01
1
1
تا کنون گیت هایی که بررسی کردیم گیت های معمولی و اولیه بودند که اکنون چند گیت ترکیبی را بررسی می کنیم .
5. گیت NAND که ترکیب گیت AND و گیت NOT است :
با شماتیک
همانطور که در مدار بالا پیداست در همه حال از مسیر R2 و R3 ولتاژ راه انداز به LED می رسد و آن را روشن یعنی خروجی را 1 می کند . مگر در حالتی که هم به ورودی A و هم به ورودی B ولتاژ اعمال شود و جریان از کلکتور به امیتر A و از کلکتور به امیتر B راه یافته و به زمین می رسد و فقط در حالتی که هر دو ورودی یک باشد خروجی صفر خواهد بود دقیقا بر عکس گیت AND پس می توان نتیجه گرفت که NOT با هر گیتی که ترکیب شود ، آن را متمم و بر عکس می کند :
A B Y 0 00 1
1 0
1 1
01
1
1
6. گیت NOR که ترکیب گیت OR و NOT است .
همانطور که از مدار بالا برداشت می شود هر کدام از ورودی های A یا B که یک شوند جریان کل از طریق کلکتور به امیتر آن ها به زمین می رود و LED خاموش می شود مگر اینکه هیچ کدام از آن ها یک نباشد و مطابق پیش بینی ما دقیقا متمم و برعکس گیت OR است .
در عبارت بالا دقت شود که Y برابر متمم کل ( A + B ) است .
و این به معنی نیست .در زیر مثالی برای روشن شدن مطلب می آوریم :
7. گیت EXOR یا OR انحصاری (Exclusive OR)
با شماتیک
A B Y 0 00 1
1 0
1 1
10
0
1
این گیت تابع زوج است یعنی به ازای تعداد زوج از یک و صفر خروجی یک خواهد شد .
و عبارت این تابع به شکل زیر است :
8. گیت EXNOR که ترکیب گیت EXOR و NOT است . (Exclusive NOR)
این گیت تابع فرد است یعنی به ازای تعداد فرد از یک و صفر ، خروجی یک خواهد شد .
و عبارت این تابع به شکل زیر است :
A B Y 0 00 1
1 0
1 1
01
1
0
همانطور که دیدیم المان های معمولی الکترونیک که معرفی شدند یعنی مقاومت و ترانزیستور ، تشکیل دهنده گیت های دیجیتال هستند و همین گیت های دیجیتال خود آی سی های دیجیتال را تشکیل می دهند . مثلا آی سی Flash یا CPU تشکیل یافته از تعداد بسیار زیادی از این گیت ها هستند که خود این گیت ها تشکیل یافته از المان هایی مثل ترانزیستور و مقاومت هستند .
بعد از آشنایی با گیت ها چند مدار کاربردی در گوشی های تلفن همراه را با هم بررسی می کنیم که اکثرا به صورت قطعات رابط استفاده می شوند .
