Til hovedinnhold
GuideElektronikkens verden – Del 3

Dette er grunnleggende digitalteknikk

Vi guider deg gjennom det mest grunnleggende innen elektronikkfaget

Introduksjon

Denne guiden ble første gang publisert 26. januar 2007

Hvis du har vært med fra starten og lest de to første delene av denne guiden har du blitt introdusert for det mest grunnleggende i elektronikkens verden. Vi snakket om alt fra motstander til transistorer, før vi gikk igjennom og konstruerte morsomme nybegynnerkretser.

Temaet vi nå skal introdusere deg for, er digitalteknikk. Dette er en utrolig stor del av elektronikken, og omfatter alt fra lysbryteren du trykket på når du gikk inn i rommet du nå sitter i, frem til datamaskinen du sitter å leser denne artikkelen ved.

Digitalteknikk, hva er egentlig det? Det er nettopp dette som gjør en krets "digital". Vi forteller deg hva som skiller analoge systemer fra digitale.

Det binære tallsystemet er språket digitale maskiner snakker. Når vi teller i dagliglivet benytter vi titallssystemet, digitale maskiner benytter totallssystemet.

Porter er låsen som regulerer digitale kretser. Har signalet riktig nøkkel slipper det igjennom, har du ikke blir du blokkert. Det finnes seks grunnleggende porter, som vi har delt inn på tre forskjellige sider.

OR- porter slipper igjennom signalet så lenge den får ett positiv signal.

AND-porter vil derimot kreve at samtlige signaler er positive, uten unntak.

Exclusive OR-porter kan virke kresne, de krever at signalene den mottar er ulike. Er samtlige signaler av samme verdi, slipper den ikke signalet igjennom.

Veien videre fra denne guiden og utover må du stå for selv, men vi slipper deg ikke uten noen gode råd. Vi har introdusert deg for de grunnleggende prinsippene, nå er det på tide at du selv går den retningen du vil.

Les også de andre delene av artikkelserien:
Del 1 – grunnleggende elektroniske komponenter
Del 2 – Sett de grunnleggende komponentene i system

Hva er digitalteknikk?

Ordet digitalteknikk blir som oftest forbundet med datamaskiner, men er mye mer enn som så. De fleste av oss tenker ikke over hvor mange individuelle prosesser det innebærer å starte vaskemaskinen, kjøleskapet eller TV-en – og godt er egentlig det.

I forrige del av denne guiden lærte du hvordan vekselstrøm beveger seg i en perfekt 360-graders sinuskurve. Denne kurven er buet, men i digitalteknikken holder vi oss til firkantede pulser. Enten er spenningen X volt eller 0 volt – det er ingen variable spenninger i mellom.

En digital prosess er i grunn alt som innebærer å slå av og på en bryter. Når du slår på lysbryteren for å tenne taklampen utfører du en digital prosess. Når du starter vaskemaskinen din, utfører den automatisk flere hundre digitale prosesser.

Ordet digital kommer fra det latinske ordet "digitus", som betyr finger. Grunnen til at ordet digitalt er bundet opp sammen med ordet finger stammer tilbake til når mennesket utførte regnestykker ved å telle med fingrene. Digitalteknikk er i få tilfeller kalt sifferteknikk og impulsteknikk, men omtrent alle bruker ordet digitalteknikk, noe vi også kommer til å gjøre i denne guiden.

Når vi snakker om en "1-er" i digitalteknikken sikter vi til at komponenten vi prater om får påtrykt kretsens maksimale spenning. Om du har en spenningskilde på 12V og slår på bryteren som aktiverer et lys, ligger det da en "1-er" over bryteren. En "0-er" betyr da logisk nok det stikk motsatte, altså ingen spenning.

Dette virket kanskje komplisert, så vi illustrerer det med et praktisk eksempel. Et enkelt eksempel er lysbryteren du slår på når du skal tenne taklampen. Hva skjer egentlig da?

Til høyre har vi tegnet et skjema som viser hvordan de fleste taklamper er koblet. Når du slår inn bryteren lukker du kretsen og det legger seg 230V over lampen. Dette er det vi omtaler som en "1-er". En "1-er" betyr at det aktuelle punktet man måler på (som i dette tilfellet er bryteren) har den maksimale påtrykte spenningen. Når vi slår av bryteren, forsvinner spenningen og vi får da en "0".

Dette var kun et eksempel. I digitalteknikk skjer det aldri fysiske brudd i kretsen, men prinsippet er det samme – man har eller mangler spenning.

Det binære tallsystemet

Du har garantert hørt om det binære tallsystemet. For mange betyr ikke dette stort mer enn et hav av 1 og 0 man ikke klarer helt å se sammenhengen i.

Hva er egentlig en 1-er, og hva er en 0-er? Først må vi slå fast at vi nå snakker om det binære tallsystemet. Vi skal ikke prøve å fremstille en tekst med binære koder.

Her gjelder det å få riktig tankegang. I dagliglivet benytter vi titallssystemet, vi teller gjenstander med tallene 0 til 9. Noen ganger bruker vi også tolvtallssystemet, også kjent som dusin. Det binære tallsystemet er et totallssystem, noe som betyr at vi bare bruker tallene 0 og 1 før vi "starter på nytt" slik vi gjør når vi for eksempel skal telle 13 gjenstander.

Det viktigste du må passe på i det binære tallsystemet er at vi leser et slik tall på samme måte som araberne gjør med normal tekst, fra høyre til venstre.

Måten man teller på er det fleste som er interessert innen data kjent med, typisk for kapasiteten på minnemoduler. Vi bruker 1 som grunntall, og ganger det med 2. 2 blir da det neste, som ganget med 2 blir 4. Videre følger 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 – så langt du måtte ønske.

Hvis jeg da skriver 10011101, hvilket tall blir det? For å gjøre det lettere å skjønne, kan vi sette tallene inn i en enkel tabell

1286432168421
10011101

Som vi ser samsvarer alle tallene med en gitt verdi. Der det står en, vil vi bruke tallet, der det står null bruker vi ikke tallet. Videre er det enkel addisjon:

1 + 4 + 8 + 16 + 128 = 157

10011101 tilsvarer altså 157.

I digitalteknikken snakker man ved hjelp av nettopp "0" og "1". Som vi gikk igjennom på forrige side er det nettopp dette som er digitalteknikk.

Porter

Porter er det enkleste man kan lære av digitalteknikk. Slike porter gjør enkle mattestykker, slik som å legge sammen to inngangssingaler og regne ut i fra det binære tallsystemet hva svaret skal bli. Alle digitale porter har som oftest to eller flere innganger og én utgang.

Porten får inn én eller flere verdier (0 eller 1), og avhengig av porttypen får vi da en verdi ut. Det er altså inngangene som avgjør hva utgangen stiller seg til.

Alle porter har en unik tabell som viser hva utgangen stiller seg til ved forskjellige inngangsverdier. I denne introduksjonen vil vi forholde oss til porter med to innganger. Porter med flere innganger forklares litt senere.

I denne tabellen setter vi inn alle de mulige kombinasjonene av inngangssignaler vi kan få, og setter inn resultatet. Vi bruker ordet "sann" hvis utgangen stiller seg til en 1-er, og "usann" hvis den stiller seg til en 0-er. Et eksempel på en slik tabell ser du under.

ABU
000
101
011
111

A og B er portens innganger og U er utgangen. Som eksempel kan vi ta for oss den første raden. A og B er null, som betyr at både inngang A og B får 0 som inngangssignal. U er da resultatet av dette, som blir 0.

Porter består av en rekke enkle komponenter, slik som motstander, transistorer og dioder, som er satt sammen til en liten spesiell krets. Vi kaller disse kretsene porter, og gir de egne symboler.

Du kjøper porter som IC-pakker, ofte med flere porter i en pakke. Et eksempel på en slik pakke, er 4081. En slik pakke har også to pinner som er merket med enten Vss, Vcc, Vee eller Vdd. Vcc og Vdd betyr ganske enkelt at her skal du koble til den positive spenningskilden. Vss og Vee skal kobles til jord.

Hvordan hver enkelt port fungerer og hvilket symbol den har, skal vi forklare på neste side.

OR/NOR- port

OR-port

OR-port kan oversettes til ELLER-port her i Norge. Den fungerer slik at så lenge en eller flere innganger har en sann verdi, vil utgangen også være sann. Det eneste tilfellet hvor utgangen vil være usann er hvis alle inngangene er usanne.

En grei huskeregel kan være "Er A eller B sann, blir utgangen sann", derav navnet ELLER-port.

En OR-port kan sammenlignes med to brytere satt i parallell. Som vi ser ut av bildet til høyre, har det ikke noe å si hvilket bryter vi trykker inn for å få lyddioden til å lyse. Om vi føler for det, kan vi godt trykke inn begge uten at det skal oppstå komplikasjoner.

BAU
000
011
101
111

Over ser du en tabell som viser ved hvilke verdier utgangen stiller seg til ved de ulike inngangsverdiene. På høyre side kan du se symbolene for en OR-port.

Det hele fungerer som et enkelt subtraksjonsstykke. Om du jobber med denne porten, og lurer på hva resultatet du får ut er kan du tenke på pluss (+). Hvis du legger verdien av inngangene sammen, og får et tall som er 1, får du 1 ut. Legger du inngangsverdiene sammen og får 0, får du 0 ut. Siden det er snakk om digitalteknikk vil 1+1 i dette tilfellet også gi 1.

NOR-port

En NOR port, eller NELLER som den også er kalt, er ganske enkelt det motsatte av en OR-port. N-en står for "negative". Den er bygget opp på samme måte, men gir oss de motsatte verdiene ut. Ved de verdiene en OR-port vil gi verdien 1, gir en NOR port verdien 0. Se tabellen under.

BAU
001
010
100
110

Symbolet for en NOR port er likt en OR port, foruten en liten sirkel på utgangen. En slik sirkel vil alltid bety invertering.

AND/NAND-port

AND-port

En AND-port blir oversatt til OG-port på norsk. For å få en sann verdi ut må begge inngangene få en sann verdi inn. Hvis bare en, eller ingen innganger har en sann verdi inn, vil utgangen bli usann.

En AND-port kan sammenlignes med to brytere satt i serie. Om vi trykker inn begge, vil lysdioden lyse. Om vi bare trykker inn en, eller ingen, vil ingenting skje.

BAU
000
010
100
111

Over ser du nok en tabell som viser ved hvilke verdier utgangen stiller seg til ved de forskjellige inngangsverdiene. På høyre side kan du se symbolene for en AND-port. Symbolene er meget like OR-porten, spesielt IEC-versjonen. Det er tegnet øverst i høyre hjørne som skiller symbolet fra andre porttyper.

En AND-port fungerer som et multiplikasjonsstykke. Hvis du multipliserer verdien av inngangene sammen, og får et tall som er 1, får du 1 ut. Multipliserer du inngangsverdiene sammen og får 0, får du 0 ut.

NAND-port

/>

En NAND port, eller NOG som den også er kalt, er en invertering av AND-porten. I de tilfellene en AND-port ville gitt 1 som utgangsverdi, vil en NAND-port gi 0. Når utgangsverdien er 0, gir en NAND-port 1.

BAU
001
011
101
110

Symbolet for en NAND-port som dere ser til høyre er igjen meget lik symbolet for en AND-port. Det er den lille sirkelen på utgangen som sier at dette er en invertert port.

Exclusive OR/inverting-port

Exclusive OR-port

En Exclusive OR-port gir deg kun en sann verdi på utgangen om inngangene har ulike verdier. Det er kun når inngangene har lik verdi at utgangsverdien blir usann.

BAU
000
011
101
110

Over ser du tabellen for en Exclusive OR-port. På høyre side kan du se symbolene for porten.

En exclusive OR-port har ikke tilknyttet et enkelt mattestykke for å regne ut utgangene på lik linje med de tidligere portene vi har snakket om. Det er derimot ikke så vrient å huske hvordan den fungerer; Så lenge inngangsverdiene er forskjellige, blir utgangen stilt til 1. Er verdiene like, blir utgangen satt til 0.

Det er dette systemet som brukes i temperaturaktiverende brannvarslere, som sammenligner temperaturen i rommet med temperaturen i et lukket kammer. Når temperaturforskjellen betydelig høyere i rommet enn i kammeret, aktiveres varsleren.

Inverting-port

En inverting-port, enkelt oversatt til inverter eller negasjon, er den absolutt enkleste porten du kan jobbe med. Den har kun én inngang og én utgang. Hvis inngangsverdien er sann, blir utgangen usann. Er inngangen usann, blir utgangen sann.

AU
01
10

Over ser du den enkle tabellen for en inverting-port. Det en slik port gjør er ganske enkelt å snu signalet. Er inngangsverdien 1, blir utgangsverdien 0. Er inngangsverdien 0, blir utgangsverdien 1.

Til høyre ser du symbolene for inverting-porten. USA-symbolet skiller seg mye fra de andre portsymbolene, i forhold til IEC- symbolene som er meget like og her merket med et lite tall.

Videre digitalteknikk

Med portene vi har gjennomgått kan du konstruere blant annet sette sammen små kretser som kan telle gjenstander, "kaste" terning, temperaturvarslere og mye mer.

Digitalteknikk er veldig mye mer enn det vi har gått igjennom på disse sidene, men vi har fortalt deg de grunnleggende. Portene vi har gått gjennomgått på de siste fire sidene kommer også gjerne med flere innganger. Som eksempel kan vi ta for oss en OR-port med tre innganger.

CBAU
0000
0011
0101
0111
1001
1011
1101
1111

Først kan vi se litt på inngangene A, B og C. Inngang A har først en 1-er, så en 0-er, så en 1-er. Inngang B har først to 1-ere, så to 0-er, så to 1-ere igjen.

Inngang C har fire 1-ere, så fire 0-ere. Som dere ser følger vi tellemåten til totallssystemet. Det er lurt å sette opp tabellene med dette systemet, for da vil du alltid vite at du har skrevet opp alle mulige kombinasjoner. Hvis vi hadde utvidet porten med en inngang til, ville den da fått navnet D, og først hatt åtte 0-ere, så åtte 1-ere.

Hvis du husker på akkurat dette samt huskereglen for hver enkelt port blir det ikke så vrient å holde styr på de grunnleggende kunnskapene.

Mer informasjon

Dette er den siste delen i denne artikkelserien, og vi ønsker ikke å sette dere igjen på sidelinjen uten å vite veien videre.

Det finnes ingen store nettsteder som er kun rettet mot elektronikk som undertegnede er klar over, men det finnes mange privatpersoner som skriver om kretser de har laget. Forumet vårt er en stor kunnskapskilde og har en egen kategori dedikert til elektronikk. Det finnes også en egen kategori for strømforsyninger. Her kan du lese om andre brukeres prosjekter og tips, eller stille spørsmål om ting du måtte lure på. Mange av brukerne her har også egne hjemmesider hvor de skriver om elektronikkprosjekter.

Forumet har også en god del gode guider. Brukeren "Spragleknas" har skrevet en guide som forklarer mye godt rundt strømforsyninger. Brukeren St Thicket har skrevet en informativ guide om de forskjellige IC-pakkene som er å få.

Elfa er det store mekka for de som liker elektronikk. Alle komponentene som er nevnt i denne guiden er å få kjøpt der, pluss et par titalls tusen produkter til. Om du velger å kjøpe Elfas produktkatalog, inneholder den gode forklaringer til hver gruppe komponenter.

Sist men ikke minst må vi anbefale bøker. Det er lite som slår en god bok. Både Bokkilden.no og Amazon.com har mange gode bøker. Bøker som er beregnet for skolen kan ofte være kjekke å starte med.

Mer om
annonse