Układy cyfrowe logiczne to podstawowe elementy nowoczesnej elektroniki. Stosuje się je w komputerach, urządzeniach przenośnych, systemach automatyki czy telekomunikacji.
Układy te wykonują operacje logiczne, takie jak porównywanie, przetwarzanie danych czy sterowanie urządzeniami, przy wykorzystaniu dwóch stanów logicznych: 0 (niskie napięcie) i 1 (wysokie napięcie).
W artykule przyjrzymy się najważniejszym rodzajom układów cyfrowych logicznych i omówimy ich zastosowania.
W tym artykule:
Sponsorowane
Sprzedawane przez MB&SP.com
Co to są układy cyfrowe logiczne?
Układy cyfrowe logiczne składają się z bramek logicznych (AND, OR, NOT i innych) realizujących różnorodne operacje logiczne. Mogą być projektowane jako:
Układy kombinacyjne – ich wyjście zależy tylko od aktualnego wejścia.
Układy sekwencyjne – ich wyjście zależy od wejścia oraz wcześniejszego stanu (np. rejestry, przerzutniki).
Dzięki tej różnorodności można je wykorzystać w wielu zastosowaniach, od prostych kalkulatorów po zaawansowane procesory komputerowe.
Rodzaje układów cyfrowych logicznych
1. Bramki logiczne
Podstawowy element każdego układu cyfrowego. Bramki logiczne wykonują operacje:
AND (iloczyn logiczny)
OR (suma logiczna)
NOT (negacja)
NAND, NOR, XOR, XNOR
Bramki te są fundamentem bardziej złożonych układów, takich jak sumatory, rejestry czy procesory.
2. Multipleksery i Demultipleksery
Multiplekser (MUX) – wybiera jedno z wielu wejść i przekazuje je na wyjście.
Demultiplekser (DEMUX) – kieruje sygnał wejściowy na jedno z wielu wyjść.
Stosowane są w transmisji danych i przełącznikach cyfrowych.
3. Sumatory i układy arytmetyczne
Sumatory to układy logiczne zdolne do wykonywania operacji dodawania.
Półsumator – wykonuje dodawanie dwóch bitów.
Pełny sumator – uwzględnia dodatkowo bit przeniesienia.
W bardziej zaawansowanych systemach tworzą podstawę układów arytmetycznych (ALU).
4. Rejestry i przerzutniki
Rejestry – przechowują dane w postaci binarnej. Są zbudowane z przerzutników.
Przerzutniki – układy sekwencyjne przechowujące jeden bit danych.
Przerzutnik D (Data)
Przerzutnik T (Toggle)
Przerzutnik JK
Stosowane są w pamięciach, licznikach i procesorach.
5. Liczniki i zegary
Liczniki – liczą impulsy zegarowe. Mogą być jednokierunkowe (do przodu) lub dwukierunkowe (do przodu i do tyłu).
Zegary – generują sygnały o określonym cyklu, co jest kluczowe w synchronizacji procesów.
6. Układy pamięci
RAM (Random Access Memory) – pamięć o swobodnym dostępie, stosowana jako pamięć operacyjna.
ROM (Read-Only Memory) – pamięć tylko do odczytu, przechowująca dane na stałe.
Układy pamięci są nieodzowną częścią każdego systemu cyfrowego.
7. Procesory i mikrokontrolery
Procesory – jednostki centralne (CPU), które przetwarzają dane w komputerach.
Mikrokontrolery – procesory zintegrowane z pamięcią i układami wejścia/wyjścia, stosowane w systemach wbudowanych (np. Arduino).
Najpopularniejsze układy cyfrowe logiczne TTL i CMOS
Jeżeli nie wiesz co to TTL i CMOS to koniecznie zapoznaj się z artykułem CMOS vs TTL
Rodzaj układu | Przykłady |
Bramki logiczne | 7400 (NAND), 7402 (NOR), 7408 (AND), 7432 (OR), 7404 (NOT) |
Multipleksery | 74151 (8-wejściowy MUX), 74153 (4-wejściowy podwójny MUX) |
Sumatory | 7483 (4-bitowy sumator) |
Przerzutniki | 7474 (D-przerzutnik), 7476 (JK-przerzutnik) |
Liczniki | 7490 (dziesiętny licznik), 74193 (modulo-16 licznik) |
Pamięci | 6264 (8KB RAM), 2716 (2KB EPROM) |
Procesory i kontrolery | 8086 (Intel CPU), 8051 (mikrokontroler), ATmega328 (Arduino Uno) |
Nazwa układu | Opis funkcji |
CD4011 | Czterokrotna bramka NAND |
CD4001 | Czterokrotna bramka NOR |
CD4071 | Czterokrotna bramka OR |
CD4069 | Sześciokrotna bramka NOT (inwertery) |
CD4020 | Licznik binarny z 14-stopniowym dzielnikiem |
CD4013 | Podwójny przerzutnik typu D |
CD4017 | Licznik dziesiętny z dekoderem wyjścia (idealny do sekwencerów) |
CD4051 | Multiplekser/demultiplekser analogowy 8:1 |
CD4030 | Czterokrotna bramka XOR |
CD4093 | Czterokrotna bramka NAND z funkcją Schmitta (odporność na zakłócenia sygnału) |
Podsumowanie
Układy cyfrowe logiczne są podstawą współczesnej elektroniki, a ich różnorodność pozwala na budowanie systemów od prostych sterowników po zaawansowane procesory. Rozumienie tych układów i ich zastosowań otwiera drogę do projektowania nowoczesnych urządzeń.
Jeśli szukasz komponentów do swoich projektów, sprawdź naszą ofertę w kategorii układów cyfrowych logicznych na mbsp.com.pl!
Comments