數碼電路粵拼sou3 maa5 din6 lou6英文Digital circuit),又或者叫數碼集成電路,係指用數碼方式嚟傳達訊號電子電路;相對於用模擬方式傳訊嘅模擬電路[1][2]。研究「點樣設計數碼電路」嘅電子學子領域,就係所謂嘅數碼電子學Digital electronics)。

上圖係一個 Arduino 數碼電路;下圖係 4 吓數碼訊號嘅抽象圖解-每吓數碼訊號一係高電壓(1)一係低電壓(0),數碼電路會用數碼訊號嚟傳達資訊

數碼電路係廿一世紀初電腦電訊嘅重要根基:喺概念上,一吓數碼訊號由一個離散(discrete)物理量建構成,表示一連串離散嘅數值-吓數碼訊號嘅一個可能數值(例如 0)同下一個可能數值(例如 1)之間實會有個最細嘅可能差距,冇話斬件到幾細都得,例如數值冇得係 0.5;呢種訊號喺廿一世紀初嘅數碼電腦同各種電子架生當中好常用-呢啲機械會傳一串串由有電(1)同冇電(0)組成嘅訊號,並且用呢一串串嘅數值表示一啲資訊,用唔同嘅 1-0 組合代表唔同嘅符號,例如 0000 表示英文字母 A,0001 表示字母 B... 呀噉,達致「用連串電流傳達信息」噉嘅效果[3][4]

喺實際應用上,數碼電路可以搵邏輯門(logic gate)等嘅電子元件砌出嚟。响廿一世紀初,數碼電路可以話無處不在咁滯,電腦、智能電話[5]以至遊戲機[6]等嘅科技產品都會用到數碼電路,而數碼電子學亦自然成為咗電子工程等領域上嘅必備知識之一。

基礎

內文:數碼訊號電子電路

數碼訊號(digital signal)係訊號嘅一種。一個數碼訊號由一個離散(discrete)嘅物理量建構成,表示一連串離散嘅數值-一個數碼訊號嘅一個可能數值(例如 0)同下一個可能數值(例如 1)之間實會有個最細嘅可能差距,冇話斬件到幾細都得(例如數值冇得係 0.5)[7][8]。數碼訊號喺廿一世紀嘅數碼電腦同各種電子架生當中好常用:呢啲機械會傳一串串由有電(1)同冇電(0)組成嘅訊號(好似下圖噉),並且用呢一串串嘅數值表示一啲資訊,簡單講就係唔同嘅 1-0 組成代表唔同嘅符號,當中「符號」包括咗羅馬字母數字呀噉(詳情可以睇吓 ASCIIUnicode);另一方面,亦都有啲數碼訊號做法係有三個或者以上嘅可能數值嘅[9][10]

數碼訊號之所咁常見,係因為呢種訊號有好多好處。數碼訊號其中一個最大嘅好處就係相對冇咁易受雜音影響-喺現實世界,一個訊號喺傳送嘅中途梗會或多或少噉受到干擾,跟住會走少少樣:

  • 如果個訊號係模擬訊號(睇下面),個訊號嘅準確性實會(機率 = 100%)受影響;
  • 相比之下,如果嗰個訊號係數碼訊號嘅話,個系統嘅設計者可以(例如)事先設定好部收訊號用嘅機械,叫部機跟「如果電壓值細過  ,就當個訊號係 0」同「如果電壓值大過  ,就當個訊號係 1」噉嘅規律行事;假想傳訊號嗰一刻,個訊號嘅可能數值分別係   ;理論上,如果    呢個數值夠大,就算接收到嗰個訊號受干擾走咗樣,最後得到嘅資訊都唔受影響[11][12]

好似係下圖噉,下圖 Y 軸表示收到嗰吓訊號嘅電壓值。喺現實世界,訊號實會受到干擾,所以實際收到個訊號近乎冇可能會完全等如一個特定數值。

數碼訊號可以由模擬訊號轉化而成:舉個例,家陣有部機,佢喺每個時間點會收一個數值係連續(可以係小數點後 n 個位)嘅電壓作為輸入,而輸出就係一串二元(binary)嘅數碼訊號(數值一係 1 一係 0),每 16 個訊號係一個二進制數字,代表一個時間點嘅輸入電壓值,例如如果輸出係 0000 0001 0010 0010,就代表輸入電壓值係 290 V-290 喺二進制入面係「1 0010 0010」。事實上,呢種做法喺現代電子工程當中極之常見,例如遊戲機遊戲搖桿都用咗呢種做法,數碼電路就係呢啲噉嘅架生入面、傳數碼訊號嘅電子電路[13]

理論概念

睇埋:邏輯代數

建構部件

睇埋:電子元件

設計

睇埋

  1. Jain, R. P. (2003). Modern digital electronics. Tata McGraw-Hill Education.
  2. Maini, A. K. (2007). Digital electronics: principles, devices and applications. John Wiley & Sons.
  3. Robert K. Dueck. Digital Design with CPLD Applications and VHDL. "A digital representation can have only specific discrete values."
  4. Analogue and Digital Communication Techniques. Archived from the original on 2017-12-17. "A digital signal is a complex waveform and can be defined as a discrete waveform having a finite set of levels."
  5. Lee, J. I., Chang, I., Pradhan, A. S., Kim, J. L., Kim, B. H., & Chung, K. S. (2015). On the use of new generation mobile phone (smart phone) for retrospective accident dosimetry. Radiation Physics and Chemistry, 116, 151-154.
  6. It's a-Me, Mario! Here to Teach You The Difference Between Analog and Digital. Autodesk.
  7. Robert K. Dueck. Digital Design with CPLD Applications and VHDL. "A digital representation can have only specific discrete values."
  8. Analogue and Digital Communication Techniques. Archived from the original on 2017-12-17. "A digital signal is a complex waveform and can be defined as a discrete waveform having a finite set of levels."
  9. Paul Horowitz; Winfield Hill (2015). The Art of Electronics. Cambridge University Press.
  10. Proakis, John G.; Manolakis, Dimitris G. (2007-01-01). Digital Signal Processing. Pearson Prentice Hall.
  11. Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989). The Art Of Electronics, 2nd Ed. Cambridge University Press. pp. 471-473.
  12. Robert K. Dueck. Digital Design with CPLD Applications and VHDL. "A digital representation can have only specific discrete values."
  13. Hoeschele, D. F. (1994). Analog-to-digital and digital-to-analog conversion techniques (Vol. 968). New York: Wiley.