Tietää peruslogiikkaporteista ja totuuspöydistä

Kokeile Instrumenttia Ongelmien Poistamiseksi





Nykyään tietokoneista on tullut olennainen osa elämää, koska ne suorittavat monia tehtäviä ja toimintoja melko lyhyessä ajassa. Yksi tietokoneen suorittimen tärkeimmistä toiminnoista on suorittaa loogisia toimintoja käyttämällä laitteistoa, kuten Integroidut piirit ohjelmistotekniikat ja elektroniset piirit ,. Mutta kuinka tämä laitteisto ja ohjelmisto suorittaa tällaisia ​​toimintoja, on salaperäinen palapeli. Saadaksemme paremman käsityksen tällaisesta monimutkaisesta asiasta meidän on perehdyttävä George Boolen kehittämään termiin Boolean Logic. Yksinkertaisessa toiminnossa tietokoneet käyttävät binäärilukuja digitaalisten numeroiden sijaan. Kaikki toiminnot suorittavat Basic Logic -portit. Tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta mitä ovat peruslogiikan portit digitaalielektroniikassa ja niiden toiminnassa.

Mitä ovat logiikan perusportit?

Looginen portti on digitaalisen piirin perusrakenne, jossa on kaksi tuloa ja yksi lähtö. I / p: n ja o / p: n suhde perustuu tiettyyn logiikkaan. Nämä portit toteutetaan käyttämällä elektronisia kytkimiä, kuten transistoreita, diodeja. Mutta käytännössä peruslogiikan portit rakennetaan CMOS-tekniikan, FETS: n ja MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) s . Logiikkaportit ovat käytetään mikroprosessoreissa, mikrokontrollereissa , sulautettujen järjestelmien sovellukset sekä sähköisessä ja sähköprojektipiirit . Logiikan perusportit on luokiteltu seitsemään: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR ja NOT. Nämä logiikkaportit loogisten porttien symboleineen ja totuustaulukoineen selitetään alla.




Peruslogiikan porttien käyttö

Peruslogiikan porttien käyttö

Mitkä ovat 7 logiikan perusporttia?

Logiikan perusportit on jaoteltu seitsemään tyyppiin: AND-portti, TAI-portti, XOR-portti, NAND-portti, NOR-portti, XNOR-portti ja EI portti. Totuustaulukkoa käytetään loogisen portin toiminnon näyttämiseen. Kaikilla logiikkaporteilla on kaksi tuloa paitsi NOT-portti, jolla on vain yksi tulo.



Tositaulukon piirtämisessä käytetään binaariarvoja 0 ja 1. Jokainen mahdollinen yhdistelmä riippuu tulojen määrästä. Jos et tiedä logiikkaporteista ja niiden totuustaulukoista ja tarvitset ohjeita niihin, käy läpi seuraava infografiikka, joka antaa yleiskuvan logiikkaporteista symboleineen ja totuustaulukoineen.

Miksi käytämme logiikan perusportteja?

Peruslogiikkaportteja käytetään perustavanlaatuisten loogisten toimintojen suorittamiseen. Nämä ovat digitaalisten piirien (integroitujen piirien) peruselementit. Suurin osa logiikkaporteista käyttää kahta binäärituloa ja tuottaa yhden lähdön, kuten 1 tai 0. Joissakin elektronisissa piireissä käytetään vain vähän logiikkaportteja, kun taas joissakin muissa piireissä mikroprosessorit sisältävät miljoonia logiikkaportteja.

Loogisten porttien toteutus voidaan tehdä diodien, transistoreiden, releiden, molekyylien ja optiikan kautta, muuten erilaisilla mekaanisilla elementeillä. Tästä syystä logiikan perusportteja käytetään kuten elektronisia piirejä.


Binaari ja desimaali

Ennen kuin puhutaan logiikkaporttien totuustaulukoista, on tärkeää tietää binääri- ja desimaalilukujen tausta. Me kaikki tiedämme desimaaliluvut, joita käytämme jokapäiväisissä laskelmissa, kuten 0–9. Tällainen numerojärjestelmä sisältää perus-10: n. Samalla tavalla binäärilukuja, kuten 0 ja 1, voidaan käyttää merkitsemään desimaalilukuja missä tahansa binäärilukujen perusta on 2.

Binaaristen numeroiden käytön merkitys tässä on osoittaa digitaalisen komponentin kytkentäasento, muuten jännite. Tässä 1 edustaa korkeaa signaalia tai suurjännitettä, kun taas '0' määrittää matalan tai matalan signaalin. Siksi Boolen algebra aloitettiin. Sen jälkeen jokaisesta logiikkaportista keskustellaan erikseen, joka sisältää portin logiikan, totuustaulukon ja sen tyypillisen symbolin.

Loogisten porttien tyypit

Erilaisia ​​logiikkaportteja ja symboleja, joissa on totuustaulukoita, käsitellään jäljempänä.

Peruslogiikan portit

Peruslogiikan portit

JA Gate

AND-portti on a digitaalisen logiikan portti 'n' i / ps one o / p: llä, joka suorittaa loogisen yhteyden tulojensa yhdistelmien perusteella. Tämän portin lähtö on totta vain, kun kaikki tulot ovat totta. Kun yksi tai useampi AND-portin i / ps-tulo on väärä, vain AND-portin lähtö on väärä. Kahden portin AND-portin symboli- ja totuustaulukko on esitetty alla.

JA Gate ja sen totuuspöytä

JA Gate ja sen totuuspöytä

TAI portti

TAI-portti on digitaalinen logiikkaportti, jossa on ’n’ i / ps ja yksi o / p, joka suorittaa loogisen yhteyden tulojensa yhdistelmien perusteella. TAI-portin lähtö on totta vain, kun yksi tai useampi tulo on totta. Jos kaikki portin i / ps ovat vääriä, vain TAI-portin lähtö on väärä. TAI-portin symboli ja totuustaulukko, jossa on kaksi tuloa, on esitetty alla.

TAI portti ja sen totuustaulukko

TAI portti ja sen totuustaulukko

EI porttia

NOT-portti on digitaalinen logiikkaportti, jossa on yksi tulo ja yksi lähtö, joka käyttää tulon invertteritoimintaa. NOT-portin lähtö on päinvastainen tulosta. Kun NOT-portin tulo on tosi, lähtö on väärä ja päinvastoin. Alla olevan NOT-portin symboli- ja totuustaulukko, jossa on yksi tulo, näkyy alla. Tämän portin avulla voimme toteuttaa NOR- ja NAND-portit

EI porttia ja sen totuustaulukkoa

EI porttia ja sen totuustaulukkoa

NAND-portti

NAND-portti on digitaalinen logiikkaportti, jossa on ’n’ i / ps ja yksi o / p, joka suorittaa AND-portin toiminnan, jota seuraa NOT-portin toiminta. NAND-portti on suunniteltu yhdistämällä AND- ja NOT-portit. Jos NAND-portin tulo on korkea, portin lähtö on matala. NAND-portin symboli ja totuustaulukko kahdella tulolla on esitetty alla.

NAND Gate ja sen totuuspöytä

NAND Gate ja sen totuuspöytä

NOR-portti

NOR-portti on digitaalinen logiikkaportti, jossa on n tuloa ja yksi lähtö, joka suorittaa OR-portin, jota seuraa EI-portti, toiminnan. NOR-portti on suunniteltu yhdistämällä OR- tai EI-portti. Kun jokin NOR-portin i / ps: stä on tosi, NOR-portin lähtö on väärä. NOR-portin symboli- ja totuustaulukko sekä totuustaulukko on esitetty alla.

NOR-portti ja sen totuuspöytä

NOR-portti ja sen totuuspöytä

Exclusive-OR-portti

Exclusive-OR-portti on digitaalinen logiikkaportti, jossa on kaksi tuloa ja yksi lähtö. Tämän portin lyhyt muoto on Ex-OR. Se toimii OR-portin toiminnan perusteella. . Jos jokin tämän portin tuloista on korkea, EX-OR-portin lähtö on korkea. EX-OR: n symboli- ja totuustaulukko on esitetty alla.

EX-OR-portti ja sen totuuspöytä

EX-OR-portti ja sen totuustaulukko

Exclusive-NOR-portti

Exclusive-NOR-portti on digitaalinen logiikkaportti, jossa on kaksi tuloa ja yksi lähtö. Tämän portin lyhyt muoto on Ex-NOR. Se toimii NOR-portin toiminnan perusteella. Kun tämän portin molemmat tulot ovat korkeat, EX-NOR-portin lähtö on korkea. Mutta jos jokin tuloista on korkea (mutta ei molempia), niin lähtö on pieni. EX-NOR: n symboli- ja totuustaulukko on esitetty alla.

EX-NOR-portti ja sen totuuspöytä

EX-NOR-portti ja sen totuuspöytä

Logiikkaporttien sovellukset määritetään pääosin niiden totuustaulukon, toisin sanoen niiden toimintatavan perusteella. Peruslogiikkaportteja käytetään monissa piireissä, kuten painikelukko, valokytketty murtohälytin , turvatermostaatti, automaattinen kastelujärjestelmä jne.

Totutaulukko ilmaista logiikkaporttipiiri

Porttipiiri voidaan ilmaista käyttämällä yleistä menetelmää, joka tunnetaan totuustaulukkoa. Tämä taulukko sisältää kaikki sisääntulologiikan tilayhdistelmät joko korkealle (1) tai matalalle (0) jokaiselle logiikkaportin tuloliittimelle vastaavan lähtölogiikkatason kautta, kuten korkea tai matala. NOT-logiikkaporttipiiri on esitetty yllä ja sen totuustaulukko on todellakin erittäin helppo

Logiikkaporttien totuustaulukot ovat hyvin monimutkaisia, mutta suurempia kuin NOT-portti. Jokaisen portin totuustaulukossa on oltava useita rivejä, kuten syötteitä varten on mahdollista käyttää yksinomaisia ​​yhdistelmiä. Esimerkiksi NOT-portille on kaksi mahdollisuutta syöttää joko 0 tai 1, kun taas kahden tulon logiikkaportille on neljä mahdollisuutta, kuten 00, 01, 10 ja 11. Siksi se sisältää neljä riviä vastaava totuustaulukko.

Kolmen tulon logiikkaporttia varten on 8 mahdollista tuloa, kuten 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 ja 111. Siksi tarvitaan 8 riviä sisältävä totuustaulukko. Matemaattisesti vaadittu totuustaulukon rivien lukumäärä vastaa kahta no-arvon kasvua. i / p-liittimistä.

Analyysi

Digitaalisten piirien jännitesignaalit on esitetty binaariarvoilla, kuten 0 ja 1, jotka lasketaan maaperän perusteella. Jännitteen puute merkitsee pääasiassa '0', kun taas tasavirtaisen syöttöjännitteen olemassaolo tarkoittaa '1'.

Looginen portti on erityistyyppinen vahvistinpiiri, joka on suunniteltu pääasiassa tulo- ja lähtölogiikan tason jännitteille. Loogisia porttipiirejä symboloivat useimmiten kaavamaiset kaaviot omien yksinoikeussymboliensa avulla keskeisten vastusten ja transistoreiden sijasta.

Aivan kuten Op-Ampsissa (operatiiviset vahvistimet), virtalähteen liitännät logiikkaportteihin sijoitetaan kaavamaisissa kaavioissa yksinkertaisuuden vuoksi usein väärin. Se sisältää todennäköiset tulologiikan tasoyhdistelmät niiden tiettyjen lähtölogiikkatasojen kautta.

Mikä on helpoin tapa oppia logiikkaportteja?

Helpoin tapa oppia peruslogiikkaporttien toiminta selitetään alla.

  • AND Gate - Jos molemmat tulot ovat korkeat, lähtö on myös korkea
  • OR-portille - Jos vähintään yksi tulo on korkea, lähtö on korkea
  • XOR-portille - Jos vähintään yksi tulo on korkea, vain lähtö on korkea
  • NAND Gate - Jos vähintään yksi tulo on matala, lähtö on korkea
  • NOR Gate - Jos molemmat tulot ovat matalat, lähtö on korkea.

Morganin lause

DeMorganin ensimmäisen lauseen mukaan logiikkaportti, kuten NAND, on yhtä suuri kuin TAI-portti, jossa on kupla. NAND-portin looginen toiminto on

A’B = A ’+ B’

DeMorganin toisessa lauseessa todetaan, että NOR-logiikkaportti on yhtä suuri kuin kupla, jolla on kupla. NOR-portin logiikkatoiminto on

(A + B) ’= A’. B ’

NAND-portin muuntaminen

NAND-portti voidaan muodostaa AND gate & NOT -portilla. Boolen lauseke & totuus -taulukko on esitetty alla.

NAND-logiikkaporttien muodostuminen

NAND-logiikkaporttien muodostuminen

Y = (A⋅B) ’

TO

B Y '= A ⋅B

Y

0

0 0 1

0

1 0 1
1 0 0

1

1 1 1

0

NOR-portin muunnos

NOR-portti voidaan muodostaa käyttämällä OR-porttia ja EI porttia. Boolen lauseke & totuus -taulukko on esitetty alla.

NOR Logic Gatesin muodostus

NOR Logic Gatesin muodostus

Y = (A + B) '

TO

B Y '= A + B Y

0

0 0 1
0 1 1

0

1 0 1

0

1 1 1

0

Ex-OR-porttimuunnos

Ex-OR-portti voidaan muodostaa käyttämällä NOT-, AND & OR -porttia. Boolen lauseke & totuus -taulukko on esitetty alla. Tämä logiikkaportti voidaan määritellä portiksi, joka antaa korkean tehon, kun mikä tahansa tämän tulo on korkea. Jos tämän portin molemmat tulot ovat korkeat, lähtö on matala.

Ex-OR-logiikkaporttien muodostus

Ex-OR-logiikkaporttien muodostus

Y = A⊕B tai A’B + AB ’

TO B

Y

0

00

0

1

1

10

1

11

0

Ex-NOR-porttimuunnos

Ex-NOR-portti voidaan muodostaa käyttämällä EX-OR-porttia ja EI porttia. Boolen lauseke & totuus -taulukko on esitetty alla. Tässä loogisessa portissa, kun lähtö on korkea “1”, molemmat tulot ovat joko “0” tai “1”.

Ex-NOR-portin muodostus

Ex-NOR-portin muodostus

Y = (A’B + AB ’)’

TO

B

Y

0

01

0

10
10

0

11

1

Peruslogiikkaportit Universal Gatesin avulla

Yleisportit, kuten NAND-portti ja NOR-portti, voidaan toteuttaa millä tahansa loogisella lausekkeella ilman minkäänlaista logiikkaporttia. Ja niitä voidaan käyttää myös minkä tahansa logiikan perusportin suunnittelussa. Lisäksi näitä käytetään laajasti integroiduissa piireissä, koska niiden valmistaminen on yksinkertaista ja kustannustehokasta. Peruslogiikan porttien suunnittelua yleisporttien avulla käsitellään jäljempänä.

Peruslogiikkaportit voidaan suunnitella yleisporttien avulla. Se käyttää virhettä, vähän testiä, muuten voit käyttää Boolen logiikkaa näiden saavuttamiseksi logiikkaporttien yhtälöiden avulla sekä NAND-portille että NOR-portille. Tässä Boolen logiikkaa käytetään ratkaisemaan tarvitsemasi tulos. Se vie jonkin aikaa, mutta se tarvitaan tämän suorittamiseksi Boolen logiikan ja peruslogiikan porttien saamiseksi.

Peruslogiikan portit NAND-porttia käyttämällä

Peruslogiikkaporttien suunnittelua NAND-portin avulla käsitellään jäljempänä.

EI porttisuunnittelua NAND: n avulla

NOT-portin suunnittelu on hyvin yksinkertaista yksinkertaisesti liittämällä molemmat tulot yhtenä.

JA Gate-suunnittelu NAND-tekniikalla

AND-portin suunnittelu NAND-portin avulla voidaan tehdä NAND-portin lähdössä sen kääntämiseksi ja AND-logiikan saamiseksi.

TAI porttisuunnittelu NAND: n avulla

TAI-portin suunnittelu NAND-portin avulla voidaan tehdä yhdistämällä kaksi EI-porttia NAND-porttien avulla NAND: n tuloihin OR-logiikan saamiseksi.

NOR Gate -suunnittelu NAND-tekniikalla

NOR-portin suunnittelu NAND-portin avulla voidaan tehdä yksinkertaisesti yhdistämällä toinen NOT-portti NAND-portin kautta OR-portin o / p: ään NAND: n kautta.

EXOR-porttisuunnittelu NAND-tekniikalla

Tämä on vähän hankalaa. Jaat kaksi tuloa kolmella portilla. Ensimmäisen NAND: n lähtö on toinen tulo kahdelle muulle. Lopuksi toinen NAND ottaa näiden kahden NAND-portin ulostulot lopullisen tuotoksen aikaansaamiseksi.

Peruslogiikkaportit NOR-porttia käyttämällä

Peruslogiikkaporttien suunnittelua NOR-portin avulla käsitellään jäljempänä.

EI porttia NOR: n avulla

EI-portin suunnittelu NOR-portilla on yksinkertaista yhdistämällä molemmat tulot yhtenä.

TAI portti NOR: n avulla

TAI-portin suunnittelu NOR-portilla on yksinkertainen liittämällä se NOR-portin o / p: hen sen kääntämiseksi ja TAI-logiikan saamiseksi.

AND Gate käyttämällä NOR-tiedostoa

AND-portin suunnittelu NOR-portilla voidaan tehdä yhdistämällä kaksi EI NOR-porttiin NOR-tuloissa AND-logiikan saamiseksi.

NAND-portti NOR: n avulla

NAND-portin suunnittelu NOR-portin avulla voidaan tehdä yksinkertaisesti liittämällä toinen NOR-portti NOR-portin kautta AND-portin lähtöön NOR: lla.

EX-NOR-portti NOR-koodilla

Tämän tyyppinen yhteys on vähän vaikeaa, koska kaksi tuloa voidaan jakaa kolmen logiikkaportin kanssa. Ensimmäinen NOR-portin lähtö on seuraava tulo kahdelle jäljellä olevalle portille. Lopuksi toinen NOR-portti käyttää kahta NOR-portin ulostuloa viimeisen lähdön tuottamiseksi.

Sovellukset

peruslogiikkaporttien sovellukset ovat niin monia, mutta ne riippuvat enimmäkseen totuustaulukoistaan, muuten toimintamuodot. Peruslogiikkaportteja käytetään usein piireissä, kuten lukko painikkeella, kastelujärjestelmä automaattisesti, murtohälytys aktivoituu valon, turvatermostaatin ja muun tyyppisten elektronisten laitteiden kautta.

Peruslogiikkaporttien tärkein etu on, että niitä voidaan käyttää eri yhdistelmäpiireissä. Lisäksi ei ole rajoja logiikkaporttien määrälle, joita voidaan käyttää yhdessä elektronisessa laitteessa. Mutta sitä voidaan rajoittaa laitteen sisällä olevan määritetyn fyysisen aukon takia. Digitaalisissa IC: ssä (integroidut piirit) löydämme kokoelman logiikkaportin alueyksikköä.

Käyttämällä logiikan perusporttien seoksia suoritetaan usein edistyneitä toimintoja. Teoriassa porttien lukumäärää, joka voi olla verhottu yhden laitteen aikana, ei ole rajoitettu. Sovelluksessa tietylle fyysiselle alueelle pakattavien porttien lukumäärä on kuitenkin rajoitettu. Loogisen portin alueyksikön taulukot löytyvät digitaalisista integroiduista piireistä (IC). Kuten IC-tekniikka etenee, haluttu fyysinen tilavuus jokaiselle yksittäiselle portille pienenee, ja vastaavan tai pienemmän koon digitaaliset laitteet pystyvät toimimaan monimutkaisemmilla operaatioilla jatkuvasti suuremmilla nopeuksilla.

Infografiikat logiikkaporteista

Erilaisia ​​digitaalisen logiikan portteja

Tässä on kyse yleiskatsauksesta, mikä on a peruslogiikan portti , tyypit kuten AND gate, OR gate, NAND gate, NOR gate, EX-OR gate and EX-NOR gate. Tässä AND, NOT ja OR portit ovat logiikan perusportit. Käyttämällä näitä portteja voimme luoda minkä tahansa logiikkaportin yhdistämällä ne. Missä NAND- ja NOR-portteja kutsutaan yleisporteiksi. Näillä porteilla on tietty ominaisuus, jolla ne voivat luoda minkä tahansa loogisen Boolen lausekkeen, jos ne on suunniteltu oikein. Lisäksi kaikkia tätä artikkelia koskevia kysymyksiä tai elektroniikkaprojektit, anna palautteesi kommentoimalla alla olevassa kommenttiosassa.