کاربرد مدار های منطقی در طراحی برد های کنترلی

کاربرد مدار های منطقی در طراحی برد های کنترلی

مقدمه

امروزه استفاده از سیستم های الکترونیکی دیجیتال در همه ابعاد گسترش یافته است و بر سیستم های مبتنی بر طراحی آنالوگ برتری دارد . برتری ویژهی سیستمهای دیجیتال بر آنالوگ ، امروزه باعث شده تمایل بسیاری برای طراحی بر پایهی سیستمهای دیجیتال بهوجود آید. در یک سیستم دیجیتال تمامی داده ها و اطلاعات به صورت کدهای ۰ یا ۱ نمایش ، پردازش و ذخیره می شود که باعث می شود مزیت هایی برای این سیستمها بوجود آید .

• قابل برنامه ریزی بودن : به سادگی برای اجرای هر الگوریتمی قابل تغییر و برنامه ریزی هستند.
• سرعت بالاتر : سرعت انجام پردازش های گوناگون بسیار بیشتر و قوی تر است.
• دقت بیشتر و کاهش خطا : سیگنال های دیجیتال دارای دقت بالاتر هستند و در نتیجه امکان خطای پردازش کمتری دارند.
• حجم کمتر و توان پایین تر : سیستم های دیجیتال روز به روز به سمت کوچکتر شدن و توان مصرفی پایین تر پیش می روند.

گرچه کامپیوتر مثال بارزی از یک سیستم دیجیتال است اما سیستمهای بسیار دیگری نیز مبتنی بر طراحی دیجیتال وجود دارند مانند ساعت های دیجیتال ، ماشین حساب ، گوشی های تلفن همراه و تبلت ها و …

سطوح طراحی سیستم های دیجیتال

سیستم های دیجیتال را می توان در سطوح مختلف طراحی و پیاده سازی نمود . از بالاترین سطح که تنها رفتار و عملکرد یک سیستم را شامل می شود و هیچ تشریحی از سخت افزار ذکر نشده است تا سطوحی که ساختار فیزیکی مواد سازنده آنها را نیز مورد مطالعه قرار می دهد . به طور کلی سطوح طراحی یک سیستم دیجیتال به صورت زیر است :

• سطح رفتار ( Structure Level ) : بالاترین سطح طراحی دیجیتال است که در آن رفتار هر سیستم بدون مشخص بودن جزئیات سخت افزاری توصیف می گردد. در این سطح هر سیستم از به هم پیوستن یک یا چند سیستم دیگر که توسط سیگنال های دیجیتال با هم ارتباط دارند توصیف می شود .
• سطح ثبات ( Register Level ) : در این سطح به یک سیستم دیجیتال به صورت مجموعه ای از ماژول های ترکیبی و ترتیبی نظاره می شود که سیگنال های دیجیتال را با انتقال بین ثبات ها (رجیسترها) پردازش می کند . در این سطح طراحی ، از سطح توصیف رفتار یک سیستم ، پایین تر آمده و به توصیف ساختار داخلی به صورت ماژولار می پردازیم .
• سطح گیت ( Gate Level ) : گیت ها کوچکترین واحد منطقی یک سخت افزار دیجیتال هستند که عملکرد های مخصوص به خود را دارند و از به هم پیوستن آنها ، مدارات بزرگتر شامل انواع ماژول های ترکیبی و ترتیبی شکل می گیرند . بنابراین در این سطح نیز به توصیف رفتارهای جزئی تری از یک سخت افزار دیجیتال می پردازیم .
• سطح مدار ( Circuit Level ) : در این سطح یک سخت افزار دیجیتال به صورت مجموعه ای از ترانزیستورها درون مدار در نظر گرفته می شود . در این سطح ، طراحی پایین تر از سطح گیت آمده و رفتار سیستم توسط مداری ترانزیستوری بیان می شود .
• سطح ترانزیستور ( Transistor Level ) : پایین ترین سطح طراحی مدار می باشد که بر اساس تعیین چگونگی ساختار فیزیکی یک ترانزیستور سیستم را توصیف می کند به طوری که از به هم پیوستن ترانزیستورها ، مدار و گیت ساخته می شود . بنابراین در این سطح کوچکترین جزئیات طراحی یک ترانزیستور در نظر گرفته می شود.