آموزش مدار منطقی ترکیبی به زبان ساده 

انواع مدار منطقی

مدارهای منطقی ترکیبی منطق های دیجیتالی بدون حافظه هستند که خروجی شان در هر لحظه در زمان تنها وابسته به ترکیب ورودی آن است. مدار منطقی ترتیبی که خروجی آن وابسته بر ورودی فعلی و وضعیت خروجی قبلی بود که به آنها نوعی حافظه می‌بخشید. خروجی های مدارهای منطقی ترکیبی تنها توسط تابع منطقی حالت ورودی فعلی خود، منطق “0” یا منطق “1” در هر زمان لحظه ای داده شده، تعیین می‌شوند. آی سی هایی که در مدار منطقی به کار گرفته می شوند، آی سی لاجیک یا آی سی منطقی است. برای خرید آی سی لاجیک به فروشگاه اینترنتی دیجی قطعه مراجعه کنید.

نتیجه این است که مدارهای منطقی ترکیبی هیچ فیدبکی ندارند، و هر تغییری در سیگنال اعمال شده به ورودی آن سریعا دارای یک تاثیر بر خروجی خواهد بود. در بیان دیگر، در یک مدار منطقی ترکیبی، خروجی وابسته بر ترکیب ورودی هایش در هر زمان است. درنتیجه، یک مدار ترکیبی بدون حافظه است.

درنتیجه اگر یکی از شرایط ورودی هایش از 0 به 1 یا از 1 به 0 تغییر کند، در نتیجه همچنین خروجی حاصل از آنکه مدارهای منطق ترکیبی به طور پیش فرض در طراحی خود دارای “حافظه”، “زمان بندی” یا “حلقه های فیدبک” نیستند، خواهد بود.

منطق ترکیبی

مدارهای منطقی ترکیبی از گیت (دروازه) های منطقی اصلی NAND, NOR یا NOT که آنها با یکدیگر “ترکیب شده” یا وصل می‌شوند تا مدارهای سوئیچینگ پیچیده تر ایجاد کنند، ساخته شده اند. این گیت های منطقی بلوک های ساختاری مدارهای منطقی ترکیبی هستند. یک مثال از یک مدار ترکیبی دیکدر(رمزگشا) است که در یک لحظه یک کد دسیمال  معادل  در خروجی خود ایجاد می‌کند.

مدارهای منطقی ترکیبی می‌توانند بسیار ساده یا خیلی پیچیده باشند و هر مدار ترکیبی می‌تواند تنها با گیت های  NANDیا  NORکه اینها به عنوان گیت های “جهانی” طبقه بندی شده اند، بکار روند.

مدار منطقی ترکیبی

سه روش اصلی از تعیین تابع مدار منطقی ترکیبی بصورت زیر هستند:

• جبر بولی– این عبارت جبری را نشان می دهد که عملکرد مدار منطق را برای هر متغیر ورودی صحیح یا نادرست نشان می دهد که منجر به خروجی منطقی «1» می شود.
• جدول درستی– یک جدول درستی، عملکرد یک گیت منطقی که یک لیست مختصر را مهیا می‌کند که تمام حالتهای خروجی در فرم جدولی برای هر ترکیب ممکن از ورودی متغیر که گیت می‌تواند با آن مواجه شود را تعریف می‌کند.
• دیاگرام منطقی– این یک نمایش گرافیکی از یک مدار منطقی است که سیم بندی و اتصالات هر گیت منطقی تنها را نشان می‌دهد که توسط یک نماد گرافیکی خاص  که مدار منطقی را بکار می‌رود نشان داده شده است.

و نمایش 3 نوع مدار منطقی بالا در زیر نشان داده شده است.

از آنجا که مدارهای منطقی ترکیبی تنها از گیت های منطقی تنها ساخته شده اند، آنها می‌توانند همچنین به عنوان ” مدارهای تصمیم گیرنده” در نظر گرفته شوند و مدار منطقی ترکیب گیت های منطقی با هم برای پردازش دو یا بیشتر سیگنالها برای تولید حداقل یک سیگنال  خروجی طبق تابع منطقی هر گیت منطقی است. مدارهای ترکیبی رایج ساخته شده از گیت های منطقی تنها برای انجام کاربرد مورد نظر شامل مولتی پلکسرها(تسهیم کننده)، ضد مولتی پلکسر(ضد تسهیم کننده)، اینکودر(رمز نگار)، دیکودر(رمز گشا)، جمع کننده کامل ونصف و غیره هستند. برای خرید مولتی پلکسر عبارت “خرید مولتی پلکسر و دیکودر از دیجی قطعه” را در گوگل جستجو کنید تا بهترین انواع آن را از دیجی قطعه خریداری کنید.

طبقه بندی منطق ترکیبی

یکی از رایجترین کاربردها از مدار ترکیبی در مدارهای نوع مولتی پلکسر ها و ضد مولتی پلکسر ها است. اینجا، ورودی های چندتایی یا خروجی ها به یک خط سیگنال مشترک وصل شده اند و گیت های منطقی برای شکستن رمز و آدرس برای انتخاب یک ورودی داده تنها یا سوئیچ خروجی بکار رفته اند.

یک مولتی پلکسر شامل دو قطعه جداگانه است، یک رمزگشای منطقی و بعضی سوئیچ های حالت جامد، اما قبل از اینکه مولتی پلکسرها، رمز گشاها و ضد مولتی پلکسر ها را بصورت جزئی تر بحث و بررسی کنیم، در ابتدا نیاز است تا چگونگی بکار گرفتن “سوئیچ های حالت جامد” توسط این قطعات را بدانیم.

سوئیچ حالت جامد

قطعات منطقی استاندارد TTL ساخته شده از ترانزیستورها فقط می توانند جریانهای سیگنال را در یک جهت عبور دهند که آنها را قطعات “یك جهته” و محدویت های ضعیف از سوئیچ های الکترو مکانیکی یا رله ها می ‌کند. با این حال، برخی از قطعات سوئیچینگ CMOS ساخته شده  از ترانزیستورهای اثر میدانی  نزدیک به سوئیچ های “دو جهته” کامل عمل می‌کنند و آنها را برای استفاده به عنوان سوئیچ های حالت جامد ایده آل می کنند.

سوئیچ های حالت جامد در انواع و نرخ های مختلفی قرار می گیرند و کاربردهای مختلف زیادی برای استفاده از سوئیچ های حالت جامد وجود دارد. آنها در اصل می توانند به 3 گروه اصلی برای کاربردهای سوئیچینگ تقسیم شوند و در این بخش منطق ترکیبی فقط به نوع سوئیچ آنالوگ خواهیم پرداخت اما اصول برای همه انواع از جمله دیجیتال یکسان است.

کاربردهای سوئیچ حالت جامد

• سوئیچ های آنالوگ – در سوئیچینگ داده ها و ارتباطات، سوئیچینگ سیگنال های صوتی و تصویری، مدارهای ابزار دقیق و کنترل فرآیند و غیره استفاده می‌شوند.
• سوئیچ های دیجیتال – در انتقال داده های پر سرعت، سوئیچینگ و مسیریابی سیگنال، اترنت ،  LAN¹ ها، انتقال USB و سریال و غیره، استفاده می‌شوند.
• سوئیچ های توان– در منابع توانی و کاربردهای سوئیچینگ “توان آماده به کار ” کلی، سوئیچینگ جریان ها و ولتاژ های بزرگ و غیره استفاده می‌شوند.

سوئیچ های دو طرفه آنالوگ

سوئیچ های آنالوگ آنهایی هستند که برای تغییر داده یا جریان سیگنال وقتی که در حالت “روشن” خود هستند، استفاده می شوند و وقتی در حالت “خاموش” خود هستند، آنها را مسدود می کنند. تغییر سریع بین حالت “روشن” و “خاموش” معمولاً توسط یک سیگنال دیجیتال اعمال شده بر روی گیت کنترل سوئیچ کنترل می شود. سوئیچ آنالوگ ایده آل هنگام روشن بودن (یا خاموش بودن) مقاومت صفر دارد، و هنگامی که “خاموش” (یا باز) است مقاومت بی نهایت دارد و سوئیچ هایی با  مقادیر R_ON کمتر از 10 اهم غالبا موجود هستند.

سوئیچ آنالوگ حالت جامد

با اتصال یک ماسفت  N کانال به موازات یک ماسفت P کانال  به سیگنال ها اجازه عبور از هر دو را می‌دهد و آن را به یک سوئیچ “دو جهته” تبدیل می‌کنند و اینکه آیا  قطعات N کانال یا P کانال حامل جریان سیگنال بیشتری هستند یا خیر، به نسبت ولتاژ ورودی به خروجی بستگی دارد. دو ماسفت توسط دو تقویت کننده داخلی معکوس کننده و غیر معکوس کننده “روشن” یا “خاموش” می شوند.

انواع کنتاکت

دقیقا همانند سوئیچ های مکانیکی، سوئیچ های آنالوگ در انواع مختلفی از حالتها یا انواع کنتاکت ها با توجه به تعداد “پل ها” و ” خروجی هایی” که آنها ارائه می‌کنند، موجود هستند. در نتیجه، اصلاحاتی مانند  SPST”² ” (تک پل، تک خروجی) و ³” SPDT” ( تک پل، دو خروجی) همچنین بر سوئیچ های آنالوگ حالت جامد با پیکربندی های ” قطع مدار قبل از باز کردن اتصالات⁴و باز کردن اتصالات و بعد ایجاد مدار جدید”  اعمال می‌شود.

انواع سوئیچ آنالوگ

سوئیچ های آنالوگ مستقل را می توان با هم در بسته های استاندارد IC دسته بندی کرد تا دستگاه هایی با تنظیمات چند سوئیچی SPST و SPDT و همچنین مولتی پلکسر چند کاناله تشکیل دهند.

رایج ترین و ساده ترین سوئیچ آنالوگ در یک بسته IC تک، آی سی سوئیچ آنالوگ 74HC4066 است که دارای 4 سوئیچ مستقل دو طرفه “روشن / خاموش” در یک بسته واحد است، اما انواع متداول سوئیچ آنالوگ CMOS پر کاربرد آنهایی هستند که با عنوان “سوئیچ های دو طرفه چند مسیره” توصیف می شوند در غیر اینصورت بصورت  آی سی های ” مولتی پلکسرها” و ” ضد مولتی پلکسرها” شناخته می شوند و اینها در آموزش بعدی بحث شده است.

خلاصه منطق ترکیبی

برای خلاصه کردن، مدارهای منطقی ترکیبی از ورودی ها، دو یا چند گیت منطقی اساسی و خروجی ها تشکیل شده است. گیت های منطقی به گونه ای ترکیب می شوند که حالت خروجی کاملاً به حالت های ورودی بستگی دارد. مدارهای منطقی ترکیبی دارای “حافظه”، “زمان بندی” یا “حلقه های فیدبک” نیستند، در آنجا عملکرد فوری است. یک مدار منطقی ترکیبی عملیاتی را انجام می دهد که به طور منطقی توسط یک عبارت بولی یا جدول درستی اختصاص یافته است.

نمونه هایی از مدارهای منطقی ترکیبی متداول عبارتند از: اضافه کننده نصف، اضافه کننده کامل، مولتی پلکسر ها، ضد مولتی پلکسرها، رمزگذار و رمزگشا که همه آنها را در چند آموزش بعدی بررسی خواهیم کرد.

1. Local Area Network

2. single-pole single throw

3.  single-pole double-throw

4.  مربوط به سوئیچ یا مداری که بیان می‌کند یک اتصال الکتریکی ایجاد می‌شود قبل از اینکه قبلی از بین برود.