الدوائر الرقمية : مقدمة : تقسم الدوائر الرقمية أساسا إلى فئتين رئيسيتين : 1- الدوائر المركبة (المجمعة -الموفقة) Combinational circuits. 2- الدوائر الرقمية التتابعية Sequential circuits . · فى الدوائر التوافقية يكون الخرج فى أى لحظة من الوقت معتمدا على الدخل المتواجد عند نفس الوقت وبما يعنى عدم وجود أى نوع من الذاكرة فى هذه الدوائر . · أما فى الدوائر التتابعية فيعتمد الخرج فيها فى أى لحظة من الوقت على الدخل المتواجد عند نفس اللحظة من الوقت بالإضافة إلى الدخول أو الخروج السابقة وهذا يعنى وجود عناصر مستخدمة فى تخزين معلومات سابقة والتى تعرف بعناصر الذاكرة Memory . يمكن أن تحتوى الأنظمة المنطقية التتابعية عند تصميمها على أنظمة فرعية توافقية .
أولا الدوائر والاجهزة الرقمية المركبة (المجمعة أو الموفقة) Combinational circuits : الدوائر المنطقية المجمعة أو المنطق التوفيقى يعنى تجميع (توفيق) البوابات المنطقية معا لتشكيل دائرة قادرة على القيام بوظائف أكثر فائدة وتعقيدا .
بعد أن تعرفت قليلا على البوابات المنطقية من خلال جداول الحقيقة , حان الوقت لنلقي نظرة على بعض المهام (الوظائف) الشائعة التي تستخدم في العالم الحقيقي للإلكترونيات الرقمية. كما سترى , عادة ما تنفذ هذه المهام بواسطة دائرة متكاملة ICو التي تحتوي على جميع الدوائر المنطقية الضرورية
المنتخب هو دائرة مجمعة خاصة وهو يعد واحد من أكثر الدوائر القياسية استخداما فى الأنظمة الرقمية . المجمع (يسمى أيضا منتقى البيانات Data selector ) هو دائرة تمرر أو تختار خرج واحد من بين عدة دخول , يتم التحكم فى الدخل الذى يتم اختياره عن طريق مجموعة من دخول الاختيار Select inputs . أى أن المنتخبات أو أجهزة اختيار البيانات تعمل كمفاتيح ذات تحكم رقمى .المصطلح " جهاز اختبار البيانات" Data Selector يكون مقبول عند تصميم الجهاز ليعمل كمفتاح كنوع SPDT ( بقطب مفرد ودائرتين ) بينما المصطلح " المنتخب" Multiplexerيكون مقبول عندما تكون عدد الدوائر التى يتحكم فيها المفتاح أكثر من اثنين مثلا SP8T (قطب مفرد وثمانى دوائر) .
الشكل التالى يبين مختار للبيانات بسيط data selector يقوم باختيار واحد من اثنين 1-of-2 باستخدام البوابات المنطقية . مدخل اختيار البيانات لهذه الدائرة يعمل على التحكم فى أى من المداخل (A or B) يمر إلى الخرج: عندما تكون إشارة انتخاب البيانات فى الحالة المرتفعة يتم تمرير passes المدخل B بينما يتم حجز blocked المدخل A . عندما تكون إشارة انتخاب البيانات فى الحالة المنخفضة يتم تمرير المدخل A بينما يتم حجز المدخل B . لفهم طريقة عمل هذه الدائرة فكر فى البوابات AND كبوابات تمكين .
يوجد العديد من منتخبات البيانات على شكل دائرة متكاملة . على سبيل المثال 74LS157 أربع منتخبات من نوع 1-of-2 data selector كما فى الشكل ويعمل المنتخب كأربع مفاتيح تحكم كهربائى من نوع SPDT أى قطب واحد ودائرتين (أو ممكن القول مفتاح نوع 4PDT أى أربعة أقطاب ودائرتين ).
عند وضع منتخب الدخل فى الحالة المرتفعة high (1) يتم السماح للمداخل A1, A2, A3, A4 بالمرور للمخارج Q1, Q2, Q3, Q4 .
وعند وضع منتخب الدخل فى الحالة المنخفضة low (0) يسمح للمداخل B1, B2, B3, B4 بالمرور للمخارج Q1, Q2, Q3, Q4 .
أى من هاتين الحالتين يعتمد فى النهاية على حالة مدخل التمكين .
فعندما تكون حالة مدخل التمكين منخفضة يسمح لجميع بيانات المداخل بالمرور للمخارج حسب ما تم اختياره (لاحظ الحالة المعكوسة لمدخل التمكين والموضحة بالدائرة الصغيرة ) .
وإذا كانت حالة مدخل التمكين مرتفعة لا يتم السماح بمرور أى بيانات .
هذا النوع من التمكين يعرف باسم active-low " فعال وهو منخفض" حيث أن تفعيل الوظيفة ( وهى تمرير البيانات للمخرج) تحدث أو تتم فقط عند وجود مستوى جهد منخفض .
يمكن الاستدلال على المدخل الفعال فى الحالة المنخفضة active-low input بالفقاعة bubble أى الدائرة الصغيرة (فقاعة الانعكاس) كما أن الاسم الخارجى يرفق به خط أو شريط فوقه . احيانا يتم إزالة الفقاعة ووضع شريط على التسمية الداخلية والطريقتان شائعتى الاستخدام .
الشكل التالى يبين multiplexer منتخب 4-line-to-1-line "واحد من أربعة" مبنى بالبوابات المنطقية .هذه الدائرة ناتجة عن إعادة تجميع منتخب البيانات نوع 2-of-1 السابق ولكنه يحتاج إلى مدخل اختيار إضافى لتوفير مجموعة (توليفة –توفيقة- تركيبة) combinations من أربعة عناوين .
يوجد دوائر متكاملة للمنتخبات بسعة مداخل متعددة . على سبيل المثال الدائرة المتكاملة :
74151 8-line-to-1-line multiplexer :
تستخدم ثلاثة مداخل اختيار (S0, S1, S2) لاختيار واحد من بين ثمانى مداخل بيانات ممكنة
(I0 to I7) , وتوصيله للخرج .
لاحظ أن الدائرة المتكاملة فعليا لها مخرجين , واحد حقيقى الطرف 5 (pin 5) والآخر معكوس inverted الطرف 6 (pin 6) .
التمكين بالحالة المنخفضة يجبر الخرج الحقيقى true على الحالة المنخفضة إن كان فى الحالة المرتفعة بغض النظر عن المداخل .
لإنشاء منتخبات أكبر نقوم بتجميع منتخبين صغيرين معا .على سبيل المثال , الشكل يبين 2 منتخب نوع 8-line-to-1-line بالدائرة المتكاملة 74HC151 تم تجميعهما لإنشاء منتخب من نوع "16 خط إلى 1 خط " 16 - line-to-1-line .
الخيار الآخر هو استخدام الدائرة المتكاملة 74HC150 وهى منتخب من نوع 16-line-to-1-line كما فى الشكل .
المفاتيح الثنائية Bilateral Switches وأخيرا لنلقى نظرة على جهاز مفيد جدا يسمى المفتاح الثنائى bilateral switch . مثال للمفتاح الثنائى هى الدائرة المتكاملة 4066 المبينة بالشكل . وعلى خلاف المنتخب فهذا الجهاز يعمل مجرد مفتاح تحكم رقمى من نوع SPST (قطب مفرد ودائرة واحدة) أو كأربع بوابات إرسال . باستخدام مدخل التحكم الرقمى نختار المفتاح الذى يكون فى وضع التوصيل on والمفتاح الذى يكون فى وضع الفصل off . لتوصيل مفتاح معين نوصل جهد مرتفع لدخل الاختيار المناظر له .
ملحوظة : للمعلومية فقط
توجد مفاتيح أخرى تستخدم مداخل اختيار رقمية للتحكم فى إشارات تماثلية , المفاتيح التماثلية والمنتخبات تلعب دورا هاما عند بدء الربط بين العالم الرقمى بالعالم التماثلى .
شكرا لك أستاذنا ومهندسنا القدير م/فتح الله عبد العزيز على ماتقدمه لنا من معلومات نظرية وعملية تنبع عن دراسة وفهم وطول خبرة بالعالم العملى
بارك الله فيكم وزادنا من علمكم
أخوكم د/محمد حجاج
الالكترونيات الرقمية :الدوائر المركبة :المنتخبات Multiplexers
