درس الکترونیک دیجیتال و مدارهای الکترونیکی یکی از دروس تخصصی رشته مهندسی کامپیوتر در مقطع کارشناسی است که به علاقه‌مندان قابلیت درک ساختار قطعات الکترونیکی و نیمه‌هادی را می‌دهد تا بتوانند نحوه کارکرد ترانزیستورهای MOSFET در مدارهای دیجیتال را تحلیل کنند. دانشجویان مهندسی کامپیوتر و برق که قبل از این درس مفاهیم گیت‌ها را در مدارهای منطقی فراگرفته‌اند، در این درس امکان پیاده‌سازی واقعی این منطق‌ها و گیت‌ها را می‌بینند، در‌واقع این درس را می‌توان ترکیبی از دروس مدار منطقی و مدارهای الکترونیکی با تمرکز روی تحلیل دیجیتال دانست.

درس الکترونیک دیجیتال بعد از معرفی مفهوم مواد نیمه‌هادی، دیود و ساختار تراتزیستورهای MOSFET، روی تحلیل سیگنال‌های دیجیتال و طراحی مدار ترازیستوری گیت‌ها و مدارهای منطقی تمرکز دارد. توسط این گیت‌های پایه می‌توان مدارهای مجتمع (IC) را که از ماژول‌های بزرگتر و پیچیده‌تر منطقی تشکیل شده طراحی کرد. تمرکز اصلی این درس روی ترانزیستورهای نوع MOSFET است که ترانزیستور غالب در طراحی تراشه‌های مهم امروزی محسوب می‌شود. 

درس الکترونیک دیجیتال از دروس مهم و پایه برای درک سطوح پایین طراحی تراشه‌ها محسوب می‌شود و پیش‌نیاز درس VLSI دوره کارشناسی و اکثر دروس کارشناسی‌ارشد مهندسی کامپیوتر گرایش معماری کامپیوتر و مهندسی برق گرایش الکترونیک دیجیتال محسوب می‌شود. همچنین، یکی از دروس تخصصی کنکور کارشناسی‌ارشد مهندسی کامپیوتر است. از پیش‌نیازهای این درس آشنایی با مدار منطقی و مفاهیم اولیه مدارهای الکتریکی است.

 الکترونیک دیجیتال زیر شاخه‌ای از الکترونیک است که با سیگنال‌های دیجیتال برای پردازش و کنترل سیستم‌ها و زیر سیستم‌های مختلف سروکار دارد. به کاربردهای مختلف آن می‌توان در حسگرها و محرک‌ها و... اشاره کرد. امروزه استفاده از الکترونیک دیجیتال به طور گسترده در  جهان در حال افزایش است.

سیگنال‌های دیجیتال

الکترونیک دیجیتال حوزه‌ای است که سیگنال‌های دیجیتال در آن استفاده می‌شود. سیگنال‌های دیجیتال، نسخه پیشرفته سیگنال‌های آنالوگ هستند. در سیگنال‌های دیجیتال، مقادیر در یک باند خاص یکسان و ثابت است. همچنین سیگنال‌های دیجیتال اساس مدار دیجیتال و الکترونیک دیجیتال را تشکیل می‌دهند. در ادامه سیگنال‌های آنالوگ و سیگنال‌های دیجیتال را بررسی خواهیم کرد.

مزایای سیستم‌های دیجیتال

1. طراحی آسان‌تر:

سیستم‌های دیجیتال را می‌توان به راحتی طراحی کرد زیرا سیگنال‌های دیجیتال را در بر می‌گیرد. این سیگنال‌ها به مقدار دقیق در یک زمان خاص نیاز ندارند، اما شامل محدوده مقادیر خاصی از ولتاژ هستند. بنابراین، اساساً از دو مقدار 0 و 1 یعنی زیاد یا کم تشکیل شده است.

2. مصون بودن از نویز:

سیستم‌های دیجیتال از نویز مصون هستند زیرا سیگنال دیجیتال از محدوده مقادیر خاصی تشکیل شده است. اما سیگنال آنالوگ بیشتر تحت تأثیر نویز قرار می‌گیرد زیرا پیوسته با زمان تغییر می‌کند، بنابراین تشخیص اینکه نویز کدام مقدار ولتاژ را از بین برده است دشوار است. در حالی که در مورد سیستم دیجیتال، نویز بر محدوده خاص سیگنال تأثیر می‌گذارد، بنابراین مشخص است که تشخیص محدوده خاص نویز در مورد سیگنال‌های دیجیتال آسان است.

3. ذخیره‌سازی آسان اطلاعات:

ذخیره‌سازی اطلاعات در سیستم‌های دیجیتال آسان است. می‌توان آن را قفل کرد و برای مدت طولانی ذخیره کرد.

4.دقت بالا:

سیگنال دیجیتال دقت بالایی را ارائه می‌دهد. زیرا پردازش سیگنال دیجیتال از طریق مدار سوئیچینگ انجام می‌شود. در حالی که در مورد سیگنال‌های آنالوگ پردازش و خروجی آن به شدت به اجزای مدار وابسته است. دقت به دست آمده در مدارهای آنالوگ به 3-4 رقم محدود می‌شود در حالی که در مورد سیگنال‌های دیجیتال دقت به مراتب بیشتر از مدار آنالوگ است.

5.قابل برنامه ریزی:

سیستم‌های دیجیتال به راحتی قابل برنامه‌ریزی هستند، اما سیستم آنالوگ زمانی که برنامه‌ریزی بیش از حد قطعات انجام شود، پیچیده می‌شود.

معایب سیستم‌های دیجیتال

همه چیز با جوانب مثبت و منفی همراه است. به طور مشابه سیستم‌های دیجیتال نیز دارای معایب خاصی هستند که به شرح زیر است:

1.گران قیمت: سیستم‌های دیجیتال گران هستند زیرا شامل عناصر سوئیچینگ می‌شوند.

2. تردی: سیستم‌های دیجیتال می‌توانند شکننده باشند، به این صورت که اگر یک تکه از داده‌های دیجیتال از بین برود یا اشتباه تفسیر شود، معنای بلوک‌های بزرگ داده‌های مرتبط می‌تواند کاملاً تغییر کند. این مشکل را می‌توان با طراحی سیستم دیجیتال کاهش داد.

به عنوان مثال، کدهای تشخیص یا تصحیح خطا را می‌توان در مسیر سیگنال درج کرد تا اگر کمتر بخش کمی از داده‌ها خراب شده باشد، سیستم بتواند تشخیص دهد که این اتفاق افتاده است و احتمالاً داده‌ها را خراب نمی‌کند.

آموزش الکترونیک دیجیتال

دوره‌های زیادی برای آموزش الکترونیک دیجیتال وجود دارد این دوره‌ها برای یادگیری فرمت دیجیتالی داده‌ها و کدها می‌باشد، و همچنین به شما کمک می‌کند تا سیستم‌های اعداد، کدهای عددی، گیت‌های منطقی، مدارهای ترکیبی، مدارهای متوالی و ... را درک کنید. افرادی که آموزش الکترونیک دیجیتال را می‌بینند، می‌آموزند که چگونه شبکه‌های دستگاه‌های نیمه‌رسانا مانند ترانزیستورها وظایف پردازش سیگنال را انجام می‌دهند. نمونه هایی از این کارها عبارتند از: تولید و تقویت گفتار یا موسیقی، پخش و نمایش تلویزیون، ارتباطات تلفن همراه و ماهواره. همچنین افراد یاد می‌گیرند که چگونه ریزتراشه‌های الکترونیکی پیچیده‌ای را برای انجام این وظایف در انواع سیستم‌های الکترونیکی طراحی کنند.

در این دوره آموزشی، نحوه طراحی، ساخت و استفاده از سیستم‌های الکترونیکی که عملکرد آنالوگ و دیجیتال را با هم ترکیب می‌کنند، را یاد خواهید گرفت. همچنین شما خواهید آموخت که چگونه از حسگرها برای ثبت پدیده‌های دنیای واقعی استفاده کنید.

اصول اولیه دیجیتال الکترونیک شامل:

•  سیستم شماره و نمایندگی
•  برنامه‌ها
•  جبر بولی و گیت‌های منطقی
•  به حداقل رساندن سطح دروازه
•  مدارهای منطق ترکیبی
• فلیپ فلاپ‌ها و مدارهای متوالی
•  شمارنده‌ها
• حافظه و منطق قابل برنامه‌ریزی

اغلب این دوره‌های آموزشی حول یک پلتفرم آموزشی به نام (CUno) متمرکز شده است، یک پلتفرم که به طور خاص برای این دوره توسعه یافته است. دانش‌آموزان CUno خود را می‌سازند، حسگرهای متنوع را با پلتفرم ادغام می‌کنند، کدهای ساده را برای پاسخ به داده‌های حسگر و خروجی‌های درایو می‌نویسند. در نیمه اول دوره‌ها معمولا از پروژه‌های چند هفته‌ای برای معرفی مفاهیم مهندسی برق، تجهیزات آزمایشگاهی و مهارت‌هایی مانند ساخت و تعیین مشخصات برد مدار خود استفاده می‌شود.

در پایان این دوره آموزشی الکترونیک دیجیتال، شما قادر خواهید بود:

1. از مقادیر الکتریکی مانند جریان و ولتاژ برای درک، تحلیل و طراحی مدارهای الکترونیکی استفاده کنید.

2. از اجزای آنالوگ و دیجیتال، حسگرها و محرک‌های خروجی برای مونتاژ سیستم‌های الکتریکی ساده استفاده کنید.  

3.  از تجهیزات آزمایشگاهی الکتریکی مشترک برای ساخت و آزمایش مدارهای الکتریکی استفاده کنید.

4.  طراحی، ساخت و اشکال زدایی مدارهای آنالوگ و دیجیتال 

5.  با نوشتن نرم‌افزار روی پردازنده CUno، یک کنترلر تعبیه شده را برنامه‌ریزی کنید.

6.   یک پروژه طراحی مستقل کامل از مفهوم تا نمایش حرفه‌ای را اجرا کنید.

مزایای آموزش الکترونیک

1. باعث صرفه جویی در زمان و هزینه می‌شود.

2.  بسیار مقرون به صرفه است.

3. یادگیری شخصی را آسان‌تر می‌کند.

4.  به طور مداوم به روز می‌شود.

معایب آموزش الکترونیک دیجیتال :

1.  می‌تواند باعث انزوای اجتماعی شود.

2.  مربیان تمایل دارند به جای عمل، بر تئوری تمرکز کنند.

3.  محدود به رشته‌های خاصی است.

4.  فاقد ارتباط چهره به چهره است.

 نتیجه گیری:

یکی از مزایای اصلی درباره آموزش الکترونیک دیجیتال، انعطاف پذیری آن است. آموزش الکترونیک دیجیتال یک تجربه یادگیری را فراهم می‌کند که می‌توانید در راحت‌ترین زمان به آن دسترسی داشته باشید، همچنین این دوره‌ها می‌تواند در بخش‌های کوتاه ارائه شود و متناسب با نیازها و سبک یادگیری شما تنظیم شود.

و فرصت‌های یادگیری و توسعه بسیار بیشتری را برای میلیون‌ها نفر فراهم می‌کند که می‌توانند به راحتی به مواد آموزشی با کیفیت بالا دسترسی داشته باشند. برای راحتی کار ما مزایا و معایب این آموزش را برای شما توضیح دادیم تا بتوانید به راحتی تصمیم بگیرید که آیا سراغ آموزش دیجیتال الکترونیک بروید یا خیر. از اینکه تا پایان این مطلب همراه ما بودید از شما سپاس‌گزاریم. برای خواندن مطالب بیشتر به سایت مکتبخونه مراجعه فرمایید.