تقنية رقمية
تهتم التقنية الرقمية (إنجليزي: Digital electronics) بتحويل الإشارات التناظرية (قيم متصلة) إلى رقمية (قيم متبترة) والعكس (محول رقمي تناظري\محول تناظري رقمي)، كما تهتم بمعالجة الاشارات الرقمية.
بنية
على عكس التقنية التناظرية تشتغل التقنية الرقمية بإشارات متبترة بدلا من إشارات متصلة. بالاضافة إلى ذلك تتوفر الإشارات غالبا على رصيد قليل فقط من القيم وفي العادة على قيمتين. هذه القيم هي في الغالب 1 و0 أوH (مرتفع) وL (منخفض) والتي تمثل الثوابت المنطقية سليم وخطأ. اذا كان المستوى المرتفع ممثلا ب 1 والمستوى المنخفض ممثلا ب 0 فإننا نتحدث عندها عن منطق موجب، أما في الوضع المعاكس فإننا نتحدث عن منطق سالب. زيادة على ذلك يجب الأخذ بعين الإعتبار حالات أخرى للدوائر على أرض الواقع. نأخذ على سبيل المثال الحالة المجهولة والحالة ذات المقاومة العالية. تتكون الدارات الرقمية أساسا من عناصر المنطق، مثل بوبات ليس، و، ليس و، أو، ليس أو، أواستثنائية، ليس أواستثنائية وأخريات، والتي يتم بواسطتها ربط المعلومات الرقمية المتكونة من نعم/لا، مثلا في إطار العدادات والقلابات، وتأتي المعالجات كمثال للاستعمالات المعقدة. نظريا يكفي نوع واحد من البوبات ("ليس و" أو"ليس أو")، التي تأخذ في هذه الحالة اسم "أساس"، لبناء جميع الوظائف المنطقية الأخرى. في التقنية الرقمية يؤخذ النظام الثنائي غالبا كأساس حين استخدام جبر الربط (حسب التمييز فوقه لنعم/لا). إلى غير ذلك فإنه يمكن إنشاء دالة ربط لكل عنصر منطقي تصف طريقة عمله. في المجال التطبقي يستخدم عادة فقط بوابات ليس ونظرا لتمكينها تقليد وظائف البوابات الأخرى. يمكن حتى تتضمن الدارات الرقمية إضافة إلى الوظائف المنطقية أيضا عناصر متعلقة بالوقت، فضلا عن ذلك يمكن حتى تشتغل تبعا لساعة أولأحوال (متزامن\غير متزامن). إذا تضمنت الدائرة الرقمية فقط عناصر منطقية دون إقران انحداري للمخارج على المداخل فإننا نتحدث عن دائرة توافقية. أما إذا تم استعمال الذاكرة أوإقران مخرج على الأقل بمدخل فإن الأمر يتعلق حينها بدائرة تتابعية أوأيضا آلة مجردة. يتكون المتحكم الدقيق أوالمعالج أساسا من هذه العناصر المنطقية والذي يطور عبر ناقل للبيانات بالذاكرة والأنواع الأخرى من المكونات الرقمية.قد يكون تطبيق الترابطات المنطقية بشكل متصاعد زمنيا ممكنا. ويمكن حتى تكون هذه ملتصقة بأسلاك أومبرمجه.
بوابات منطقية
كما أشرنا إلى ذلك سابقا فإن البوابات المنطقية تشكل عناصر البناء الأساسية للدوائر الرقمية. فيما يلى سيتم الحديث بعجالة عن أبرز البوابات المنطقية. للمزيد من التفاصيل عن طريقة عمل مختلف البوابات تقدر زيارة الموضوعات تحت الرابط. ولشرح وظيفة مختلف البوابات المنطقية سنستخدم دالة ربطها وجدول الحقيقة.
بوابة النفي (ليس) (انجليزي: NOT)
بوابة النفي (أيضا بوابة ليس) هي أبسط وظيفة منطقية رقمية. وتتوفر على مدخل واحد فقط. المخرج يقلب الحال المنطقي للمدخل.
- (نقرأ: y ليست x)
جدول الحقيقة
| x | y |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
بهذا فالمخرج هوتكملة المدخل.
بوابة و(انجليزي: AND)
بوابة و(الربط بين الأسلاك يتم عن طريق "بوابة و" ويطلق على ذلك اسم العطف) هي أيضا من العناصر الهامة في منطق الدوائر. خلافا لبوابة ليس تتوفر بوابة العطف على الأقل على مدخلين تقوم بمقارنتهما. إلى غير ذلك فإن دالة الربط تختلف عن دالة ربط بوابة ليس:
جدول الحقيقة
| x1 | x0 | y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
للحصول على القيمة المنطقية 1 في المخرج y يجب حتىقد يكون المدخلين كلاهما تحت القيمة المنطقية 1.
بوابة أو(انجليزي: OR)
تتوفر بوابة أوأيضا على الأقل على مدخلين تقوم بمقارنتهما (ربط الأسلاك عن طريق بوابة أويطلق عليه اسم الفصل). وعلى خلاف بوابة وتعقب القيمة المنطقية 1 في المدخل تلقائيا القيمة المنطقية 1 في المخرج.
جدول الحقيقة
| x1 | x0 | y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
للحصول على القيمة المنطقية 1 في المخرج y يجب حتىقد يكون أحد المدخلين أوكلاهما تحت القيمة المنطقية 1.
بوابة أوالإستثنائية (انجليزي: XOR)
على عكس بوابة أويجب حتى تتوفر بوابة أوالإستثنائية على مدخل واحد فقط تحت القيمة المنطقية 1 لكي يشير المخرج إلى القيمة المنطقية 1.
جدول الحقيقة
| x1 | x0 | y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
ليس و- ليس أو- ليس أواستثنائية (انجليزي: NAND - NOR - XNOR)
بوابة ليس وتتكون من "بوابة و" تليها "بوابة ليس". بموجب ذلك فإن بوابة ليس أوهي بوابة أووتليها بوابة ليس، وبوابة ليس أواستثنائية هي بوابة أواستثنائية وتليها بوابة ليس. بواسطة بوابة ليس ووبوابة ليس أووبالربط المناسب فإنه يمكننا تقليد جميع البوابات المنطقية الأخرى.
مزايا الأنظمة الرقمية
- الوضوح
- لايوجد امتداد للأخطاء، إلى غير ذلك فإنه يمكن تحقيق أنظمة معقدة جدا، إضافة إلى إمكانية إرسال إشارات على مسافات بعيدة دون ضياع للبيانات
- سهولة الوصف بواسطة الجبر منطقي الشيء الذي يسمح بسهولة التصميم
- بساطة الإختبار
تتجلى مزايا معالجة الإشارة الرقمية مقارنة بالتكنولوجيا التناظرية، إلى جانب التكاليف المنخفضة لعناصر البناء بفضل مستوى التجميع المرتفع والتطوير المبسط، خصوصا في المرونة العالية. بمساعدة معالجات خاصة للإشارة أوحواسيب فإن تحقيق الدوائر على البرامج يصبح ممكنا، هذا ما يمكن تغيير الوظائف بسرعة حسب الإحتياجات. إضافة إلى ذلك فإن استعمال خوارزميات معقدةقد يكون بسيطا، الشيء الذي لا يمكن تحقيقه تناظريا إلا بجهد كبير وذلك إذا أمكن. هناك أدوات تطوير خاصة (CAE) ولغات وصف مثل VHDL أوVerilog تسهل مأمورية المهندسين في التطوير السريع للتطبيقات والدوائر.
مساوئ الأنظمة الرقمية
- عدد المكونات المتطلبة في الدائرة يشكل أضعافه مقارنة بالأنظمة التناظرية (يُعوَض بمستوى تجميع عالي على الرقائق المناسبة)
- ضباع المعلومات أثناء تحويل إشارة تناظرية إلى إشارة رقمية
- يستطيع الإنسان إدراك القيم التناظرية بشكل أسرع (مثال: قراءة الوقت من الساعة) إلا حتى الساعة الرقمية تمكن في نظرة واحدة من إعطاء الوقت بشكل موضوعي
استعمالات
- الخصائص الوراثية مشفَّرة بقيم متبترة
- لغة الانسان تتألف من رموز متبترة
- المال ذوقيم متبترة، بحيث لا يتم وزن المضى
- نقيس الوقت (أيضا على الساعات التناظرية) بعدة قيم متبترة: الساعات والدقائق والثواني، إلى غير ذلك رقميا رغم ان الوقت متصل (تناظري)
- تنقل الهواتف ارقام الهواتف بطريقة متبترة
- تشتغل التيليغرافات أيضا خلال الاتصال بطريقة متبترة
- تاريخيا كان الاتصال اللاسلكي يعمل متبترا وهذا ما كان يتلقاه عامل اللاسلكي منذ فترة طويلة أثناء التدريب
انظر أيضا
- محول تناظري رقمي
- بوابة منطقية
- الترقيم
- إشارة رقمية
مجالات متعلقة
المصدر
الصفحة الألمانية
