In breve: I circuiti digitali a bassa scala uniscono porte logiche per eseguire calcoli o memorizzare dati. Esistono due famiglie: combinatori e sequenziali.
Cosa sono i circuiti digitali
Un circuito digitale lavora con due soli valori: 0 e 1. Questi valori si chiamano livelli logici.
I circuiti a bassa scala di integrazione contengono poche porte logiche. Si chiamano anche circuiti SSI.
Le porte logiche di base sono AND, OR e NOT. Combinandole si ottengono funzioni più complesse.
Pensa a un interruttore della luce. Anche lui ha due stati: acceso o spento. È un esempio quotidiano di logica binaria.
Combinatori e sequenziali
I circuiti combinatori danno un'uscita che dipende solo dagli ingressi attuali. Non hanno memoria del passato.
Esempi tipici sono il sommatore, il decodificatore e il multiplexer. Ricevono dati e producono subito un risultato.
I circuiti sequenziali invece ricordano lo stato precedente. La loro uscita dipende dagli ingressi e dalla memoria interna.
Gli elementi base dei circuiti sequenziali sono i flip-flop. Un flip-flop conserva un bit fino al prossimo comando.
Spesso i circuiti sequenziali usano un segnale di clock. Il clock scandisce il tempo come il metronomo nella musica.
Come si progetta passo passo
Prima si scrive la tabella di verità. Essa elenca tutte le combinazioni di ingresso e l'uscita desiderata.
Poi si ricava la funzione logica. Si può semplificare con l'algebra di Boole o con le mappe di Karnaugh.
Infine si disegna lo schema con le porte logiche. Si verifica il funzionamento con la simulazione.
Esempio combinatorio: un circuito che accende un LED solo se due interruttori sono entrambi chiusi. Serve una porta AND.
Esempio sequenziale: un contatore che conta gli impulsi di un pulsante. Servono flip-flop collegati in cascata.
Parole difficili
- Porta logica: componente elettronico che esegue un'operazione su segnali binari.
- Bit: unità minima di informazione, vale 0 oppure 1.
- Flip-flop: circuito che memorizza un bit fino a un nuovo comando.
- Clock: segnale periodico che sincronizza le operazioni del circuito.
- Tabella di verità: schema che elenca ingressi e uscite di una funzione logica.
- Mappa di Karnaugh: metodo grafico per semplificare le funzioni logiche.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-elettronica-elettrotecnica.tecnologie-e-progettazione-di-sistemi-elettrici-ed-elettronici.cl3.circuiti-digitali.01