( ตัวต้านทาน ) ( ตัวเก็บประจุ ) ( ไดโอด ) ( ทรานซิสเตอร์ ) ( เฟต ) ( สารกึ่งตัวนำทางแสง ) ( อุปกรณ์อื่นๆ ) ( เกท ) ( Flip-flop ) ( IC )
อุปกรณ์พื้นฐานของวงจรดิจิตอล


ก่อนอื่นต้องมาทำความเข้าใจถึงสัญญาณที่ใช้ในระบบดิจิตอลเสียก่อน
ในวงจรดิจิตอลจะมีระดับการทำงานอยู่ 2ระดับเท่านั้นคือ "0" และ "1" โดย "0" คือลอจิกต่ำมีระดับแรงดันตั้งแต่ 0 - 0.8 โวลต์
ส่วน "1" คือลอจิกสูงมีระดับแรงดันประมาณเกือบเท่าไฟเลี้ยงวงจรเกทพื้นฐานของวงจรดิจิตอลมีด้วยกัน 8 เกทดังนี้


      1. แอนด์เกท (AND GATE) มีสัญลักษณ์ คือ
      สัญลักษณ์ทางตรรกศาสตร์ คือ A . B ตารางความจริง คือ
      A B Output
      0 0 0
      0 1 0
      1 0 0
      1 1 1

      2. ออร์เกท (OR GATE) มีสัญลักษณ์ คือ
      สัญลักษณ์ทางตรรกศาสตร์ คือ A+B ตารางความจริง คือ
      A B Output
      0 0 0
      0 1 1
      1 0 1
      1 1 1

      3. แนนด์เกท (NAND GATE)มีสัญลักษณ์ คือ ตารางความจริง คือ
      A B Output
      0 0 1
      0 1 1
      1 0 1
      1 1 0

      4. นอร์เกท (NOR GATE)มีสัญลักษณ์ คือ ตารางความจริง คือ
      A B Output
      0 0 1
      0 1 0
      1 0 0
      1 1 0

      5. เอ็กคลูซีฟออร์เกท (EX-CLUSIVE OR GATE) มีสัญลักษณ์ คือ
      สัญลักษณ์ทางตรรกศาสตร์ คือ AB ตารางความจริง คือ
      A B Output
      0 0 0
      0 1 1
      1 0 1
      1 1 0

      6. เอ็กคลูซีฟนอร์เกท (EX-CLUSIVE NOR GATE)มีสัญลักษณ์ คือ ตารางความจริง คือ
      A B Output
      0 0 1
      0 1 0
      1 0 0
      1 1 1

      7. บัฟเฟอร์เกท (BUFFER GATE) มีสัญลักษณ์ คือ ตารางความจริง คือ
      Input Output
      0 0
      1 1

      8. นอตเกท (NOT GATE) มีสัญลักษณ์ คือ
      สัญลักษณ์ทางตรรกศาสตร์ คือ A' ตารางความจริง คือ
      Input Output
      0 1
      1 0

การทำงานของเกทเหล่านี้จะเป็นไปตามตารางความจริง(Truthtable)
ตารางความจริงคือ ตารางการทำงานของอุปกรณ์ทางดิจิตอล โดยจะแบ่งเป็นอินพุตและเอาต์พุตซึ่งในการออกแบบวงจรทางดิจิตอลจำเป็นต้องสร้างตารางความจริงนี้ขึ้นมาก่อนแล้วนำมามา
สมการการทำงานหลังจากนั้นจึงค่อยนำมาออกแบบวงจรในที่สุด

กลับไปที่สารบัญ

Flip-Flops


เป็นโครงสร้างพื้นฐานของวงจร Sequential (Bistablemultivibrater) มี 2 ชนิด
1. วงจรที่ทำงานแบบ Asynchronous จะทำงานทันทีที่มีการเปลี่ยนภาวะโลจิค ของสัญญาณเข้า และสัญญาณออก จะค้างอยู่ในสภาวะใหม่ เช่น วงจร Latches
2. วงจรที่ทำงานแบบ Synchronous จะทำงานเมื่อมีสัญญาณนาฬิกาเข้ามา โดยพิจารณา สัญญาณเข้าตัวเดิมควบคู่กับสัญญาณเข้าตัวใหม่ มีข้อดี คือ ขั้นตอนการทำงานของภาวะโลจิคของสัญญาณเข้าต่างๆไม่มีการผิดพลาด
สัญญาณควบคุมฟลิปฟลอป แบ่งออกเป็น -Static จะมีค่าภาวะโลจิคที่แน่นอนในการควบคุม -Dynamic จะมีผลต่อสัญญาณออก เมื่อสัญญาณนี้เปลี่ยนภาวะโลจิคเช่น สัญญาณนาฬิกา


      1. R-S Flip-Flop มีสัญลักษณ์ คือ ตารางความจริง คือ
      S R Q Q' สถานะ
      0 0 Q -Q ไม่เปลี่ยน
      0 1 0 1 Reset
      1 0 1 0 Set
      1 1 1 1 ไม่ใช้

      2. J-K Flip-Flop มีสัญลักษณ์ คือ ตารางความจริง คือ
      J K Q Q' สถานะ
      0 0 Q -Q ไม่เปลี่ยน
      0 1 0 1 Reset
      1 0 1 0 Set
      1 1 Toggle เปลี่ยนเป็นตรงกันข้าม

      3. D Flip-Flop จะทำหน้าที่หน่วงสัญญาณเข้า 1 ลูกของสัญญาณนาฬิกา มีสัญลักษณ์ คือ ตารางความจริง คือ
      Input Output
      D Qn+1
      0 0
      1 1

      4. T Flip-Flop จะกลับสภาวะ(toggle)สัญญาณเข้าที่เข้ามา และเพิ่มความถี่ของสัญญาณออกครึ่งหนึ่ง มีสัญลักษณ์ คือ ตารางความจริง คือ
      Input Output
      T Qn+1 Q'n+1
      0 Qn Q'n
      1 Q'n Qn

      Excitation Table
      สมการ Characteristic Qn+1= S+R'Qn JQ'n+K'Qn TQn D
      PS NS S R J K T D
      0 0 0 X 0 X 0 0
      0 1 1 0 1 X 1 1
      1 0 0 1 X 1 1 0
      1 1 X 0 X 0 0 1
กลับไปที่สารบัญ

วงจรโลจิค(Logic Circuit)วงจรโลจิคมี 2 แบบ คือ
1 แบบผสม(Combination) จะประกอบด้วย โลจิคเกทอย่างเดียว ได้แก่ วงจรเปรียบเทียบ(2-bit Comparator), วงจรบวกและลบ(Adder/Subtractor), วงจรเข้ารหัสและถอดรหัส(Encoder/Decoder), Multiplexer/Demultiplexer เช่น Binary Full Adder
2 แบบเรียงลำดับ(Sequential) คือวงจรที่สัญญาณออกของวงจรขึ้นอยู่กับสัญญาณเข้าตัวเดิม และสัญญาณเข้าตัวใหม่ ที่ป้อนให้แก่วงจร จะประกอบด้วยโลจิคเกทและฟลิบฟลอบ ได้แก่


    วงจรนับ(Counter)ทำหน้าที่นับสัญญาณต่างๆที่เกิดขึ้น และบันทึกจำนวนครั้งไว้ แบ่งเป็น 2 ชนิด
    1 Asynchronous Counter เป็นวงจรที่เปลี่ยนสภาวะของฟลิปฟลอป โดยใช้สัญญาณออกของฟลิปฟลอปตัวหน้า เป็นตัวกระตุ้นฟลิปฟลอปตัวถัดไปให้เปลี่ยนสภาวะ มักจะมีความเร็วไม่มากนัก เช่น Modulo 16
    2 Synchronous Counter เป็นวงจรที่สัญญาณนาฬิกาของฟลิปฟลอปทุกตัวมาจากแหล่งเดียวกัน ทำให้สภาวะของฟลิปฟลอปทุกตัวเปลี่ยนไปพร้อมๆกัน มีความเร็วสูง แต่ออกแบบวงจรยากกว่า ใช้เกทมากกว่า ราคาแพงกว่า
    Register เป็นอุปกรณ์ที่รับข้อมูลมาเก็บไว้ หลังจากมีสัญญาณข้อมูลเข้า และนำข้อมูลออกไปทาง output
    Memory

    • RAM(Random Access Memory) คือ หน่วยความจำ ซึ่งสามารถเขียนหรืออ่านข้อมูลจากตำแหน่งที่เก็บใดๆก็ได้ โดยใช้เวลาเข้าถึงข้อมูลเท่าเดิม เป็น Volatite memory ต้องใช้กระแสไฟฟ้าในการเก็บข้อมูล เป็นวงจร Sequential
    • SAM(Sequential Access Memory) คือ หน่วยความจำ ที่ต้องตรวจหาตำแหน่งที่เก็บของข้อมูล ก่อนจึงจะสามารถอ่านและเขียนข้อมูลได้ จะใช้เวลาเข้าถึงข้อมูลไม่เท่ากัน เช่น เทปสำรองข้อมูล
    • ROM(Read Only Memory) คือ วงจร Combination Logic พิเศษ ที่ทำหน้าที่เป็นหน่วยเก็บข้อมูลถาวร ที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงแก้ไขข้อมูลได้ง่าย
    • PAL(Programable Array Logic) คือ ชิพที่ประกอบด้วยโลจิคเกทที่เป็นแถวลำดับที่สามารถโปรแกรม แทนค่าการทำงานของฟังค์ชันทางโลจิคที่ซับซ้อนได้ทุกชนิด มีความยืดหยุ่นสูง มีอินพุท ได้ถึง 16 อินพุท ไม่เป็นคำตอบโลจิคแบบสากล
      PAL ทางด้านอินพุท สามารถโปรแกรม AND Array ได้ และทางด้านเอาท์พุท OR Array อยู่คงที่

ไอซี(Integrated Circuit,IC )
คือ วงจรรวมของอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ต่างๆ ที่วางอยู่บนชิ้นส่วนเล็กๆ(Chip)ของแผ่นซิลิกอน แต่ละอุปกรณ์จะเชื่อมต่อวงจรด้วย อลูมิเนียมหรือทองแดง เพื่อใช้งานงานเฉพาะอย่างที่โรงงานผลิตได้กำหนดไว้แล้ว

ข้อได้เปรียบของ IC คือ
เพื่อลดขนาดของอุปกรณ์ จากแผงวงจรขนาดหลายเมตร ลงเหลือเพียงไม่กี่เซ็นติเมตร และลดภาระในการออกแบบวงจรทั้งหมด ไอซี มี 2 ประเภทคือ

  1. Linear IC

    Op-amp(Operational Amplifier) เดิมได้ออกแบบมาเพื่อทำงานด้านคณิตศาสตร์ จะทำหน้าที่ขยายความแตกต่างระหว่างสัญญาณที่ป้อนเข้ามาที่ Input ทั้งสองขั้ว คือ กลับทาง(Inverting)แทนด้วย - และ ไม่กลับทาง(Non-inverting) แทนด้วย +
    Op-ampจะมีอัตราขยาย(gain)สูงมาก(อนันต์) ไม่สามารถควบคุมอัตราขยายได้ จึงต้องใช้วิธีการป้อนกลับ เข้ามาควบคุมอัตราขยาย สัญลักษณ์ของ Op-amp Op-amp รุ่นที่ใช้กันมากคือ 741
    การป้อนกลับ คือ การนำสัญญาณออกบางส่วนของ op-amp มาป้อนให้ทางอินพุท มี 2 แบบ คือ
    1. การป้อนกลับแบบบวก(Positive Feedback)การนำสัญญาณออกบางส่วนของ op-amp มาป้อนให้ทาง Input แล้วทำให้ขนาดของ Output มีค่ามากกว่าเดิม เช่น วงจรออสซิลเลเตอร์(Oscillator Circuit)
    2. การป้อนกลับแบบลบ(Negative Feedback)การนำสัญญาณออกบางส่วนของ op-amp มาป้อนให้ทาง Input แล้วทำให้ขนาดของ Output มีค่าลดลงกว่าเดิม เช่น วงจรขยายทั่วๆไป

  2. Digital IC

    1 Bipolar Digital IC

    1.1 TTL( Transister-Transister Logic) ใช้งานได้หลายอย่าง ใช้กันแพร่หลาย มีราคาถูก เปลี่ยนสถานะได้มากกว่า 20,000,000 ครั้ง/วินาที แต่ ต้องใช้แรงดัน 5 Volt เท่านั้น กินกระแสมาก มีความเร็วปานกลาง ใช้ความถี่ของสัญญาณนาฬิกาได้ถึง 30 MHz. ความเร็วสวิทช์ได้ในย่าน 7-11 นาโนวินาที ภายใต้โหลดที่มีค่าความจุไฟฟ้าปานกลาง มีความทนทานต่อสัญญาณรบกวนไฟสลับ รุ่นที่ใช้มากคือ 7400 หรือ 7404

    1.2 Low Power Schottky TTL เป็น TTL ชนิดใหม่ กินกำลังไฟฟ้าเพียง 20 % ของ TTL รุ่นเก่า แต่มีราคาแพง รุ่นที่ใช้กันมากคือ 74LS00

    2. MOSFET Digital IC(Metal Oxide Semiconductor FET)

    2.1 Pและ N-Channel MOS(PMOS และ NMOS) สามารถบรรจุเกทต่อชิพได้มากกว่า TTL เป็นชิพที่ออกแบบมาเพื่อจุดประสงค์พิเศษ เช่น CPU, หน่วยความจำ ฯลฯ ข้อเสียคือ ความเร็วต่ำกว่า TTL ต้องการแรงดันมากกว่า 2 ระดับ เสียง่ายเมื่อถูกไฟฟ้าสถิตย์

    2.2 CMOS(Complementary MOS) เป็นไอซี ที่ใช้งานได้หลายอย่าง บางแบบใช้หมายเลขเดียวกับTTL มีความเร็วสูง ขีดความสามารถ เท่ากับ TTL มีย่านการใช้แรงดันจาก +3 ถึง +18 Volt กินไฟน้อย มีข้อเสียคือ ชำรุดได้ง่าย เมื่อถูกไฟฟ้าสถิตย์ รุ่นที่ใช้กันมากคือ 74C00 และ 4000

กลับไปที่สารบัญ

1