In breve: I sistemi digitali lavorano con due soli stati: 0 e 1. Si dividono in combinatori e sequenziali.
Cosa è un sistema digitale
Un sistema digitale elabora segnali che assumono solo due valori. Questi valori si chiamano livelli logici e si indicano con 0 e 1.
Lo 0 corrisponde a una tensione bassa. L'1 corrisponde a una tensione alta. Il valore esatto dipende dalla tecnologia usata.
Pensiamo a un interruttore della luce. Può essere acceso oppure spento. Non esistono stati intermedi: è la stessa idea della logica binaria.
Circuiti combinatori e sequenziali
I circuiti digitali si dividono in due grandi famiglie. La differenza sta nel modo in cui usano il tempo e la memoria.
I circuiti combinatori producono un'uscita che dipende solo dagli ingressi attuali. Non ricordano nulla del passato. Sono costruiti con porte logiche di base: AND, OR, NOT.
Un esempio sono i sommatori e i decoder. Se cambiano gli ingressi, l'uscita cambia subito secondo la funzione logica scelta.
I circuiti sequenziali invece dipendono dagli ingressi e dallo stato interno. Hanno una forma di memoria. L'uscita può cambiare anche solo perché il tempo avanza.
Gli elementi base sono i flip-flop. Un flip-flop conserva un bit fino a quando un segnale non lo modifica. Spesso il cambiamento avviene a ogni colpo di clock.
Esempi pratici
Una pulsantiera che accende una lampada con la funzione AND è un circuito combinatorio. La luce si accende solo se due pulsanti sono premuti insieme.
Un contatore che conta i pezzi su un nastro è un circuito sequenziale. Il numero attuale dipende dai conteggi precedenti, non solo dall'ingresso di adesso.
Anche un semaforo segue una logica sequenziale. Le luci si accendono in un ordine fisso, scandito dal tempo.
In laboratorio possiamo provare un flip-flop di tipo D. Colleghiamo un ingresso dati, un clock e osserviamo l'uscita con un LED.
Parole difficili
- Bit: unità minima di informazione, vale 0 oppure 1.
- Porta logica: circuito che esegue una operazione booleana di base.
- Flip-flop: circuito che memorizza un bit di informazione.
- Clock: segnale periodico che scandisce i tempi del circuito.
- Stato: condizione interna che il circuito ricorda nel tempo.
- Decoder: circuito che traduce un codice in ingresso in un'uscita.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.sistemi-e-automazione.cl3.logica-digitale.02