Digital

Fra Holstebro HTX Wiki
(Omdirigeret fra Kategori:Digital)
Skift til: navigering, søgning

Digital teknikken eller den digitale logik kan opdeles i to grene gates mm. der dækker Kombinatorisk logik og de forskellige flip-flop typer der dækker Sekventiel logik, som bemærker sig ved at indeholde Hukommelse.

Logiske grundbegreber

For at kunne tale om den digitale teknik, så er der en række grundbegreber, som definerer forskellen til det analoge område inden for elektronik.

Når vi arbejder digitalt, så måler vi godt nok spændinger, men vi tolker dem som Logisk Høj-Lav eller 1 og 0. Dette gør at vi kan udtrykke tingene anderledes og regne med det på andre måder. En grundlæggende ting at kunne forstå er en Sandhedstabel, der angiver hvordan et kredsløb opfører sig, med Indgange og Udgange.

For at kunne kommunikere digital elektronik, så skal vi kunne tegne diagrammer for de forskellige Logik symboler. Der er desværre udviklet forskellige Digitale Diagram-standarder, som gør at man til tider bliver lidt forvirret, hvis man kommer til diagrammer i en ny standard.

Når man arbejder med digitale kredsløb, så kan det nogle steder være praktisk at betragte et sæt af digitale signaler som et tal, og her kan Binære tal være godt at have en forståelse for.

En speciel gren af logikken er at man kan betragte Kontakter som logik, det kan give en mere elektrisk forståelse af hvad der sker i et logisk kredsløb.

Kombinatorisk logik

Den kombinatoriske logik handler om digitale kredsløb, hvor man for hver kombination på indgangene kan sige præcist hvilken kombination udgangen har - der er ikke hukommelse i kombinatorisk logik.

Grundlæggende så består den kombinatoriske logik af Gates, hvor de forskellige grundtyper er Inverter-gate eller NOT-gate, AND-gate og OR-gate. Ud fra disse 3 gates kan man danne NAND-gates, NOR-gates, XOR-gates, og XNOR-gates, som hver kan have en simpel kombinatorisk funktion.

Ved at sætte flere gates sammen, så kan man danne mere komplekse kombinatoriske kredsløb. Det kan være et kredsløb der løser et bestemt kombinatorisk udtryk, eller det kan være en af flere kredsløb, som har en mere generel karakter som Binær Adder, Binær comperator eller Logisk Dekoder. Man kan også med kombinatorisk logik lave en form for Logisk blokering - dette kan også indeholde sekventiel logik.

For at arbejde med et Logisk kredsløb kan man anvende forskellige logiske teknikker, hvor det normalt går ud på at lave Logisk Reduktion, for at simplificere kredsløbet mest muligt. De fleste teknikker tager udgangspunkt i Boolesk Algebra, der er en matematisk gren, der handler om binære tilstande. Der findes en række regneregler for logiske udtryk, hvor et specielt udtryk er De Morgan, som angiver en speciel måde at reducere på. Man kan også anvende Karnaughkort, hvor specielt teknikken til Karnaughkort udlæsning er vigtig. Det giver en bestemt optimeret måde at reducere på, eller man kan anvende Automatisk reduktion, hvis man mere er til det. En speciel gren er at lave NAND-reduktion eller NOR-reduktion, der går ud på at reducere kredsløbet ikke til færrest mulige gates, men færrest mulige gates af een type.

Sekventiel logik

Modsat den kombinatoriske logik, så kan den sekventielle logik give forskellige logiske tilstande på udgangen, med de samme logiske input - forskellen er at den sekventielle logik indeholder hukommelse i en eller anden form, normalt betegnet som en latch eller flip-flop.

Der er forskellige typer flip-flop, hvor de grundlæggende typer er D-flip-flop, RS-flip-flop, JK-flip-flop og Toggle-flip-flop, der hver kan have forskellige varianter afhængigt af hvordan de reagerer på indgangene.

En anden speciel gren af hukommelse er Multivibratorer, hvor en Bistabil Multivibrator kan betragtes som en flip-flop (typisk en Toggle-flip-flop), mens de to andre typer, nemlig Astabil Multivibrator og Monostabil Multivibrator, indeholder en tidsfaktor, hvor den logiske tilstand kan skifte ud fra en given tid (normalt angivet ved et RC-led.

Man kan også anvende sekventiel logik til Logisk blokering, ved at en hukommelse kan angive om der skal blokeres eller ej.

Ved at kombinere flere flip-floper kan man danne forskellige standardkredsløb af generel karakter som Binær counter, BCD-counter, Digital tæller, skifteregister og Digital hukommelse, hvor den sidste kan arbejde med Hukommelses-Data placeret på Hukommelses-Adresser.

Praktiske aspekter

Man kan selvfølgelig bygge logiske kredsløb op fra bunden, enten ved at betragte Kontakter som logik eller man kan lave det med kombinationer af transistorer og modstande, men normalt anvender man en af de gængse Logik-familier, så man kan anvende gates og andre logiske standard komponenter fra forskellige IC Pakninger. De to mest grundlæggende familier er CMOS-logik og TTL-logik, der har hver deres egenskaber og fortrin, men en nyere familie er 74HC-logik, der kombinerer nogle af egenskaberne. Der findes i dag mange forskellige afarter, der hver har deres fordele, men de ting der specielt har betydning er forsynings-spændingen, digital hastighed, hvordan Indgange belaster (hvilke strøm de trækker) og hvordan udgangene er (hvor meget strøm og hvilke spændinger kan de levere).