المنهج التعليمى العلمى للالكترونيات الرقمية Digital Electronics

[F.Abdelaziz]

المنهج التعليمى العلمى للالكترونيات الرقمية Digital Electronics

المحتويات :
· المقدمة Introduction.
· نظام العدد الرقمى Digital Number System.
· الجبر المنطقى(البولى) ودوائر المنطق Boolean Algebra and Logic Circuits.
· البوابات الرقمية المنطقية Digital Logic Gates.
· تبسيط الوظائف المنطقية Simplification Of Boolean Functions.
· المنطق الرقمى المركب Digital Combinational Logic .
· دوائر التتابع Sequential Circuits.
· العائلات المنطقية الرقمية Digital Logic Families .

المقدمة Introduction

المحتويات :
· العرض العددى Numerical Presentation .
· التمثيل التناظرى Analog Representation .
· مخطط الجهد التناظرى مقابل الزمن Diagram of analog voltage vs time .
· التمثيل الرقمى Digital Representation .
· مخطط الجهد الرقمى مقابل الزمن Diagram of Digital voltage vs time .
· مميزات التقنيات الرقمية Advantages of Digital Techniques .
· القيود على التقنيات الرقمية Limitations of Digital Techniques .

العرض العددى Numerical Presentation :
الكميات المراد قياسها , أو مراقبتها , أو تسجيلها , أو معالجتها , أو التحكم فيها إما أن تكون تناظرية analog أو رقمية digital , وهذا يتوقف على نوع النظام المستخدم . من المهم عند التعامل مع كميات مختلفة أن نكون قادرين على تمثيل قيمها بكفاءة ودقة . هناك إساسا طريقتان لتمثيل القيمة العددية للكميات : التناظرية و الرقمية .

التمثيل التناظرى Analog Representation :
يطلق على النظم القادرة على معالجة مجموعة (مدى) من القيم المستمرة التغير بالنسبة للزمن اسم "النظم التناظرية" analog systems . فى التمثيل التناظرى يتم تمثيل الكمية عن طريق الجهد أو التيار أو تحرك مقياس والذى يتناسب مع قيمة هذه الكمية . الكميات التناظرية مثل تلك المذكورة أعلاه لها خاصية هامة : يمكنها التغير على مدى (نطاق) مستمر من القيم .

مخطط الجهد التناظرى مقابل الزمن Diagram of analog voltage vs time :

التمثيل الرقمى Digital Representation :
يطلق على النظم التى تعالج قيم منفصلة (مجزأة) discrete "النظم الرقمية"digital systems. فى التمثيل الرقمى لا يتم تمثيل الكميات عن طريق كميات متناسبة لكن برموز تسمى "أرقام" digits . وكمثال على ذلك , الساعة الرقمية digital watch , والتى توفر الوقت من اليوم فى شكل أرقام عشرية تمثل الساعات والدقائق (وأحيانا الثوانى) . كما نعلم , الوقت من اليوم يتغير باستمرار , لكن قراءة الساعة الرقمية لا تتغير باستمرار , بل تتغير فى خطوات كل دقيقة ( أو كل ثانية) . وبعبارة أخرى , الوقت من اليوم يمثل رقميا بتغيرات بخطوات منفصلة , بالمقارنة بتمثيل الوقت الذى تقدمه الساعة التناظرية , حيث تكون قراءة المؤشر متغيرة بصفة مستمرة .

مخطط الجهد الرقمى مقابل الزمن Diagram of Digital voltage vs time :

يمكن ببساطة القول أن الفرق الرئيسى بين الكميات التناظرية والرقمية هو :

• الكميات التناظرية مستمرة Analog = continuous

· الكميات الرقمية منفصلة أو متقطعة ( خطوة بخطوة) Digital = discrete (step by step) .

مميزات التقنيات الرقمية Advantages of Digital Techniques :

· أسهل فى التصميم . القيم الدقيقة للجهد أو التيار ليست مهمة , فقط المدى (HIGH or LOW) التى تقع فيه .
· تخزين المعلومات أسهل .
· دقة القياس Accuracy ودقة الإحكام precision أكبر .
· يمكن برمجة العمليات . يمكن أيضا برمجة النظم التناظرية , لكن تعدد العمليات المتاحة والتعقيد يجعلها محدودة للغاية .
· الدوائر الرقمية أقل تأثرا بالضوضاء noise , طالما أن الضوضاء ليست كبيرة بما يكفى لمنعنا من تمييز الحالة المرتفعة HIGH من الحالة المنخفضة LOW .
· يمكن تصنيع دوائر رقمية أكثر فى رقائق الدوائر المتكاملة .

القيود على التقنيات الرقمية Limitations of Digital Techniques .
معظم الكميات الطبيعية (الفيزيائية) فى العالام الحقيقى ذات طبيعة تناظرية , وهذه الكميات غالبا ما تكون المدخلات inputs أو المخرجات outputs التى يتم رصدها (مراقبتها) , والعمل عليها ويتحكم فيها النظام . وبالتالى هناك حاجة إلى تحويلها إلى شكل رقم وإعادة التحويل إلى الشكل التناظرى .

[Brigt Star]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

أنا خريج هندسة زراعية 2012 قمت بالمشاركة مع فريق متكون من 4 أشخاص (مهندس خبير الكترونى - مشرف المشروع وهو استاذ ف الطاقة المتجددة ومهندس زميل لى ) وقمنا بابتكار اول آلة زراعية تعمل بالطاقة الشمسية وباستخدام دوائر ومنظمات استطعنا الحصول على تشغيل للآلة ب 60 وات فقط

ما اقصده من هذه المقدمة انى كنت مختص بالجزء الميكانيكى والتصميم ولكنى أريد أن أتعلم الالكترونيات وتركيب الدوائر الإلكترونية البسيطة مثل دوائر السيرفو ودوائر الاستقبال وقبل كل هذا اريد أن أبدأ من أين أبدأ؟ ماذا ترشح لى لأقرأه أو أشتريه
أريد تأسيس معمل خاص لى وأقوم بتركيب المقاومات والمقارنات الضوئية وأستخدم الترانزوسترات فى عمل أشيباء مفيدة فى مجال تخصصى ولكن يجب أن تعذرنى فأنا مهندس آلات وقوى زراعية

ما أطلبه من حضرتك هو ترشيح كتب وأدوات وبدايات الأساسيات لأتمكن من تعلم هذا العلم لأتمكن من الاستفادة مما تعلمته ميكانيكيا وادعمه بعلم متميز مثل الإلكترونيات

[F.Abdelaziz]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة Brigt Star

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

أنا خريج هندسة زراعية 2012 قمت بالمشاركة مع فريق متكون من 4 أشخاص (مهندس خبير الكترونى - مشرف المشروع وهو استاذ ف الطاقة المتجددة ومهندس زميل لى ) وقمنا بابتكار اول آلة زراعية تعمل بالطاقة الشمسية وباستخدام دوائر ومنظمات استطعنا الحصول على تشغيل للآلة ب 60 وات فقط

ما اقصده من هذه المقدمة انى كنت مختص بالجزء الميكانيكى والتصميم ولكنى أريد أن أتعلم الالكترونيات وتركيب الدوائر الإلكترونية البسيطة مثل دوائر السيرفو ودوائر الاستقبال وقبل كل هذا اريد أن أبدأ من أين أبدأ؟ ماذا ترشح لى لأقرأه أو أشتريه
أريد تأسيس معمل خاص لى وأقوم بتركيب المقاومات والمقارنات الضوئية وأستخدم الترانزوسترات فى عمل أشيباء مفيدة فى مجال تخصصى ولكن يجب أن تعذرنى فأنا مهندس آلات وقوى زراعية

ما أطلبه من حضرتك هو ترشيح كتب وأدوات وبدايات الأساسيات لأتمكن من تعلم هذا العلم لأتمكن من الاستفادة مما تعلمته ميكانيكيا وادعمه بعلم متميز مثل الإلكترونيات

وعليكم السلام ورحمة الله وبركاته

تتبع أخى الكريم

الدروس على الرابط التالى فهى مفيدة للغاية


http://www.qariya.com/vb/showthread.php?t=115039


مع تمنياتى بدوام التوفيق

[Brigt Star]

جزيل الشكر والعرفان لك ولإهتمامك

دمت بخير

[F.Abdelaziz]

نظام الأعداد Numbering System :
يوجد الكثير من أنظمة الأعداد قيد الاستخدام فى مجالل التكنولوجيا الرقمية . أكثرها شيوعا أنظمة العشرى والثنائى والثمانى والسداسى عشر . النظام العشرى هو بوضوح المألوف أكثر بالنسبة لنا لأنه الأداة التى نستخدمها كل يوم . ودراسة بعض خصائصه سوف تساعدنا على الفهم الأفضل للنظم الأخرى . فى الصفحات القليلة القادمة سوف نقدم أربعة أنظمة للتمثيل العددى والتى يتم استخدامها فى النظام الرقمى :النظام العشرى Decimal .
· النظام الثنائى Binary .
· النظام الثمانى Octal .
· النظام السداسى عشر Hexadecimal .

النظام العشرى Decimal System
يتكون النظام العشرى من عشرة أرقام أو رموزsymbols . هذه العشرة رموز هى 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 . باستخدام هذه الرموز كأرقام digits للعدد , يمكننا التعبير عن أى كمية . النظام العشرى يسمى أيضا نظام الأساس عشرة base-10 لأن له عشرة أرقام 10 digits .

على الرغم من أن النظام العشرى ليس له سوى عشرة رموز , إلا أنه يمكن التعبير عن أى عدد من أى حجم باستخدام نظام "وزن أو ثقل أو أهمية الموضع" positional weighting .
أمثلة عشرية :

النظام الثنائى Binary System :
فى النظام الثنائى , لا يوجد سوى اثنين من الرموز أو قيم الرقم الممكنه هى الصفر 0 والواحد 1 . يمكن استخدام هذا النظام بالأساس اثنين base-2 لتمثيل أى كمية يمكن تمثيلها بالعشرى أو بأى نظام بأساس آخر .

العد بالثنائى Binary Counting :
تتابع العد الثنائى مبين بالجدول التالى :

التعبير عن (تمثيل) الكميات الثنائية Representing Binary Quantities :
فى الأنظمة الرقمية , عادة تقدم المعلومات المراد معالجتها فى الشكل الثنائى . الكميات الثنائية يمكن التعبير عنها بإى جهاز له فقط حالتى تشغيل أو أحوال ممكنة . على سبيل المثال المفتاح switch يكون فقط "مفتوح" open أو "مغلق" closed . ونحن نحدد ( كما عرفناها) بأن نجعل المفتاح المفتوح يمثل الثنائى صفر 0 والمفتاح المغلق يمثل الثنائى واحد 1 . وهكذا يمكنننا أن نمثل أى رقم ثنائى باستخدام سلسلة من المفاتيح .

الجهد الواجب نموذجيا Typical Voltage Assignment :

الثنائى واحد 1 : أى جهد بين من 2V إلى 5V .
الثنائى صفر 0 " أى جهد بين من 0V إلى 0.8V .

يمكننا أن تلاحظ فرق كبير أخر بين الأنظمة التناظرية والرقمية . فى الأنظمة الرقمية , القيمة الدقيقة للجهد ليست مهمة , على سبيل المثال الجهد 3.6V يعنى مثل ما يعنى الجهد 4.3V . فى الأنظمة التناظرية قيمة الجهد الدقيقة مهمة .
نظام الأعداد الثنائية هو الأكثر أهمية فى الأنظمة الرقمية , ولكن الأنظمة الأخرى أيضا مهمة . النظام العشرى مهم لأنه يستخدم عالميا فى تمثيل الكميات خارج النظام الرقمى . هذا يعنى أنه سوف تكون هناك حالات حيث يجب أن يتم تحويل القيم العشرية إلى قيم ثنائية قبل أن يتم إدخالها فى النظام الرقمى .
بالإضافة إلى الثنائى والعشرة , يوجد نظامان آخران وجدا تطبيقات واسعة الانتشار فى الأنظمة الرقمية . كل من أنظمة الأعداد الثمانى octal (base-8) و السداسى عشر hexadecimal (base-16) تستخدم لنفس الغرض , لتقديم وسيلة فعالة لتمثيل النظام الثنائى الكبير .

النظام الثمانى Octal System :
نظام الأعداد الثمانى يستخدم الأساس ثمانية 8 , هذا يعنى أن له ثمانى رموز أرقام ممكنة هى 0,1,2,3,4,5,6,7 ,

تحويل الثمانى لعشرى Octal to Decimal Conversion :

النظام السداسى عشر Hexadecimal System :
النظام السداسى عشر يستخدم الأساس ستة عشر 16 . وبالتالى فإن له ستة عشر رمز لرقم محتمل . فهو يستخدم الأرقام من الصفر 0 إلى التسعة 9 , علاوة على الحروف A, B, C, D, E, F كستة عشر رمز لرقم .

تحويل السداسى عشر لعشرى Hexadecimal to Decimal Conversion :

[F.Abdelaziz]

تحويل الكود Code Conversion :
تحويل الكود من شكل معين إلى شكل آخر يسمى "تحويل الكود" , مثل التحويل من الثنائى إلى العشرى أو التحويل من سداسى عشر إلى عشرى .

تحويل الثنائى إلى عشرى Binary-To-Decimal Conversion :
يمكن تحويل أى عدد ثنائى إلى مكافئه العشرى ببساطة عن طريق جمع , "أوزان" weights الأماكن المختلفة التى تحتوى على الواحد "1" بالعدد الثنائى , معا .
مثال :

مثال آخر :

لابد أنك قد لاحظت أن الطريقة هى إيجاد "الأوزان" ( أى مضاعفات powers الأساس 2 ) لكل موقع بت يحتوى على الواحد "1" , ثم جمعها معا .

تحويل العشرى لثنائى Decimal-To-Binary Conversion :
يوجد طريقتان :
· عكس طريقة الثنائى إلى عشرى .
· القسمة المتكررة .
عكس طريقة الثنائى لعشرى :

تحويل العشرى لثنائى بالقسمة المتكررة :
هذه الطريقة تستخدم القسمة المتكرر على الأساس "2" .
مثال :
حول 2510 إلى ثنائى :

الشكل التالى يبين خريطة المسار لطريقة القسمة المتكررة :

التحويل من ثنائى لثمانى ومن ثمانى لثنائى :





كل رقم (خانة) ثمانى يتم تمثيله عن طريق ثلاثة أرقام (خانات) ثنائية .
مثال:

القسمة المتكررة لتحويل العشرى لثمانى :
هذه الطريقة تستخدم القسمة المتكررة على الأساس "8" .
مثال :
حول 17710 إلى ثمانى وإلى ثنائى :

تحويل السداسى عشر لعشرى والعشرى لسداسى عشر :

مثال :

القسمة المتكررة لتحويل العشرى لسداسى عشر :
هذه الطريقة تستخدم القسمة المتكررة على الأساس "16" .
مثال :
حول 37810 إلى سداسى عشر وإلى ثنائى :

تحويل الثنائى لسداسى عشر والسداسى عشر لثنائى :

كل رقم "خانة" سداسى عشر يتم تمثيله عن طريق أربعة بتات ثنائية .
مثال :

تحويل الثمانى لسداسى عشر والسداسى عشر لثمانى :
· فى البداية يتم تحويل الثمانى (أو السداسى عشر) إلى ثنائى .
· ثم يتم إعادة تجميع العدد الثنائى فى مجاميع , كل ثلاثة بتات فى مجموعة ونبدأ من من البت ذات الأهمية الأدنى LSB إذا كان المطلوب هو الثمانى .
· ثم يتم إعادة تجميع العدد الثنائى فى مجاميع , كل أربعة بتات فى مجموعة ونبدأ من من البت ذات الأهمية الأدنى LSB إذا كان المطلوب هو السداسى عشر .
مثال :
حول 5A816 إلى ثمانى :