أساسيات النظم الرقمية

أساسياتالنظم الرقمية 17 بالرغم من أن كل الإشارات الطبيعية )درجة الحرارة والصوت والضغط وشدة الإضاءة وغيرها الكثير (، موجودة فى الصورة التماثلية إلا أنه يمكن وضعها فى الصورة الرقمية تمهيداً لإدخالها إلى الحاسب حتى يمكن معالجتها رقمياً ، وتخزينها فى صورة رقمية على أي وسط من أوساط التخزين. 2-1 مميزات التمثيل الرقميThe Digital Advantage يتميز التمثيل الرقمي عن التمثيل التماثلي في التطبيقات الالكترونية بعدة مميزات، مثلاً البيانات الرقمية (Digital Data ) يمكن إجراء عمليات عليها، وإرسالها بك فاءة أكثر من البيانات التماثلية، وأيضاً البيانات الرقمية لها مميزة عظيمة عند الحاجة إلى تخزين البيانات، كمثال عند تحويل الموسيقى إلى الشكل الرقمي يمكن تخزينها على شرائط كاسيت أو على اسطوانات مدمجة ( CD) Compact Disk، ويمكن إعادة إنتاجها بدقة كبيرة، عن ها لو كانت ممثلة على شكل تماثلي، الضجيج لا يؤثر على البيانات الرقمية، بينما يؤثر بشكل كبير على الإشارات التماثلية. 2-2 النظام الإلكتروني التماثليAn Analog Electronic System كمثال على تطبيقات الإلكترونيات الرقمية، سنأخذ المخطط الموضح في الشكل3-1)، هذا المخطط يبين كيف أن الموجات الصوتية (طبيعتها تماثلية) يتم التقاطها عن طريق الميكروفون، وتتحول إلى جهد تماثلي صغير يقال له (Audio Signal) إشارة صوتية ، هذا الجهد يتغير باستمرار معتمداً على ارتفاع درجة الصوت وتردده، ثم يطبق هذا الجهد على دخل (Linear Amplifier) مكبر خطي. خرج المكبر والذي هو عبارة عن تكبير لجهد الدخل يذهب إلى السماعة (Speaker)، السماعة تحول الإشارة الصوتية المكبرة مرة أخرى إلى موجات صوتية، والتي لها درجة صوت عالية مقارنة بالإشارات الأصلية الملتقطة بالميكروفون. الشكل (3-1) نظام بسيط لنقل الإشارات الصوتية إلى السماعة

أساسياتالنظم الرقمية 18 2-3 استخدام الطريقة الرقمية والتماثلية في نظام واحد A System Using Digital and Analog Methods جهاز تشغيل الأسطوانة المدمجةCD) مثال على نظام يستخدم كل من الدوائر الرقمية والتماثلية، المخطط المبسط في الشكل (4-1) يبين الأساسياتالبسيطة للتشغيل. الموسيقى في شكل رقمي تكون مخزنة على الأسطوانة المدمجة ( CD)، النظام الثنائي الضوئي باستخدام أشعة الليزر (Laser Diode Optical System،يلتقط البيانات الرقمية من الإسطوانة أثناء دورانها وينقلها إلى مدخل محول الإشارة من الشكل الرقمي إلى الشكل التماثلي (Digital to Analog Converter (DAC،محول الإشارة يحول البيانات الرقمية إلى إشارة تماثلية والتي هي إشارة كهربائية تم إعادة إنتاجها من الموسيقى الأصلية. هذه الإشارة يتم تكبيرها ثم يتم إرسالها إلى السماعة. الشكل (4-1) الأساسيات المبسطة لمشغل الإسطوانات المدمجةCD) عندما يتم تسجيل الموسيقى في البداية على الأسطوانة المدمجةCD)، فإن العملية المطلوبة هي عكس الطريقة ال شرحها سابقاً، ويتم ذلك باستخدام محول الإشارة من الشكل التماثلي إلى الشكل الرقميAnalog to Digital Converter (ADC). 3- الأرقام الثنائية، المستويات المنطقية والموجات الرقمية Binary Digits, Logic Levels and Digital Waveforms الإلكترونيات الرقمية تتضمن الدوائر والنظم التي لها فقط حالتين فقط، هاتين الحالتين يمكن تمثيلهما بمستويين مختلفين من الجهد: المرتفع (HIGH)، والمنخفضLOW). ويمكن تمثيل هاتين الحالتين باستخدام مستويات التيار، فتح وغلق المفاتيح، أو بإضاءة أو عدم إضاءة لمبات في النظم الرقمية مثل أجهزة الحاسب، فإن تركيبة من الحا لتين تسمى شفرات ( Codes) تستخدم لتمثيل الأعداد، الرموز، حروف الهجاء، وغير ذلك من أنواع المعلومات.

أساسياتالنظم الرقمية 19 النظام العددي المكون من حالتين يسمى بالنظام الثنائي(Binary System)،وله رقمين أو رمزين فقط هما 1،0، الخانة الثنائية أو الرقم الثنائي (Binary Digit)،يسمى بت Bit. 3-1 الأرقام الثنائية Binary Digits الرقم1،0 في النظام الثنائي يطلق عليهم خانات ثنائيةBits. في الدوائر الرقمية هناك مستويان مخلتفان للجهد يستخدمان لتمثيل الخانات الثنائية (1، 0). عموماً1 يمثل الجهد اعلى والذي سوف نطلق عليه High، 0 يمثل بمستوى الجهد الأقل والذي سوف نطلق عليه LOW .وهذا النوع يسمى بالمنطق الموجب (HIGH=1, LOW=0)،Positive Logic. - عملية الانتقال منالجهد المنخض إلى الجهد الأعلى تسمى الانتقال الموجب Positive transitions،Positive-going. هناك نظام آخر والذي فيه 1 يمثل بواسطة LOW،0 يمثل بواسطة HIGH والذي يطلق عليه المنطق السالب (HIGH=0, LOW=1)،Negative Logic. - عملية الانتقال منالجهد الأعلى إلى الجهد المنخض تسمى الانتقال الموجب Negative transitions،Negative -going. مجموعة من الخانات الثنائيةBits وهي خليط من واحدات وأصفار 1's, 0's تسمى شفرات Codes) تستخدم لتمثيل الأعداد، الحروف، الرموز، الأوامر أو أي شيء آخر مطلوب في تطبيق ما. 3-2 المستويات المنطقية Logic Levels الجهود المستخدمة لتمثيل الواحد "1"، والصفر " 0" تسمى بالمستويات المنطقية، وبشكل مثالي، يمكن القول بأن مستوى واحد من الجهد يمثل HIGH،ومستوى آخر من الجهد يمثل LOW. في الدوائرالرقمية العملية الجهد المرتفع HIGH ممكن أن يكون أي جهد بين قيمة صغرى محددة وقيمة عظمى محددة. وبالمثل الجهد المنخفض LOW ممكن أن يكون أي جهد ب قيمة صغرى محددة وقمية عظمى محددة، ولا يمكن حدوث أي نوع من التداخل (Overlap )بين المستويات المرتفعة HIGH المقبولةوالمستويات المنخفضة LOW المقبولة الشكل ( 5-1) يوضح المدى العام للمستويات المرتفعة والمنخفضة LOWs, HIGHs لدوائر رقمية. الجهد المتغ VH(max) يمثل القيمة العظمى لمستوى الجهد المرتفع HIGH، والجهدVH(min) يمثل القيمة الصغرى لمستوى الجهد المرتفع HIGH. القيمةالعظمى لمستوى الجهد المنخفض LOW تمثل بمستوى الجهد VL(max)،والقيمة الصغرى لمستوى الجهد المنخفض LOW تمثل بمستوى الجهدVL(min) .قيم الجهود بين المستوى VL(max) والمستوى VH(min) غير مقبولة في أي عملية. الجهد في المدى غير المقبول يمكن أن يظهر كمستوى مرتفع HIGH أو كمستوى منخفض LOW في اي دائرة. وبناء على ذلك، هذه القيم غير المقبولة لا تستخدم أبداً. ومثال على ذلك، القيم المرتفع HIGH لنوع خاص من الدوائر الرقمية TTL يكون المدى له من 2v-5v، والقيم المنخفضة LOW تكون من المدى0v-0.8v، وعليه إذا طبق على الدائرة جهد يساوي 3.5v، فإن

أساسياتالنظم الرقمية 20 الدائرة سوف تقبل هذا الجهد على أنه مرتفع HIGH أو الثنائي1. وإذا طبق على الدائرة جهد يساوي 0.5v، فإن الدائرة سوف تقبل هذا الجهد على أنه منخفض LOW أو الثنائي0، لذلك في هذا النوع من الدوائر الجهود ب 0.8v إ 2v لاتقبل و تستخدم أبداً. الشكل (5-1) مدى المستويات المنقطية للجهد للدوائر الرقمية 3-3 الموجات الرقميةDigital Waveforms الموجات الرقمية تتكون من مستويات من الجهد تتغير بين المستوى المرتفع (الحالة) HIGH والمستوى المنخفض (الحالة) LOW، الشكل(6-1( )a)، يبين نبضة مفردة موجبة الإتجاه Positive-going)، والتي يمكن توليدها عندما يكون الجهد (أو التيار) يتحرك من وضعه العادي في المستوى المنخفض LOW إلى المستوى المرتفع HIGH ويعود مرة أخرى إلى المستوى المنخفض LOW. النبضة المفردة سالبة الإتجاه(Negative-going)، والموضحة في الشكل6-1( )b)، يتم توليدها عندما يتحرك الجهد (أو التيار) من وضعه العادي في المتسوى المرتفع HIGH إلى المستوى المنخفض LOW ويعود مرة أخرى إلى المستوى المرتفع HIGH. عموماً فإن الموجات الرقمية هي عبارة عن سلسلة من النبضات موجبة الاتجاه أو سالبة الاتجاه. الشكل (6-1) أشكل النبضات المثالية، موجبة Positive-going في(a)، سالبة Negative-going في(b)

أساسياتالنظم الرقمية 21 كما رأينا في الشكل6-1( )a)، أن النبضة لها حافتان: الحافةالأمامية أو الصاعدة Rising or leading edge، والتي تحدث أولاً عند الزمن 0t، والحافةالتابعة أو الهابطة trailing edge Falling or ، والتي تحدث عند الزمن1t، للنبضة موجبة الاتجاه، الحافة الصاعدة هي حافة البداية، والحافة الهابطة هي حافة النهاية. النبضات الموضحة في الشكل (6-1) مثالية، لأن الحافة الصاعدة والحافة الهابطة يفترض أنهما يتغيران في زمن يساوي الصفر (لحظياً). عملياً، هذا التغير لا يمكن أبداً أن يحدث لحظياً، ومع ذلك في معظم المجال الرقمي نستطيع أن نفترض النبضة المثالية. الشكل (7-1) خواص النبضة غير المثالية الشكل (7-1) يوضح نبضة غير مثالية. الزمن المطلوب للنبضةلترتفع من المستوى المنخفض LOW إلى المستوىالمرتفع HIGH يسمىبزمن الصعود )rrise time (t، والزمن المطلوب للهبوط من المستوى المنخفض HIGH إلى المستوى المرتفع LOW يسمىبزمن الهبوط )ffall time (t عملياً من الشائع قياس زمن الصعود من10 % إ90 % منإرتفاع النبضةpulse amplitude) (قيمة النبضة وقياس زمن الهبوط من 90 % إ10 % من إرتفاع النبضة كما هو موضح في الشكل 7-1 .)عرض النبضة pulse width )w(t هو عبارة عن قياس الزمن بين نقط 50 % من عند الحافة الصاعدة والحافة الهابطة كما هو موضح في الشكل من الأشياء الغير مرغوب فيها التي يمكن أن تحدث مع الموجات المربعة Square wave هو تجاوز الحدود عند الحافة الصاعدة أو النازلة والذي يدعى الرنين Ringing أوالتجاوز Overshoot كما في الشكل السابق، والرن أيضا الذي يكون عبارة عن موجة جيبية تتلاشى بعد فترة زمنية. معظم الموجات التي تستخدم في الأنظمة الرقمية تتكون من سلسلة من النبضات series of pulses، وتسمى أحياناً باسم قطار النبضات pulse trains، ويمكن تقسيمها إلى نوعين رئيسي

أساسياتالنظم الرقمية 22 دوريةperiodic ، الشكل الموجي للنبضات الدورية a periodic pulse waveform هو الذي يكرر نفسه خلال فترة زمنية ثابتة تسمى الدورة (T )period. الترددfrequency (f) هو معدل تكرار النبضة لنفسها ويقاس بوحدة hertz (Hz). غير دورية nonperiodic، الشكل الموجي للنبضات غير الدورية pulse waveform nonperiodic a، بالطبع لا يكرر نفسه خلال فترة ثابتة وربما يحتوى على نبضات عشوائية randomly في عرضها أو عشوائية في اختلاف الفترة الزمنية بين النبضات. كمثال على كل نوع من النوعين السابقين من البضات موضح في الشكل ( 8-1.) (a) (b) الشكل8-1) أمثلة على شكل الموجات الرقمية حيث a) موجة دورية و b) موجة غير دورية (عشوائية التردد (f) لموجة من النبضات هو مقلوب الدورة T). العلاقة بين التردد والدورة يمكن التعبير عنها كما يلي من الخواص الهامة للشكل الموجي للنبضات الدورية هو ما يسمى بدورة التشغيل (duty cycle). دورة التشغيل هي النسبة بين عرض النبضة (tw) إلى الدورة T)، ويمكن التعبير عنه كنسبة مئوية كما يلي

أساسياتالنظم الرقمية 23 مثال جزء من شكل موجي لاشارة موضح في الشكل (9-1). جميع القياسات الموضحة مقاسة باستخدام وحدة الميلي ثانية ms.) احسب قيمة كل من الدورة T)، الترددf)، دورة التشغيل duty cycle.) الشكل9-1) الشكل الموجي للمثال الحل: تقاس الدورة ( T)، من الحافة الصاعدة للنبضة الأولى إلى الحافة الصاعدة للنبضة الثانية كما هو موضح في الشكل 9-1)، وعليه تكون: T= 10 ms 3-4 الموجات الرقمية التي تحمل المعلومات الثنائية A Digital Waveform Carries Binary Information المعلومات الثنائيةBinary information التي تعالج في الأنظمة الرقمية تظهر على شكل موجات waveforms تمثل سلسلة من الخانات الثنائية (البتات) Bits، عندما الموجة في حالة مرتفعة HIGH يتم تمثيل القيمة الثنائية1 "، وعندما الموجة حالة منخفضة LOW يتم تمثيل القيمة الثنائية0 "، كل خانة ثنائية (بت) في السلسلة تأخذ فترة زمنية محددة تسمى زمن البت bit time. إشارة نبضات الساعة The Clock في النظم الرقمية كل أشكال الموجات waveforms تزامن مع شكل موجة زمنية أساسية تدعى إشارة نبضات الساعة The Clock، وهي عبارة عن موجة دورية periodic waveform تكون موجة مربعة Square wave أو قطار من النبضات Pulse Train، الفاصل الزمني بين النبضات (الدورة period) تساوي إلى زمن بت واحد.

أساسياتالنظم الرقمية 24 الشكل10-1) يظهر مثال عن اشارة الساعة متزامنة مع شكل موجة أخرى A،حيث A هي عبارة عن سلسلة من الخانات الثنائية (البتات)Bit sequence represented by waveform A، تغحالتها عند الحافة الصاعدة. الشكل (10-1) اشارة الساعة The Clock متزامنة مع اشارة أخرى A 3-5 المخططات الزمنيةTiming Diagrams المخطط الزمTiming Diagram هو رسم لأشكال الموجات الرقمية تظهر فيه العلاقة الزمنية الفعلية لاثنين أو أكثر من أشكال الموجات، وكيف يتغير شكل م وجة بالنسبة لأشكال الموجات الأخرى، وبالنظر إلى المخطط الزمني نستطيع تحديد الحالات المنخفضة LOW والمرتفعة HIGH لجميع أشكال الموجات عند أي نقطة محددة من الزمن، والزمن الدقيق الذي تغير فيه الموجة حالتها بالنسبة للموجات الأخرى. الشكل (11-1) مثال عن مخطط زمني يظهر أربع أشكال موجات. من الخطط نستطيع أن نرى أنه يوجد ثلاث أشكال موجات A,B,C تكون في حالة المرتفعة HIGH فقط خلال زمن البت السابع 7 (المظلل)، وجميعها تغير حالتها إ الحالة المنخفضة LOW عند نهاية زمن البت السابع 7. الشكل11-1) مثال عن مخطط زمني لأربع أشكال موجات

أساسياتالنظم الرقمية 25 4- الدوائر المتكاملةIntegrated Circuits, ICs الدائرة المتكاملة Integrated Circuit عبارة عن شريحة صغيرة من السيليكون chip، تكون عبارة عن دائرة الكترونية مصممة لأداء وظيفة محددة، تحتوي على عناصر الكترونية متصلة مثل (الترانزستورات transistors – ديودات diodes- مقاومات resistors- ومكثفات(capacitors ، وهذه العناصر الالكترونية متصلة داخليا مع بعضها داخل الشريحة مكونة دائرة متكاملة ، توضع الرقاقة على معدن او على صندوق بلاستيكي وتلحم الوصلات الى نقاط ارجل خارجية مكونة الدائرة المتكاملة، الشكل (12-1) يظهر ذلك، ومعظم الصناديق لها احجام قياسية ويتراوح عدد ارجلها Pins من ثمانية الى اربعة وست (08-64.) وتصنف الدوائر المتكاملة إلى صنفين عريضين حسب قدرتها على البرمجة والعمل المتكرر الدوائر المتكاملة ذات الوظيفة الثابتة Fixed-function logic: وهي التي تكون محددة لوظيفة واحدة الدوائر المتكاملة القابلة للبرمجة programmable logic: وهي التي يمكن اعادة برمجتها للعمل مرات متعددة الشكل (12-1) دائرة متكاملة تظهر فيها الشريحة chip متوضعة في صندوق بلاستيكي، تظهر منه الأرجل Pins ملحومة إ الوصلات كل دائرة متكاملة لها رقم معين مطبوع على سطح صندوقها لتعريفها ويقوم البائع بنشر كتاب للتعليمات يحتوي على المعلومات الضرورية المتعلقة بالمنتجات و ذلك حسب رقمها، حيث الأحرف (حرف أو أكثر) تعرف عائلة تقنية الدائرة المتكاملة logic circuit technology family، والأرقام (اثنين أو أكثر) تعرف نوع الوظيفة المنطقية logic function، الشكل13-1 ) يظهر شريحة من 7400 وهي شريحة تحتوي أربع بوابات ناند NAND.

أساسياتالنظم الرقمية 26 الشكل13-1) يظهر رقم الشريحة المتكاملة وهي الشريحة 7400 وتصنف الدوائر المتكاملة الرقمية إلى عائلات حسب القطع الالكترونية المستخدمة في تركيبها ، ومن العائلات المعروفة تجارياً: عائلة تي تي ال TTL : Transistor - Transistor Logic منطق ترانستور -ترانزستور ، تستخدم في وظائف رقمية عديدة وهي أكثر عائلات المنطق شيوعاً. عائلة موس (MOS) Metal – Oxide Semiconductor نصف الناقل اكسيد-معدن، تستخدم في الدوائر التي تتطلب كثافة قطع عالية. عائلة سيموس (CMOS) Complementary Metal – Oxide Semiconductor نصف الناقل اكسيد-معدن المتمم، تستخدم في النظم التي تتطلب استهلاك قليل من الطاقة. • تعتبر تقنية سيموس CMOS ومنها العائلة سيموس عالية السرعة HC (high-speed CMOS) family منأكثر الأنواع شيوعاً وطلباً من تقنيات الدوائر المتكاملة. • بالنسبة للنوع ثنائي القطبية bipolar تعتبر العائلة ال اس شوتكي منخفض الطاقةLS (low -power Schottky) family الأكثر استخداماً بالنسبة للأحرف الملحقة برقم الشريحة نجد الأحرف التالية ملحقة بها وهي: ▪ 74LSXX من نوع شوتكي منخفضة القدرة Low power Schottky ▪ 74HCXX من نوع سموس عالية السرعة High-Speed CMOS

أساسياتالنظم الرقمية 27 عندما نريد التعامل معدائرة رقمية متكاملة IC مننوع TTL فإننا نستخدم الرقم المميز لهذه العائلة والمسبوق بحرفين أو أكثر للدلالة على الشركة المصنعة للدائرة المتكاملة، ويوجد نموذجان لل دوائر المتكاملة TTL . النموذج الأول يبدأ بالرقم 74 ويستخدم للعمل في بيئة درجة حرارتها من 0 إ70 مئوية وتعتبر كلفة التصنيع لهذا النموذج منخفض. النموذج الثاني: يبدأ بالرقم 54 وهو مشابه للنموذج الأول إلا أنه يستخدم في المجالات العسكرية والصناعية التي تتطلب وثوقية عالية وتتطلب العمل في درجات حرارة مرتفعة ما بين 55 إ125 مئوية ولذلك فإن كلفة التصنيع لهذا النموذج مرتفعة . الشكل (14-1) أحد نماذج الدوائر المتكاملة من النوع ذي الصف DIP الكثير منا ينظر إلى الحجم الأسود لأي شريحة على أن هذا هو حجم الشريحة الأصلي، في الحقيقة فإن هذا الصندوق الأسود يكون عادة من مادة عازلة تغطي أو تغلف الجسم الحقيقى للشريحة الموجود بالداخل، وهذا الجسم فى العادة يكون صغيراً جداً بالنسبة لهذا الغلاف الأسود الموجود فقط، لكي يتمكن المصنع من إخراج الأطراف المختلفة للشريحة بطريقة مريحة للمستخدم، الأشكال (12-1)(13-1) (14-1) توضح ذلك. هناك أكثر من طريقة لتغليف الشرائح الإلكترونية من أجل توضعها أو تثبيتها على لوحات الدوائر المطبوعة printed circuit boards (PCBs) ، أولها وأكثرها شيوعاً هى الشرائح ذات الأطراف النافذة أو ذات التوضع باستخدام الثقوب through-hole mounted في هذه الحالة لابد من عمل خرم أو فتحة لكل طرف من أطراف الشريحة على اللوحة ينفذ منها الطرف ويتم لحامة أو تثبيته من الناحية الأخرى للوحة التثبيت. أي أن الشريحة تكون موجودة على أحد أوجه اللوحة والأطراف مثبته على الوجه الآخر لها، وهي أكبر في الحجم وأسهم في الاستخدام من النوع الآخر، من الأشكال الشائعة لذلك الشرائح المعروفة بذات الصفين Dual In line Package (DIP)،وهي التي تظهر في الشكل (14-1.) النوع الثاني من الشرائح هو الشرائح السطحية أو تقنية التوضع السطحي surface-mount technology (SMT)أو غير النافذة، وهي لا تحتاج لتخريم اللوحة لتثبيتها ولكنها تثبت مباشرة على نفس السطح الموجودة عليه، وهذه بالطبع تكون أفضل

أساسياتالنظم الرقمية 28 فى الكث من التطبيقات لأنها ستوفر مساحة على اللوحة كما أنها فى العادة تكون صغيرة الحجم، هذه الشرائح تسمى الشرائح السطحية الصغيرة Small Outline IC, (SOIC)، الشكل (15-1) يظهر هذا النوع مع مقارنته مع النوع ذي الصف DIP. الشكل15-1) الدوائرالمتكاملة من النوع الشرائح السطحية الصغيرة SOIC مع مقارنة مع الشكل ذي الصفDIP هناك أشكال عديدة من الشرائح السطحية مثل الشرائح ذات الأرجل السلكية Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC) وال تكون أطرافها عبارة عن أسلاك ملفوفة تحت جسم الشريحة فى صورة الحرف J ، هناك أيضا الشريحة السيراميكية بلا أطراف التي تكون أطرافها عبارة عن أسلاك لاصقة في جسم الشريحة Leadless Ceramic Chip Carrier (LCCC)، كما يوجد العديد من الأنواع أخرى تظهر في الشكل ( 16-1) الذي يعرض نماذج عن هذه الشرائح الشكل (16-1) نماذج من الشرائح هو الشرائح السطحية SMT)

أساسياتالنظم الرقمية 29 الأنظمة الرقمية تحتوي على الدوائر المتكاملة بسبب صغر حجمها وموثوقيتها العالية وتكلفتها المنخضة، واستهلاكها القليل من القدرة الكهربائية. وكل الدوائر المنطقية التي سنتكلم عنها في هذا الكتاب متاحة في صورة شرائح الكترونية. 4-1 ترقيم أطراف الشرائح المتكاملة Pin Numbering فى العادة تكون هناك علامة على سطح أى شريحة تشير إلى الطرف رقم 1، يجب أن تكون الشريحة أفقية والسطح لأعلى والعلامة باتجهاهنا ثم نبدأ عد الأطراف بعكس عقارب الساعة، والشكل (17-1) يظهر ذلك الشكل (17-1) ترقيم أطراف الشرائح المتكاملة لنوعين من الشرائح كتاب التعليمات للدائرة المتكاملة Data Sheets عن طريق كتاب التعليمات يمكن الحصول على معلومات محددة عن خصائص التشغيل لدائرة متكاملة معينة ومعظم كتب التعليمات مجزأة إلى ثلاثة أقسام رئيسة: 1- ظروف تشغيلية ينصح بهاRecommended Operating Conditions. 2- خصائص كهربائية Electrical Characteristics. 3- خصائص تبديليةSwitching Characteristics.

أساسياتالنظم الرقمية 30 4-2 تصـنيف الدوائر المتكاملة حسب كثافة المكونات (التعقيد) ICs Complexity Classifications for - أحيا تصنف الشرائح الإلكترونية على حسب كثافة المكونات عليها، حيث تقاس هذه الكثافة بعدد الترانزستورات المكونة لهذه الشريحة، لاحظ أن جميع مكونات أى شريحة تؤول فى النهاية إلى مجموعة من الترانزستورات، من هذه التصنيفات ما يلى: 1- الشرائح ذات التكامل الصغير Small-scale integration (SSI) وهي الشرائح التي تحتوي أقل من 100 ترانزستور، أو ما يكافئ أقل من 10 بوابات، وتحتوي شرائح هذا الصنف بعض البوابات المنطقية والقلابات. 2- الشرائح ذات التكامل المتوسط Medium-scale integration (MSI) وهي ال تحتوي من 1000 ح 10000 ترانزستور، أو ما يكافئ من 10 ح100 بوابة، ويتكون منها العدّادات والمسجلات والمشفرات ومحللات الشفرة . 3- الشرائح ذات التكامل العالي Large-scale integration (LSI) وهي الشرائح ال تحتوي من 10000 ح 100000 ترانزستور، أو ما يكافئ من 100 ح10000 من البوابات، ويتكون منها شرائح الذاكرة والأجيال الأولى من المعالجات. 4- الشرائح ذات التكامل العالي جدا Very Large Scale Integration (VLSI) وهي الشرائح ال تحتوي من 100000 ترانزستور، حتى مليون، أو ما يكافئ من 10000 ح100000 من البوابات، ويتكون منها الأجيال المتوسطة من المعالجات وشرائح الذاكرة . 5- الشرائح فائقة التكامل Ultra Large Scale Integration (LSI) وهى ال تحتوي فوق المليون ترانزستور، الأجيال الأخيرة من المعالجات حتى كتابة هذا الكتاب وصلت كثافتها حتى 100 مليون ترانزستور، أو ما يكافئ أكثر من 100000 من البوابات 4-3 تكنولوجيا الدوائر المتكاملة Integrated Circuit Technologies أنواع الترانزستورات التي تنفذ منها جميع الدوائر المتكاملة هي إما من ترانزستور نوع وصللة ثنائية القطبية bipolar junction transistors (BJT)، أو من نوع موسفت، ت رانزستور تأثير الحقل الكهربائي نوع معدن – أوكسيد نصف ناقل MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors).

أساسياتالنظم الرقمية 31 تقنية الدوائر التي تستخدم موسفتMOSFETs هي سموس، أي موس المتمم CMOS (Complementary MOS). تقنية الدوائر الرقمية التي تستخدم ترانزستور نوع وصللة ثنائية القطبية تدعى تي تي ال TTL (transistor- transistor logic). وهناك دوائر تستخدم التقنيتنين معاً وتسمى بي سموس BiCMOS. 5- الأجهزة المستخدمة في اختبار الدوائر الرقمية Instrumets Used in Digital Circuits Testing and سنعرض سريعاً لبعض الأجهزة المستخدمة بشكل كبير في اختبارات وقياسات الإشارات عموماً والرقميةبالذات، ونؤكد على أننا لن نشرح هذه الأجهزة بالتفصيل، ولكننا سنعرض شرحاً سريعاً مع صورة تبين كل واحد من هذه الأجهزة . 5-1 مب الذبذبات أو راسم الإشارة (الأوسيلوسكوب) Oscilloscope يعت الأوسيلوسكوب Oscilloscope من أكثر أجهزة القياس استخداماً فى معامل ومختبرات الإلكترونيات، إذ يستخدم الأوسيلوسكوب لبيان شكل الموجة الكهربائية وكيفية تغيرها مع الزمن، حيث يعرض العلاقة بين الجهد (أو التيار) مع الزمن، يمكن بذلك تحديد تردد الموجة ومقدار جهدها وزمن الارتفاع وزمن الانخفاض، كما يمكن ملاحظة أى تشويه فى شكل الموجة، الشكل(18-1) يب صورة الأوسيلوسكوب، هناك بعض النماذج منها تحتوي على ثلاث قنوات أو أربع قنوات وليس أكثر من ذلك. الشكل (18-1) راسم اشارة بأربع أقنية Oscilloscope

أساسياتالنظم الرقمية 32 يمكن كذلك باستخدام الأوسيلوسكوب عرض موجتان أو أكثر فى نفس الوقت وملاحظة العلاقة بينهما، فمثلاً يمكن عرض دخل الدائرة وخرجها فى نفس الوقت وملاحظة الفرق بينهما لمعرفة إذا كان هناك إزاحة فى زاوية الطور بينهما إذا كان كل منهما معكوس الآخر، وعلاقة التردد بين كل منهما. 5-2 المحلل المنطقي Logic Analyzer يستخدم المحلل المنطقي Logic analyzer في دوائرالمعالجات أو الحاسبات بكثرة نظراً لوجود الكثير من الإشارات التي يلزم رؤيتها جميعها في نفس الوقت لتحليلها ومعرفة العلاقات بينها، مثل الإشارات على خطوط مسار البيانات أو مسار العناوين أو خطوط التحكم، الشكل (19-1) يعرض مثال عن محلل منطقي نموذجي، يمكن استخدام المحلل المنطقي في أكثر من طريقة لعرض الإشارات كما يلى: -1 يستخدم المحلل المنطقي كأوسيلوسكوب حيث يمكن عرض الإشارة مع الزمن، ويمكن عرض أكثر من إشارة فى هذه الطريقة قد يصل إلى 4 إشارات فى نفس الوقت. -2 يستخدم المحلل المنطقي لبيان المخطط الزمني لعدد من الإشارات يصل إلى 16 و 32 إشارة فى نفس الوقت، المخطط الزمني فى هذه الحالة يبين العلاقة الزمنية لكل إشارة وهل هي واحد 1 أم صفر 0 عند أي لحظة زمنية، عرض الإشارات يختلف عن الحالة السابقة حيث لا يبين تفاصيل مقدار الإشارة إلا أنها صفر 0 أم واحد 1، هذه الحالة مهمة جداً فى بيان إشارات البيانات أو العناوين فى المعالجات أو الحاسبات. 3- يمكن للمحلل المنطقي أن يعرض أكثر من إشارة بطريقة الأوسيلوسكوب كما فى الطريقة الأولى، وفى نفس الوقت يعرض باقي الإشارات فى نظام المخطط الزمني كما فى الحالة الثانية. 4- يمكن للمحلل المنطقي أن يعرض الإشارات بنظام جدول الحقيقة حيث يعرض الإشارات عبارة عن أصفار 0 وواحدات 1. الشكل19-1) محلل منطقي نموذجيLogic analyzer