دقیقاً درسته!
الکترونیک دیجیتال و آنالوگ دو شاخه‌ی اصلی الکترونیک هستند که تفاوت‌های مهمی دارند:
الکترونیک آنالوگ:
سیگنال‌ها به صورت پیوسته (مداوم) تغییر می‌کنند. مثلاً ولتاژ می‌تونه هر مقداری بین ۰ تا ۵ ولت باشه و تغییرات آن نرم و پیوسته است.
مثال: تقویت‌کننده‌های صوتی، رادیوها، سنسورهای آنالوگ مثل دما و فشار
الکترونیک دیجیتال:
سیگنال‌ها فقط دو حالت مشخص دارند: صفر (LOW) یا یک (HIGH) — یعنی سیگنال‌ها گسسته و گاهی فقط دو سطح ولتاژ.
مثال: کامپیوترها، میکروکنترلرها، مدارهای منطقی
حتماً! بریم سراغ دنیای دیجیتال — دنیای صفر و یک، دنیای مغز کامپیوترها و ربات‌ها!
الکترونیک دیجیتال چیه؟
الکترونیک دیجیتال با سیگنال‌هایی کار می‌کنه که فقط دو حالت دارن:
۰ (Low): مثلاً ۰ ولت
۱ (High): مثلاً ۵ ولت (یا ۳.۳ ولت)
این دو حالت مثل "روشن / خاموش"، "بله / نه"، یا "درست / غلط" هستن. همین سادگی باعث میشه مدارهای دیجیتال دقیق، سریع، و مقاوم در برابر نویز باشن.
اجزای اصلی الکترونیک دیجیتال
1. دروازه‌های منطقی (Logic Gates):
مثل مغزهای کوچولو هستن که تصمیم می‌گیرن.
انواع: AND، OR، NOT، NAND، NOR، XOR، XNOR
مثال:
AND: فقط وقتی خروجی ۱ میشه که هر دو ورودی ۱ باشن.
NOT: خروجی مخالف ورودی‌ست.
2. آی‌سی‌های دیجیتال (مثل خانواده 74xx یا 40xx):
داخلشون چندین دروازه منطقی یا مدار ترکیبی هست.
مثال:
7400 = چهار NAND
4011 = همون، ولی از خانواده CMOS و کم‌مصرف‌تر
3. میکروکنترلرها:
کامپیوتر کوچیک با مغز دیجیتال (مثل ATmega، STM32، PIC).
قابل برنامه‌ریزی برای کارهای پیچیده (مثل کنترل ربات یا سمعک هوشمند).
بهشون دستور می‌دی با زبان‌هایی مثل C یا اسمبلی.
4. سیستم دودویی (Binary):
اطلاعات فقط با ۰ و ۱ ذخیره و پردازش می‌شن.
هر "بیت" یک ۰ یا ۱ هست.
8 بیت = 1 بایت.
مثال ساده:
فرض کن یه دکمه (push button) داریم که به پایه‌ی ورودی میکروکنترلر وصله. وقتی دکمه فشرده میشه:
میکروکنترلر ولتاژ ۵ ولت (۱) رو دریافت می‌کنه.
بعد برنامه‌ای که نوشتی، باعث میشه یه LED روشن بشه.
نوع سیگنال.............. صفر و یک (گسسته)..............پیوسته
نویز............................مقاوم‌تر به نویز...................حساس‌تر
پردازش.................. قابل برنامه‌ریزی، دقیق......................ساده‌تر ولی محدودتر
کاربرد..................کامپیوتر، تلفن، میکروکنترلر..................تقویت‌کننده‌ها، فیلتر صدا
اگه بخوای، می‌تونم الان یک پروژه خیلی ساده دیجیتال برات طراحی کنم، مثلاً:
شمارنده با آی‌سی 4017
چشمک‌زن LED با آی‌سی 555 یا آردوینو
قفل دیجیتال با کد
سالک: جالب بود، این صفر ویک شدن ، چطوری خونده میشه؟
خیلی سؤال مهمی پرسیدی!
اینکه صفر و یک چطوری خونده می‌شن، یعنی چطور یه سیستم دیجیتال می‌فهمه که الان «صفر» هست یا «یک»، دقیقاً پایه‌ی کار مدارهای دیجیتال و کامپیوترهاست.
بذار برات ساده و دقیق توضیح بدم:
صفر و یک چطوری تشخیص داده می‌شن؟
در واقع، این صفر و یک‌ها همون ولتاژ برق هستن، ولی با دو مقدار مشخص.
مثلاً در سیستم‌های ۵ ولتی (مثل آردوینو یا ATmega328)، تعریف‌ها اینطوریه:
ولتاژ واقعی | مقدار دیجیتال
------------------|----------------
۰ تا ۰.۸ ولت | ۰ (Low)
۲ تا ۵ ولت | ۱ (High)
۰.۸ تا ۲ ولت | نامشخص (بین صفر و یک - خطرناک)
> یعنی اگه یه پایه‌ی دیجیتال، ولتاژ ۴.۵ ولت دریافت کنه، اون رو "۱" می‌خونه.
و اگه ولتاژ ۰.۲ ولت باشه، اون رو "۰" می‌خونه.
چه چیزی این ولتاژها رو می‌سازه یا می‌خونه؟
1. ورودی دیجیتال (مثل پایه‌های GPIO میکروکنترلر):
این پایه‌ها می‌تونن ولتاژ رو "بخونن" و تشخیص بدن که صفره یا یک.
2. خروجی دیجیتال:
این پایه‌ها می‌تونن ولتاژ تولید کنن، مثلاً وقتی برنامه می‌گه digitalWrite(LED, HIGH)، پایه ۵ ولت می‌ده → یعنی «۱».
⚡️ مثال کاربردی:
فرض کن یه دکمه به پایه دیجیتال وصل شده. وقتی دکمه رو فشار می‌دی، پایه به ۵ ولت وصل میشه. میکروکنترلر ولتاژ رو می‌خونه و چون بیشتر از ۲ ولته، اون رو ۱ در نظر می‌گیره. وقتی دکمه رو ول می‌کنی، ولتاژ می‌افته به ۰، و اون رو ۰ می‌خونه.
در زبان ساده‌تر:
کامپیوتر یا مدار دیجیتال اصلاً نمی‌دونه "برق" چیه! فقط نگاه می‌کنه:
سالک: پس روی پالس ساعت می خونه ، در i2c و spi با uart فرق داره. باز اینها را توضیح بده؟
دمت گرم! خیلی حرفه‌ای پرسیدی
آره دقیقاً همین‌طوره:
در ارتباط‌های دیجیتال، فرق اصلی بین I2C، SPI و UART توی «نحوه‌ی استفاده از پالس ساعت» هست.
بیاین با هم روشن و بدون جدول بررسی کنیم:
۱. UART (ارتباط سریال آسنکرون)
آسنکرون (بدون پالس ساعت جداگانه)
فقط دو سیم داره: TX (فرستنده)، RX (گیرنده)
هیچ سیگنال "ساعت" نداره
گیرنده و فرستنده باید از قبل روی سرعت (baud rate) توافق کنن، مثلاً 9600 یا 115200
چطور کار می‌کنه؟
فرستنده با یه بیت شروع (Start Bit) می‌گه: "حواست باشه، دارم می‌فرستم"
بعدش چند بیت داده (مثلاً 8 بیت) و نهایتاً یه بیت پایان (Stop Bit)
گیرنده با دیدن Start Bit، تایمر خودش رو فعال می‌کنه و تو زمان‌های دقیق شروع به خوندن بیت‌ها می‌کنه
مثال کاربردی: بین ماژول GPS و آردوینو، یا کامپیوتر و میکروکنترلر
مزیت: ساده، بدون سیم اضافی
عیب: چون ساعت نداره، ممکنه اگر دوتا دستگاه دقیق تنظیم نباشن، داده خراب شه
---
۲. SPI (ارتباط سریال هم‌زمان)
سینکرون (با ساعت جداگانه)
۴ سیم داره:
MISO: Master In Slave Out
MOSI: Master Out Slave In
SCK: Clock
SS: Slave Select (برای فعال کردن یکی از چندین گیرنده)
چطور کار می‌کنه؟
فرستنده (Master) سیگنال ساعت رو روی خط SCK می‌فرسته
هر پالس ساعت = انتقال یک بیت از داده روی خط MOSI یا MISO
گیرنده دقیقاً روی لبه‌های پالس ساعت می‌خونه یا می‌نویسه
مثال کاربردی: بین ریدر SD Card و میکروکنترلر، یا بین سنسور و آردوینو
مزیت: سریع، دقیق عیب: به سیم‌های بیشتری نیاز داره
۳. I2C (ارتباط سریال هم‌زمان ساده‌تر)
سینکرون (با ساعت جداگانه)، ولی فقط با ۲ سیم!
SDA: Data
SCL: Clock
چطور کار می‌کنه؟
همه دستگاه‌ها به همین دو سیم وصل می‌شن (bus مشترک)
فرستنده (Master) ساعت رو می‌ده
دستگاه‌ها با آدرس مخصوص خودشون متوجه می‌شن که پیام برای اوناست یا نه
ارتباط دوطرفه هست، ولی فقط یکی حرف می‌زنه، بقیه گوش می‌دن
مثال کاربردی: سنسورهای I2C (مثل دماسنج، ژیروسکوپ) با آردوینو
مزیت: فقط دو سیم برای کلی وسیله
عیب: سرعتش از SPI کمتره، پیچیده‌تر هم هست
جمع‌بندی خیلی ساده:
UART = فقط TX/RX، بی‌ساعت، ساده
SPI = سریع، با ساعت، چند سیم
I2C = دو سیم، با ساعت، چند دستگاه روی یه خط
سالک: فکر می کنم میکروکنترلر خودش داخلش یک ساعت داخلی دارد ولی میشه یک کریستال هم کنار میکروکنترلر افزود اگر بخواهیم. فکر کنم میکروکنترلر ، حالت فریم فریم کار می کنه ، مثل cpu کامپیوتر ، یهچعنی با هر پالس ساعت یک عملیات انجام میشه. حالا از chatgpt می خوام اینها را توضیح بدهد.
ساعت (Clock) چیه؟
آسنکرون (بدون پالس ساعت جداگانه)
