Artykuł partnera
Żyjemy obecnie w erze cyfrowej. Warto więc pokrótce zapoznać się z zasadami działania układów cyfrowych, zaletami tych rozwiązań, a także dowiedzieć się, w jakich dziedzinach gospodarki, a pośrednio także naszego życia, znajdują one zastosowanie.
Trochę definicji
Układy cyfrowe są wykorzystywane w stosowanych obecnie układach elektronicznych w miejsce używanych dawniej wersji analogowych. Zgodnie z założeniem, sygnały napięciowe przyjmują określoną liczbę poziomów, do których przypisywane są wartości liczbowe. Najczęściej uzyskuje się dwa poziomy napięć: 0 i 1. Układy cyfrowe przetwarzają informację źródłową otrzymaną formie analogowej, którą przekształcają później do postaci cyfrowej. Może się także zdarzyć, że informacja uzyskiwana przez dany układ ma już postać cyfrową.
Zasada działania układów cyfrowych
Układy cyfrowe realizują swoje operacje zgodnie z algebrą Boole’a i z tego powodu nazywane są też układami logicznymi. Obecnie układy cyfrowe budowane są w oparciu o bramki logiczne, realizujące elementarne operacje znane z algebry Boole’a: iloczyn logiczny (AND, NAND), sumę logiczną (OR, NOR), negację NOT, różnicę symetryczną (XOR) itp. Ze względu na stopień skomplikowania współczesnych układów cyfrowych wykonuje się je w postaci układów scalonych, których złożoność określana jest mianem stopnia scalenia. Mierzy się go liczbą bramek elementarnych lub poszczególnych elementów, z których jest zbudowany. Wg tej klasyfikacji układy scalone dzielimy więc na te o małym stopniu scalenia (do bramek lub do stu elementów), średnim stopniu scalenia (10-100 bramek i od 100 do 1000 elementów), dużym i bardzo dużym (odpowiednio od 100 do 1000 bramek i od 1000 do 100000 elementów oraz ponad 10 000 do 1 mln bramek i powyżej 100000 elementów). Pierwszy na świecie układ scalony, zbudowany został w 1958 roku i składał się z 1 tranzystora, 3 rezystorów oraz jednego kondensatora, a jego budowniczy, Jack Kilby, otrzymał za niego nagrodę Nobla. Obecnie, z uwagi na stopień skomplikowania układów, ich projektowanie jest wspomagane komputerowo.
Rodzaje układów cyfrowych
Ze względu na sposób przetwarzania informacji, rozróżnia się dwie główne grupy:
- Układy kombinacyjne – czyli „bez pamięci”, w których sygnały wyjściowe są zawsze takie same dla określonych sygnałów wejściowych;
- Układy sekwencyjne – czyli „z pamięcią”, w których stan wyjść zależy nie tylko od aktualnego stanu wejść, ale również od stanów poprzednich.
Innym kryterium klasyfikacji układów cyfrowych jest technologia ich wytwarzania lub schemat zasadniczy podstawowego funktora. Wg tej zasady wyróżniane są układy bipolarne DTL, RTL, ECL, TTL, CTD MOS i inne, przy czym obecnie niektóre z nich nie są już stosowane w praktyce. Aktualnie największą popularnością cieszą się układy TTL i CMOS. Szeroki wybór układów cyfrowych należących do tych kategorii dostępny jest w sklepie Micros.pl.
Zalety układów cyfrowych
Należy do nich przede wszystkim możliwość bezstratnego kodowania i przesyłania informacji, a także uproszczony zapis i przechowywanie informacji cyfrowej. Kolejnym plusem jest mniejsza wrażliwość na zakłócenia elektryczne. Do niezaprzeczalnych zalet układów cyfrowych zalicza się również możliwość tworzenia układów programowalnych, których działanie określa program komputerowy.
Zastosowanie układów cyfrowych.
Układy cyfrowe są obecnie powszechnie stosowane w wielu dziedzinach życia i gospodarki, a szczególnie w działach, w których konieczne jest przekształcanie sygnałów analogowych w cyfrowe, np. w telekomunikacji, rejestracji. Ich zastosowanie jest także konieczne w przekształcaniu dźwięku i obrazu, w rejestracji warunków otoczenia, w kryptografii, astronautyce, wojskowości, aeronautyce i wielu innych.
