หลักการของระบบดิจิตอล

หลักการของระบบดิจิตอล

ลักษณะของสัญญาณดิติอล
สัญญาณดิจิตอลมีลักษณะพิเศษที่แตกต่างจากสัญญาณอนาล็อกเป็นอย่างมาก กล่าวคือ สัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณที่ไม่ต่อเนื่อง แต่มีลักษณะเป็นชิ้น ๆ หรือเป็นท่อน ๆ ซึ่งเรามีศัพท์เรียกลักษณะดังกล่าวว่า ดิสครีต (Discrete) และสัญญาณจะมีค่าได้เฉพาะค่าที่กำหนด ไว้ตายตัวเท่านั้น เช่น ในระบบดิจิตอลที่ใช้กันทั่วไปนั้นใช้สัญญาณระบบเลขฐานสอง (Binary) ซึ่งมีค่าเพียงสองระดับเท่านั้น จากรูป แสดงลักษณะของสัญญาณดิจิตอล ในกรณีนี้สัญญาณสามารถมีค่าที่กำหนดไว้สองระดับคือ 0 กับ 5 โวลต์ ตามรูปนี้สัญญาณมีค่า 5 โวลต์ ในช่วงเวลาระหว่า t = 1 ถึง 2 กับในช่วงเวลาระหว่าง t = 3 ถึง 4 นอกจากช่วงเวลาทั้งสองดังกล่าวสัญญาณมีค่า 0 โวลต์

ถ้าส่งสัญญาณนี้ไปตามสายหรือไปกับคลื่นวิทยุ เมื่อไปถึงปลายทางขนาดและรูปร่างของคลื่นอาจผิดเพี้ยงไปบ้าง ในทางปฏิบัติเรากำหนดค่าขั้นต่ำของสัญญาณระดับสูง (VH min) และค่าขั้นสูงของสัญญาณระดับต่ำ (VL max) ไว้ เพื่อให้สามารถแยกระดับแรงดันไฟฟ้า ทั้งสองจากสัญญาณดิจิตอลที่ผิดเพี้ยนไปได้ โดยวิธีนี้ระบบที่รับสัญญาณดิจิตอลก็ยังสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง แม้ว่าสัญญาณที่รับเข้ามาจะมีความผิดเพี้ยนค่อนข้างมาก ซึ่งเป็นจุดเด่นของระบบดิจิตอลที่เหนือกว่าระบบอนาลอก

กระบวนการพื้นฐานที่ใช้ในระบบดิจิตอล
กระบวนการที่ใช้ระบบดิจิตอลนั้น เป็นกระบวนการที่ง่ายกว่าที่ใช้ในระบบแอนะล็อกมาก เพราะประกอบด้วยกระบวนการพื้นฐานง่าย ๆ เพียงไม่กี่อย่างนำมาใช้ผสมผสานกันให้เป็นไปตามวัตถุประสงค์ได้ กระบวนการพื้นฐานทางดิจิตอลได้แก่
1. ปฏิบัติการตรรกะ (Logic Operation)
2. การเก็บความจำ (Memory Storage)
3. การนับ (Counting)
รายละเอียดของกระบวนการพื้นฐานต่าง ๆ เหล่านี้จะได้กล่าวถึงในบทอื่น เราสามารถนำกระบวนการพื้นฐานเหล่านี้มาใช้ร่วมกัน ทำให้เกิดกระบวนการที่มีความซับซ้อนสูงขึ้น เช่น


การบวกเลขฐานสอง (Binary Addition)
การถอดรหัสและการแจกจ่ายสัญญาณ (Decoding and Demultiplexing)
การเลือกรับข้อมูลและการรวมสัญญาณ (Data Selection and Multiplexing)
การแปลงสัญญาณอนาลอกเป็นดิจิตอล (Analog to Digital Conversion)
การแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นอนาลอกเ (Digital to Analog Conversion)

ประเภทของวงจรดิจิตอล
ระบบดิจิตอล อาจแบ่งออกได้เป็นประเภทใหญ่ ๆ ได้ดังนี้
ระบบดิจิตอลแบบคอมบิเนชัน (Combinational Digital System)
เป็นระบบที่สถานะของเอาท์พุตขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ หรือคอมบิเนชัน (Combination) ของสถานะอินพุต ลำดับเหตุการณ์ในอดีตของอินพุต และเอาท์พุตไม่มีผลต่อการทำงานของวงจร วงจรในระบบนี้ได้แก่ วงจรตรรกะ (Logic Gates) แบบต่าง ๆ และวงจรที่พัฒนามาจากวงจรตรรกะ
ระบบดิจิตอลแบบซีเควนเชียล (Sequental Digital System)
เป็นระบบที่สถานะของเอาท์พุดขึ้นอยู่กับสถานะปัจจุบัน และสถานะก่อนหน้านั้นของทั้ง อินพุตและเอาท์พุด ลำดับเหตุการณ์ในอดีตมีผลโดยตรงต่อสถานะของเอาท์พุต และเวลาเป็นตัวแปรตัวหนึ่งที่ควบคุมสถานะของเอาท์พุต วงจรในระบบนี้ได้แก่ วงจรฟลิปฟลอป (Flip Flop) แบบต่าง ๆ และวงจรที่พัฒนามาจากวงจรฟลิปฟลอบ
ระบบดิจิตอลแบบควบคุมด้วยโปรแกรม (Program-Controlled Digital System)
เป็นระบบที่นำวงจรแบบคอมบิเนชันและแบบซีเควนเชียลมาทำงานร่วมกัน โดยเพิ่มหน่วยความจำ (Memory) ที่มีขนาดใหญ่พอเข้าไป สำหรับจดจำคำสั่งต่าง ๆ ที่จะสั่งงานให้ระบบทำงานตามลำดับ และจดจำสถานะอินพุตเอาท์พุตก่อนหน้า คำสั่งทีเรียงลำดับไว้นี้เรียกว่า โปรแกรม (Program) ระบบนี้จึงเป็นระบบที่ทำงานภายใต้การควบคุมของโปรแกรม ซึ่งมีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ซอฟต์แวร์ (Software) สิ่งที่ตรงกันข้ามกับซอฟต์แวร์คือ ฮาร์ดแวร์ (Hardware) ซึ่งได้แก่ ชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่นำมาประกอบกันเป็นตัวเครื่องของระบบ ระบบดิจิตอลแบบควบคุมด้วยโปรแกรม จึงเป็นระบบที่มีทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ ในขณะที่ระบบดิจิตอลอีกสอบแบบที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้มีแต่ฮาร์ดแวร์เพียงอย่างเดียว ตัวอย่างของระบบดิจิตอลแบบควบคุมด้วยโปรแกรมได้แก่ ระบบที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessor -Based System)

อุปกรณ์และวงจรที่ใช้ในระบบดิจิตอล
อุปกรณ์และวงจรที่ใช้ในระบบดิจิตอลอาจแบ่งออกเป็นประเภทใหญ่ได้ดังนี้
• วงจรตรรกะ (Logic Gates)
• ฟลิปฟลอป (Flip Flop) และอุปกรณ์ความจำ (Memory)
• วงจรสำเร็จรูป MSI และ LSI
• ไมโครโปรเซสเซอร์ (Microprocessors)



ที่มา http://km.reru.ac.th/

เนื้อหา รูปภาพ หรือสื่ออื่นที่ปรากฎเป็นของเจ้าของบทความนั้นๆ