Qu'est-ce qu'un circuit numérique: conception et ses applications

Les circuits numériques ou l'électronique numérique sont une branche de l'électronique qui traite des signaux numériques pour effectuer diverses tâches afin de répondre à diverses exigences. Le signal d’entrée appliqué à ces circuits est de forme numérique, qui est représentée au format de langage binaire 0 et 1. Ces circuits sont conçus en utilisant portes logiques comme les portes AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR qui effectuent des opérations logiques. Cette représentation aide le circuit à passer d'un état à un autre pour fournir une sortie précise. Les systèmes de circuits numériques sont principalement conçus pour surmonter l'inconvénient des systèmes analogiques qui sont plus lents et les données de sortie obtenues peuvent contenir une erreur.

Qu'est-ce qu'un circuit numérique?

Définition : Un circuit numérique est conçu en utilisant un certain nombre de portes logiques sur un seul circuit intégré - IC. L'entrée de tout circuit numérique est sous la forme binaire «0» et «1». La sortie obtenue lors du traitement de données numériques brutes est d'une valeur précise. Ces circuits peuvent être représentés de 2 manières soit de manière combinatoire, soit de manière séquentielle.

Bases du circuit numérique

La conception de circuits numériques a d'abord été lancée avec une conception de relais, tubes à vide ultérieurs, Logique transistor-transistor TTL , Logique couplée à l'émetteur, et Logique CMOS. Ces conceptions utilisent un grand nombre de portes logiques telles que AND, OR, NOT, etc. intégrées sur un même circuit intégré. L'entrée et la sortie des données numériques sont représentées dans le table de vérité logique et chronogramme.

Niveau logique

Les données numériques sont représentées dans un format logique, c'est-à-dire au format «0» et «1». Où la logique 0 représente que le signal est bas ou «GND» et logic1 représente le signal est haut ou connecté à l'alimentation «VCC» comme indiqué ci-dessous

Niveau logique

Table de vérité logique

Une table de vérité logique est une représentation mathématique de la performance du signal numérique lorsqu'il est passé à travers le circuit numérique. Le tableau se compose de 3 colonnes: la colonne d'horloge, la colonne d'entrée et la colonne de sortie. Par exemple, la table logique de la porte NOT est représentée comme suit

Diagramme de temps

Le comportement du signal numérique est représenté au format du domaine temporel, par exemple, si nous considérons PAS la table de vérité de la porte logique, le chronogramme est représenté comme suit lorsque l'horloge est haute, l'entrée est basse, puis la sortie devient haute. De même, lorsque l'entrée est élevée, la sortie devient faible.

Diagramme de temps

portes

Une porte logique est un composant électronique implémenté à l'aide d'une fonction booléenne. Les portes sont généralement implémentées à l'aide de diodes, de transistors et de relais. Il existe différents types de portes logiques: AND, OR, NOT, NANAD, NOR, XOR. Parmi lesquels AND, OR, NOT sont des portes de base et NAND et NOR sont la porte universelle. Considérons la représentation de la porte ET comme ci-dessous, qui a 2 entrées et une sortie.

ET Porte

La table de vérité de AND gate

Diagramme de synchronisation de la porte AND

Il existe de nombreuses façons de construire un circuit numérique qui utilise soit des portes logiques en créant une logique combinatoire, un circuit logique séquentiel, soit par un dispositif logique programmable qui utilise des tables de consultation, ou en utilisant une combinaison de nombreux circuits intégrés, etc. sont conçus en utilisant le format de circuit combinatoire et séquentiel comme indiqué ci-dessous

Circuit logique combinatoire

C'est une combinaison de diverses portes logiques comme AND, OR, NOT. La conception de la logique combinatoire est faite de telle manière que la sortie dépend de l'entrée présente et que la logique est indépendante du temps. Circuits logiques combinés sont classés en 3 types, ils sont

Circuit logique combinatoire

• Fonctions arithmétiques et logiques: Additionneurs, Soustracteurs , Comparateurs , PLD
• Transmissions de données: Multiplexeurs, démultiplexeurs , Encodeurs, décodeurs
• Convertisseurs de code: Binaire , BCD , 7 segments.

Circuit séquentiel

La conception du circuit séquentiel est différent du circuit combinatoire. Dans un circuit séquentiel, la logique de sortie dépend à la fois des valeurs d'entrée présentes et passées. Il se compose également d'un élément de mémoire qui stocke les données de traitement et traitées. Les circuits séquentiels sont classés en 2 types, ils sont,

• Circuit synchrone
• Circuit asynchrone

Certains des exemples de circuits séquentiels sont des bascules, horloges , compteurs , etc.

Schéma de circuit séquentiel

Conception de circuits numériques

Les circuits numériques peuvent être conçus de la manière suivante:

• Utilisation de la représentation séquentielle du système et de la représentation combinatoire du système
• Utilisation des méthodes mathématiques en réduisant les algorithmes de redondance logique comme K-Map , Algèbre de Boole , Algorithme QM, diagrammes de décision binaire, etc.
• Utiliser des machines de flux de données constituées de registres et les autobus ou fil. Les données sont communiquées entre divers composants à l'aide de bus et de registres. Ces machines sont conçues en utilisant des langages de description de matériel comme VHDL ou Verilog .
• Un ordinateur est une machine logique de transfert de registre à usage général conçue à l'aide d'un microprogramme et processeur micro-séquenceur.

Problèmes de conception de circuits numériques

Étant donné que les circuits numériques sont constitués de composants analogiques tels que des résistances, des relais, des transistors, des diodes, des bascules, etc. Il est nécessaire de noter que ces composants n'affectent pas le comportement du signal ou des données pendant le fonctionnement du circuit numérique. Voici les problèmes de conception qui sont généralement observés,

• Des problèmes tels que des problèmes peuvent survenir en raison d'une conception inappropriée du système
• Une synchronisation incorrecte d'un signal d'horloge différent conduit à une métastabilité dans le circuit
• Les circuits numériques calculent plus fréquemment en raison de l'immunité élevée au bruit.

Exemples de circuits numériques

Voici les exemples de circuits numériques

• Téléphones portables
• Radios
• Calculatrices, etc.

Avantages

Voici les avantages

• La précision et la programmabilité sont élevées
• Sauvegarde facile des données numériques
• Immunité au bruit
• De nombreux circuits numériques peuvent être intégrés sur un seul circuit intégré
• Très flexible
• Grande fiabilité
• Un taux de transmission élevé
• Hautement sécurisé.

Désavantages

Voici les inconvénients

• Ils fonctionnent uniquement sur des signaux numériques
• Consomme plus d'énergie que les circuits analogiques
• La dissipation thermique est plus
• Coût élevé.

Applications

Voici les applications

• ADC - Convertisseur analogique-numérique
• DAC - Convertisseur numérique-analogique
• Générateur de signal
• CRO
• À carte à puce , etc.

FAQ

1). À quoi servent les circuits numériques?

Les circuits numériques sont utilisés pour effectuer des opérations logiques booléennes.

2). Comment fonctionne le circuit numérique?

Le circuit numérique fonctionne avec des signaux discrets, qui sont représentés sous la forme binaire de 0 et de 1.

3). Quels sont les composants de base du circuit numérique?

Les composants de base des circuits numériques sont des bascules, des diodes, des transistors, des portes, etc.

4). De quoi est fait un circuit?

Un circuit électronique est composé d'un certain nombre de composants passifs et actifs, qui sont connectés à l'aide de fils conducteurs.

5). Nommez quelques exemples de composants actifs et passifs?

• Des exemples de composants actifs sont les diodes, les circuits intégrés, les tubes à vide triodes, etc.
• Des exemples de composants passifs sont la résistance, le condensateur, l'inductance, le transformateur, etc.

6). Pourquoi utilisons-nous une résistance dans les circuits?

Nous utilisons une résistance dans le circuit afin de contrôler le flux de courant.

Un circuit électronique est composé d'un certain nombre de composants passifs et actifs, qui sont connectés à l'aide de fils conducteurs. Ils sont deux types de circuits ce sont des circuits analogiques et des circuits numériques. L'entrée d'un circuit analogique est un signal variable continu, qui fournit des informations de signal comme le courant, la tension, etc. Le signal d'entrée du circuit numérique est dans un format de domaine temporel discret, qui est représenté en «0» et «1». Il fournit la force des signaux, le rapport de bruit, l'atténuation, etc., les propriétés d'un signal numérique. Le principal avantage de l'utilisation de circuits numériques est qu'ils sont faciles à mettre en œuvre et à comprendre.