الإلكترونيات الرقمية

[Mgh]

بسم الله الرحمن الرحيم


الألة الحاسبة - الساعة الرقمية - المفكرة الرقمية - الكمبيوتر - هذه الإختراعات والكثير غيرها مما يحيط بنا يستخدم ذلك الفرع من الهندسة الإلكترونية والمسمى بالإلكترونيات الرقمية .
والإلكترونيات الرقمية تتعامل مع الجهود فى صورة ثنائية (أى أن جهد يمر فى الدارة هو أحد أثنين - جهد مرتفع وجهد منخفض) وهاذان الجهدان بالتغاضى عن قيمتهم الحقيقية يرمز لهما بالحالتين 1 و 0

وفى الإلكترونيات الرقمية توجد ثلاث عناصر أساسية (تسمى بوابات) هم :

بوابة "و" AND gate
بوابة "أو" OR gate
بوابة النفى Inverter gate

وبقدر بساطة عمل تلك العناصر إلا أن فهمها مهم جدا جدا لكل من يريد الدخول لعالم الإلكترونيات الرقمية.

فبتوصيل مجموعات من هذه البوابات يمكن الحصول على دارات رقمية تقوم بعمليات معقدة كجمع رقمين أو العد أو ضرب رقمين أو قسمتهما.


==================
عناصر إتخاذ القرار :
==================
*** أولا أحب أن أتفق معكم على بعض القواعد :
1- "1" منطقى تعنى وجود جهد عالى أحيانا 5 فولت
2- "0" منطقى تعنى وجود جهد منخفض وغالبا يكون أرضى أو 0 فولت.

=================
بوابة "و" AND gate
=================
((( وهى دارة خرجها خرجه واحد منطقى إذا كان كلا دخليه واحد منطقى )))

فلو كان أحد دخليه (1) والأخر (0) فخرج هذه البوابة سيساوى (0) - منطقى
والشكل التالى فى الجزء (a) منه يبين شكل رمز هذه البوابة حيث دخليها هما A و B وخرجها هو C

ولتخيل كيفية عمل هذه البوابة لاحظ الدارة b حيث يجب أن يكون المفتاحين A , B مغلقين حتى يضاء المصباح C
والمفتاحين A ,B يناظران الدخلين للبوابة AND و حالة الغلق لهما تناظر الدخل العالى = 1 أما إضاءة المصباح فتعنى أن الخرج C أصبحت له القيمة 1

أما فى الجدول © والمسمى بجدول الحقيقة Truth Table فتلاحظ جميع الإحتمالات الممكنة للدخل والخرج المرتبط بها (حاول تطبيقها على الدارة (b)).

كما يمكن تمثيل وظيفة تلك البوابة بمعادلة منطقية موضحة فى الشكل (d).

[Mgh]

=================
بوابة "أو" OR gate
=================
((( وهى دارة يكون خرجها "1" منطقى إذا كان أحد دخليها أو كلاهما يساوى "1" منطقى )))

وبقية خواصها تجدها فى الشكل التالى (والشرح كما سبق فى بوابة AND)

[Mgh]

====================
بوابة "عكس" INVERTER
====================
((( وهى دارة يكون خرجها المنطقى عكس دخلها المنطقى)))

وكما هو واضح فى الصورة التالية فإن هذه البوابة لها دخل واحد وخرج واحد . كما يمكن تمثيلها بطريقتين كما بالشكل (a) - أى الدائرة أمام المثلث أو خلفه -
كما أن المعادلة المنطقية لهذه البوابة (موضحة بالشكل c) لاحظ الخط فوق الدخل A وهذا الخط سنشير إليه أحيانا بالشكل Not(A) لعدم إمكانية كتابة الخط العلوى فى المنتدى .

[Mgh]

هذه نظرة سريعة مبتدأه أتمنى أن تكون مفهومة لديكم وأتمنى وضع أسئلتكم حولها قبل إكمال الموضوع ؟

[حاتم]

شكرا لك  على هذه الدروس القيمة وأرجو المتابع لأني هاوي إلكترونيك وأريد أن أتعلم الإلكترونيات الرقمية  ولكن عند سؤال وهو بعد تعلم الإلكترونيات الرقمية  في ماذا تساعدني أي ماهي مجالات إستخدامها وإن أمكن مثال بسيط  وجزاكم الله خيرا
مع العلم لقد درست في مدرسة خارجية هذه المعلومات البسيطة وكذلك القليل من الجبر البوليني أي عندي خلفية جيدة تمكنني من فهم الدروس الأولى أرجومنك مواصلة الدروس

[Electronic boy!]

أشكر الأستاذ الفاضل MGH على هذا المجهود الجبار ..
وأحب أن أضيف عدة نقاط :

1- الجهد المرتفع الذي يمثل القيمة 1 في الإلكترونيات الرقمية لا يعني بالضرورة أنها نبضة لحظية ، فمثلاً قد تستمر القيمة 1 مدة خمس ثواني على جزء معين في الدائرة ، وتقسم إلى أجزاء بحسب نبضات الساعة حتى يتم تعريف القيم ( عدد البتات ) فلو استمرت القيمة 1 لمدة ثلاث ثواني وكان هناك نبضات ساعة  تعطي نبضة كل ثانية فإن الناتج سيتم تعريفه بثلاثة بتات وتكتب ( 111 ) ، ولا يعني هذا أنها ثلاث نبضات متتالية ، فلو كانت ثلاث نبضات متتالية لكتب الناتج هكذا ( 10101 ) ، وذلك لأن بين كل نبضة مرتفعة قيمة منخفضة تمثل المنطق المنخفض ( 0 ) ، ونفس الشيء بالنسبة للقيمة ( 0 ) .

2- في التطبيقات المعقدة قد تكون هناك عدة دخول للبوابة المنطقية ، فمثلاً قد تستخدم بوابة OR بثمانية مداخل ... ( ولا أدري إذا كان هناك بوابات منطقية بأكثر من خرج ، أنتظر الإجابة من الأخ MGH ) .

3- يمكن تعريف البوابات الرقمية على أنها إستجابة الخرج لحالات متعددة من المداخل .

4- قرأت في كتاب ( أنه في حالات خاصة يطلق 1 على المنطق المنخفض و 0 على المنطق العالي ،، فما تفسير ذلك ؟ ) .

5- في بعض الحالات يكون المنطق العالي أقل قليلاً من جهد التغذية ، فلو كان جهد التغذية 5 فولت ، فقد يكون المنطق ( 1 )  4.75 فولت ، وقد يكون المنطق المنخفض أعلى قليلاً من جهد الأرضي ، فقد يكون 0.3 فولت .... وكل هذه الفروقات لا تذكر ، ويمكن تقريبها إلى الأعداد الصحيحة لنتجنب وجع الرأس !!
إلى اللقاء ..

[حاتم]

شكرا لك Electronic boy على التوضيح كما أرجو منكم إتمام الدروس وجزاكم الله خيرا ووضعه في ميزان حسناتكم

[Mgh]

أخى حاتم .. أشكرك على متابعتك وأترك الرد على سؤالك لتكتشفه بنفسك من خلال المتابعة والبحث فى هذا الموضوع . ولا تبخل علينا بأى معلومة جديدة تصل إليها.

أخى إلكترونيك بوى .. أشكرك من كل قلبى على مشاركتك المفيدة وأتمنى أن نرى مثلها الكثير.

- بالنسبة للبوابات المنطقية التى لها أكثر من دخل فهى موجودة (وسأتناولها فى الشرح التالى) أما عن وجود عدة مخارج للبوابة الواحدة فلاأجد سبب منطقى لفعل ذلك (أى لصنع بوابة بعدة مخارج) ويمكنك أخذ الخرج وتوصيله بعدة أسلاك وأستخدامهم كلا على حدة.

- بالنسبة للجهد العالى والمنخفض وتعريفهما بالحالة (0) أو (1) فهذا شيىء أصطلاحى يمكن لأى مجموعة الإتفاق عليه وتحديده بحيث يتم المناقشة على أساس التحديد المسبق .

- أما عن الفترة الزمنية التى يجب أن تظل الإشارة فيها على الدخل قبل أن تتغير فترجع إلى سرعة إستجابة الدارة وقدرتها على تنفيذ جميع العمليات الداخلية فيها وإخراج الخرج فى تلك الفترة.

--------------------------------
وعودة إلى ما تكلمنا عنه فى المرة السابقة فإن البوابات الأساسية الثلاث AND و OR و INVERTER تتواجد فى مجموعات داخل دارات متكاملة فمثلا البوابة AND يوجد منها أربع فى الدارة المتكاملة 7408 والبوابة INVERTER يوجد منها 6 فى الدارة 7404 والبوابة OR يوجد منها أربع فى الدارة المتكاملة 7432

[Mgh]

كما أن تلك البوابات الثلاث يمكنها تكوين جميع الدارات والبوابات المنطقية الأخرى.
فمثلا : لاحظ الدارة التالية التى تتكون من دارتين AND مكونتين دارة AND ذات أربع دخول.
(((أتمنى من المتابعين تتبع الدخول خلال البوابتين حتى يحصلوا على الدخل ومطبقين ذلك على المعادلة المنطقية)))

[Mgh]

وفى مثال أخر نرى بوابتين مختلفتين يجتمعان لتكوين دارة ذات عمل مختلف عن عملهما.
(((أتمنى من المتابعين تتبع الدخول خلال البوابتين حتى يحصلوا على الدخل ومطبقين ذلك على المعادلة المنطقية)))

[Mgh]

وفى مثال أكثر تعقيدا لدارة مكونة من ثلاث بوابات ولها أربع دخول نرى الشكل التالى :

(((أتمنى من المتابعين تتبع الدخول خلال البوابتين حتى يحصلوا على الدخل ومطبقين ذلك على المعادلة المنطقية)))

-- لاحظوا تزايد إحتمالات الدخل من 8 فى حالة وجود ثلاث مداخل للدارة إلى 16 حالة فى وجود أربع مداخل للدارة (وعدد الإحتمالات هذا يتحدد بـ 2 أس عدد المداخل).

[Mgh]

ونتيجة لمحاولات تركيب دارات منطقية من تلك البوابات الأساسية الثلاث ظهرت دارات جديدة أصطلح على تعريفها كبوابات وأصبح لها رموز معروفة نراها فى الدارات الرقمية بدلا من رسمها بصورة تفصيلية.

ومن هذه البوابات الجديدة بوابة NAND وهى دارة مركبة من البوابتين AND و INVERTER
ويعطى خرجها (1) دائما إلا فى حالة كون كلا الدخلين فى حالة (1).

-- لاحظ المعادلة المنطقية لهذه الدالة ووجود الخط الأفقى فوق A.B يعنى القيمة العكسية Inverted للقيمة A.B (وسوف نكتبها أحيانا NOT(A.B) )

-- لاحظ أيضا وجود الدائرة فى مقدمة الرمز NAND والتى تدل إختصارا على البوابة INVERTER .

[Mgh]

أما الدارة الثانية والمشتقة من البوابات الأساسية هى البوابة NOR وهى مكونة من البوابتين OR و INVERTER :

[Mgh]

أما الدارة الجديدة والأكثر تعقيدا من أخواتها هى البوابة EXCLUSIVE OR أو تعرف أختصارا ب XOR

-- لاحظ الشكل التالى وفيه الدارة المكافئة والرمز لهذه البوابة والمعادلة المنطقية لها.
-- ولاحظ إختصار المعادلة المنطقية بوضع الرمز (دائرة بداخلها علامة الجمع) بين رمزى الدخل.

[Electronic boy!]

لا شكر على واجب .. فهذا واجبي وواجب كل متعلم ، فالعلم لا يكتم !!
** بارك الله فيك على هذا المجهود الجبار الذي تبذله لإحياء هذا المنتدى ،، وأسأل الله أن يجعله في ميزان حسناتك :
لدي بعض الأسئلة عن هذا القسم :
1- ما هو أقصى عدد من المداخل للبوابة الرقمية الواحدة ؟ ( OR - AND - BUFFER ) وكذلك البوابات المشتقة ( XOR - NAND - NOR ) وغيرها إن وجد .
2- هل يوجد بوابة  - EXCLUSIVE AND - XAND ؟