دوائر الكترونية رقمية كبيرة
 |
| دوائر الكترونية رقمية أكبر |
لقد بدأنا معا في دراسة ومعرفة البوابات المنطقية الأساسية Logic Gates وهي بوابة NOT وبوابة AND و بوابة OR، ثم انتقلنا إلى البوابات المنطقية المشتقة Secondary Logic Gates مثل بوابة NAND و بوابة NOR و بوابة XOR و بوابة XNOR، ثم إلى الدوائر المنطقية التوافقية (التجميعية) Combinational Logic Circuits مثل دوائر الجمع والطرح Adder, Subtractor، ثم إلى الدوائر المنطقية التتابعية Sequentail Logic circuits مثل Flip Flops, Shift Registers, Counters، وكل الدوائر السابقة هي عبارة عن دوائر ثابتة لا نستطيع التغيير عليها تم تصميمها في المصانع ونقوم بشرائها واستعمالها كما هي.
Programmable Logic Device
 |
| PLD |
إن التطور التكنولوجي أدى إلى الاحتياج إلى دوائر أخرى مختلفة عن الدوائر السابقة، لذلك بناء على احتياجك تقوم بعمل دوائر الكترونية أكبر باستخدام الدوائر السابقة ولكن بما يتناسب معك، ولكن تعيب هذه الطريقة وجود توصيلات كثيرة بمساحات كبيرة؛ لذلك تم عمل دائرة متكاملة IC يطلق عليها اسم PLD وهي Programmable Logic Device وهي تحتوي على عدد من بوابات NOT Gates وعدد من بوابات OR Gates وعدد من بوابات AND Gates معا ويوجد بينهم عمليات توصيل نستطيع التحكم بها عن طريق توصيل أو حرق الفيوز وهذا ما يجعلها مختلفة عن الدوائر السابقة التقليدية، وتتم عملية التحكم في الفيوزات (توصيلها أو حرقها) عن طريق إعطاء الأوامر التي تريدها عن طريق كمبيوتر وعن طريق مبرمجة يتم إرسال الأوامر إلى PLD ما هو الفيوز الذي يبقى وما هو الفيوز الذي يتم حرقه، مما نتج عنه المغالاة في أسعار الدائرة المتكاملة PLD لكثرة عدد البوابات والفيوزات.
أنواع PLD
 |
| أنواع PLD |
توجد لدينا عائلتين للدوائر Programmable Logic Device أو PLD هما كالتالي:
عائلة Programmable Logic Array ويتم اختصارها إلى PLA
عائلة Programmable Array Logic ويتم اختصارها إلى PAL
عائلة PLA
وهي النوع الذي يمكنك من التحكم في كلا الجانبين من الدائرة AND inputs and OR inputs areProgrammable عن طريق عمل الفيوز أو حرقه.
عائلة PAL
في عائلةPAL يتم التحكم في منطقة بوابات AND Gates فقط دون التحكم في بوابات OR Gates حيث أن بوابات OR تكون جميعها موصلة (AND inputs areProgrammable,OR inputs are fixed فقط ) لا تستطيع أن تعدل عليها، وبذلك تم توفير نصف التكلفة فأصبحت متاحة بسعر أرخص من العائلة السابقة PLA.
Complex PLD
 |
| Complex PLD |
يتم اختصارها إلى CPLD وهي عبارة عن دائرة تتكون من العديد من PLD معا عن طريق قطعة يطلق عليها Global interconn matrix يتم توصيل العديد من PLD معا، فيمكن أن يكون هناك أربعة PLD موجودين في قطعة واحدة، ويمكنك اختيار لكل PLD وظيفة مختلفة عن الأخرى، كما يمكنك توصيل أثنين متجاورين من PLD معا دون أي مشاكل، وهي بذلك أكبر من PLD العادية ويتم استخدامها في عمليات أكثر تعقيدا.
FPGA أو Field Programmable Gate Array
 |
| FPGA |
هي عبارة عن مصفوفة من البوابات ولكن يمكنك برمجتها، وتتكون من مربعات صغيرة يطلق عليها Logic block يمكنك إعطائها الوظيفة التي تريدها بحيث يمكن ان تكون (OR Gate أوAND Gate أوCounter....الخ) ويوصل بين Logic block مفاتيح Switches، مما سبق يتضح لنا أن FPGA هي عبارة عن قطعة لا يوجد لها وظيفة أبدا لأن وظيفتها تتوقف على برمجتك لها.
كيف يتم برمجة FPGA
تتم برمجة FPGA عن طريق لغة وصف الكيان الصلب Hardware Decription Language (HDL) والكيان الصلب هو مربعات Logic block، و لغة وصف الكيان الصلب ليست لغة واحدة ولكنها عدة لغات واشهرها هي لغة VHDL ولغة Verilog، وتتميز FPGA بأن جميع الوظائف والعمليات للمربعات Logic block تعمل في نفس الوقت مما جعلها سريعة جدا.
مقارنة بين Standard Logic IC وCPLD, FPGA
هناك عدة اختلافات بين Standard Logic IC و CPLD, FPGA وهي كالتالي:
- Standard Logic IC مثل 47XX, CD4XXX سهل التعامل معها حيث يمكن للمبتدئ استخدامها، بينما دوائر CPLD, FPGA ليست سهلة التعامل فهي تحتاج إلى معرفة جيدة جدا بالبرمجة والالكترونيات الرقمية.
- في Standard Logic IC غير متاح لك تغيير تركيبها الداخلي، بينما CPLD, FPGA مفتوحة لك بشكل كامل لتشكيلها.
- Standard Logic IC كبيرة الحجم ومرهقة حيث لو اردت عمل عمليات معقدة قليلا سوف تحتاج إلى عدد كبير من البوابات المنطقية، بينما CPLD, FPGA صغيرة الحجم ويمكنك عمل العمليات المعقدة بها دون مشاكل.
المتحكمات الدقيقة أو المصغرة
المايكرو كونترولر Microcontroller
 |
| المايكرو كونترولر Microcontroller |
وهي عبارة عن جزئيين جزء ثابت Standard Logic IC لا يمكن تغييره، وجزء اخر فارغ يمكنك تشكيله أو برمجته كما تريد، تتميز بسهولة التعامل معها وتغطي تطبيقات واسعة جدا في السوق.
المايكرو كونترولر Microcontroller
الجزء الثابت هو عبارة عن CPU وهي وحدة المعالجة بها جامع وطارح وRAM وMemory وبها Counters و Timers وبها input وoutput، وبها أجزاء اختيارية مثل A/D Converter حنى تستطيع التعامل مع الصوتيات.
الجزء القابل للبرمجة هو عبارة عن Flash وهي التي تمكنك من إدخال البرنامج (أو البرمجة) الذي تريد من خلالها، وكل الجزء الثابت ينتظر البرنامج هذا لمعرفة الجزء المطلوب تشغيله في المايكرو كونترولر.
أمثلة على المايكرو كونترولر في الأسواق
- MICROCHIP وهو يعتبر أفضل وأشهر المتحكمات الدقيقة في الأسواق.
- ATMEL وتم استخدام واحد من المعالجات لها في الأردوينو.
- ARM وهي عبارة عن معالجات مطورة أصعب من ATMEL و MICROCHIP وتم استخدامها في أجهزة كثيرة مثل Smart phone و Tablets.
كيف تتم البرمجة في المايكرو كونترولر؟
يتم استخدام برامج يطلق عليها لغة وصف العمليات أو الكيان البرمجي التي ستحدث للمايكرو كونترولرSoftware Programming، و توجد لغات برمجة كثيرة ولكن أشهرها لغة Assembly Language ولغة C Language، و المايكرو كونترولر عند عمل برمجة له يقوم بتنفيذ كل أمر من أوامر البرنامج أو البرمجة التي قمت بإدخالها له بشكل متسلسل وليس كل الأوامر تحدث معا في وقت واحد (الوظائف والعمليات تحدث بشكل متسلسل).
الميكروبروسيسور Microprocessor
هو عبارة عن وحدة معالجة مركزية CPU تقوم بالعديد من الوظائف بشكل سريع جدا ومعقد فيمكن استعماله لمعالجة الفيديو بشكل سريع لمشاهدته دون تقطع ويستخدم في تشغيل اللاب توب Smart phone و Tablets.
ويتكون من جزئيين جزء ثابت واخر يمكن برمجته، وتتم برمجته عن طريق Software Programming، الوظائف والعمليات به تحدث بشكل متسلسل.
المصادر
الالكترونيات الرقمية: دوائر الكترونية رقمية أكبر
دورة الالكترونيات الرقمية للمهندس وليد عيسى.