Цифрова електроника

Цифрова електроника, Цифрова техника или Импулсна техника е раздел от електрониката, който изучава цифровите сигнали и проектирането на съответните устройства. Тя представлява усъвършенстване на и контрастира с аналоговата електроника, основана на аналогови сигнали.

Цифровите електронни схеми обикновено съдържат голям брой логически елементи, често реализирани като интегрална схема. Дори сложни устройства могат да се възпроизведат в електронен цифров вид чрез използване на Булеви логически функции.^[1]. В съвременните електронни схеми цифровата електроника е предпочитана поради многофункционалността, повишената степен на интеграция и свеждането на понятията към логически функции.

История

Още през Средновековието математиците се стремели да представят числата чрез логически функции. Готфрид Лайбниц усъвършенства двоичната бройна система и установява, че при нея могат да се съчетаят принципите на аритметиката и логиката. За основа на цифровата електроника се счита създадената в средата на XIX век Булева алгебра. Тя е наричана още и математическа логика и е въведена от английския физик Джордж Бул през 1854 г. Освен революционната си идея Бул представя ясни методи за представяне на математическите функции в логически вид. Булевата алгебра работи основно с две величини – 0 или 1. Ако се интерпретират като сигнали, тези две величини в съвременните електронни средства са дефинирани технически като електрическо напрежениесъс стойности в диапазона от 0 до 5 – 5,8 V в зависимост от състоянието на сигнала. Тези сигнали могат да се предават, обработват и запаметяват много лесно.

През 30-те години на XX век американският учен Клод Шанън разработва различни превключващи електрически вериги. Правят се различни схеми с диоди и електронни лампи за създаване на някакъв сигнал, формиран от няколко прости сигнала, дефинирани в един интервал. Резултатите от тези експерименти довеждат до създаването на различни логики. Диодната логика и ламповата логика се смятат за едни от първите логически структури за формирането на логически елементи и схеми. Използването и експериментирането с различни елементи води до създаването на нови логики и логически фамилии. През 50-те години на XX век диодната и резисторната логика са доусъвършенствани. През 60-те години с навлизането на транзисторите се ражда ТТЛ логиката, изградена от схеми, в основата на които е биполярен транзистор. В края на 60-те и началото на 70-те се въвежда нова, CMOS логика, изградена върху полеви транзистор.

Днес за формирането на логически функции и схеми се използват различни логики и логически функции. След създаването на нови видове транзистори, се създават и схеми с различни транзистори и нови химични съединения. С разработката на новите логически схеми се постига по-голямо бързодействие и по-малка консумация на енергия.

Основни логически функции

Основна статия: Логически елемент

функция НЕ (инвертор)
функция И (логическо умножение)
функция ИЛИ (логическо събиране)
функция изключващо ИЛИ
функция И-НЕ
функция ИЛИ-НЕ
функция изключващо ИЛИ-НЕ

Представянето на тези функции може да бъде извършено чрез таблица за истинност, логически израз или карта на Карно.

Логически схеми

буфери-схема свързана с други схеми за съгласуване на сигналите
схеми за извършване на основни математически операции с двоични числа
схеми за повтаряне или предаване на подаден сигнал

Запаметяващи клетки

Т-Тригери
Д-Тригери
Ер-Ес Тригери
Ер-Ес-Ц Тригери
Жи-Ка Тригери

Комбинационни логически схеми

Основна статия: Комбинационна логическа схема

Последователни логически схеми

Генератори на импулси

Мултивибратор

Други

Магистрални усилватели
Индикатори
Цифрово-аналогови преобразуватели

Източници

↑ Null, Linda, Lobur, Julia. The essentials of computer organization and architecture. Jones & Bartlett Publishers, 2006. ISBN 978-0-7637-3769-6. p. 121. We can build logic diagrams (which in turn lead to digital circuits) for any Boolean expression... (на английски)

Digital Electronics: Principles, Devices and Applications Anil K. Maini 2007 John Wiley & Sons, Ltd. ISBN 978-0-470-03214-5
Биография на Джордж Бул
История на революцията в електрониката((en))
Цифрова схемотехника((en))
Логически елементи((en))

[1] Null, Linda, Lobur, Julia. The essentials of computer organization and architecture. Jones & Bartlett Publishers, 2006. ISBN 978-0-7637-3769-6. p. 121. We can build logic diagrams (which in turn lead to digital circuits) for any Boolean expression... (на английски)

[1]