Žinokite apie pagrindinius loginius vartus su tiesos lentelėmis

Šiais laikais kompiuteriai tapo neatsiejama gyvenimo dalimi, nes per gana trumpą laiką jie atlieka daugybę užduočių ir operacijų. Viena iš svarbiausių kompiuterio procesoriaus funkcijų yra loginių operacijų atlikimas naudojant aparatinę įrangą Integriniai grandynai programinės įrangos technologijos ir elektroninės grandinės ,. Tačiau tai, kaip ši aparatinė ir programinė įranga atlieka tokias operacijas, yra paslaptingas galvosūkis. Norėdami geriau suprasti tokią sudėtingą problemą, turime susipažinti su George Boole sukurtu terminu „Boolean Logic“. Paprastai operacijai kompiuteriai naudoja ne skaitmeninius, o dvejetainius skaitmenis. Visas operacijas atlieka „Basic Logic“ vartai. Šiame straipsnyje aptariama, kas yra pagrindiniai logikos vartai skaitmeninėje elektronikoje ir jų darbe.

Kas yra pagrindiniai loginiai vartai?

Loginiai vartai yra pagrindinis skaitmeninės grandinės, turinčios du įėjimus ir vieną išėjimą, statybinis elementas. Santykis tarp i / p ir o / p remiasi tam tikra logika. Šie vartai įgyvendinami naudojant elektroninius jungiklius, tokius kaip tranzistoriai, diodai. Tačiau praktiškai pagrindiniai loginiai vartai statomi naudojant CMOS technologiją, FETS ir MOSFET (metalo oksido puslaidininkių FET) . Loginiai vartai yra naudojamas mikroprocesoriuose, mikrovaldikliuose , įterptųjų sistemų programas ir elektroninius bei elektros projekto grandinės . Pagrindiniai loginiai vartai skirstomi į septynis: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR ir NOT. Šie loginiai vartai su jų loginių vartų simboliais ir tiesos lentelėmis paaiškinti toliau.

Pagrindinė loginių vartų operacija

Kas yra 7 pagrindiniai loginiai vartai?

Pagrindiniai loginiai vartai skirstomi į septynis tipus: IR vartai, ARBA vartai, XOR vartai, NAND vartai, NOR vartai, XNOR vartai ir NE vartai. Tiesos lentelė naudojama loginių vartų funkcijai parodyti. Visi loginiai vartai turi du įėjimus, išskyrus NOT vartus, kurie turi tik vieną įėjimą.

Brėžinant tiesų lentelę, naudojamos dvejetainės vertės 0 ir 1. Kiekvienas galimas derinys priklauso nuo įėjimų skaičiaus. Jei nežinote apie loginius vartus ir jų tiesos lenteles ir jums reikia patarimų dėl jų, pereikite toliau pateiktą infografiką, kurioje pateikiama loginių vartų su jų simboliais ir tiesos lentelėmis apžvalga.

Kodėl mes naudojame pagrindinius loginius vartus?

Pagrindiniai loginiai vartai naudojami pagrindinėms loginėms funkcijoms atlikti. Tai yra pagrindiniai skaitmeninių IC (integrinių grandynų) elementai. Daugumoje loginių vartų naudojami du dvejetainiai įėjimai ir generuojamas vienas išėjimas, pavyzdžiui, 1 arba 0. Kai kuriose elektroninėse grandinėse naudojami keli loginiai vartai, o kai kuriose kitose grandinėse mikroprocesoriai apima milijonus loginių vartų.

Loginius vartus galima įgyvendinti naudojant diodus, tranzistorius, reles, molekules ir optiką, kitaip skirtingus mechaninius elementus. Dėl šios priežasties pagrindiniai loginiai vartai naudojami kaip elektroninės grandinės.

Dvejetainis ir dešimtainis skaičius

Prieš kalbant apie loginių vartų tiesos lenteles, būtina žinoti dvejetainių ir dešimtainių skaičių foną. Mes visi žinome dešimtainius skaičius, kuriuos naudojame kasdieniuose skaičiavimuose, pavyzdžiui, nuo 0 iki 9. Tokia skaičių sistema apima bazę-10. Tokiu pačiu būdu, dvejetainiai skaičiai, tokie kaip 0 ir 1, gali būti naudojami dešimtainiams skaičiams žymėti, kur dvejetainių skaičių pagrindas yra 2.

Dvejetainių skaičių naudojimo reikšmė čia reiškia skaitmeninio komponento perjungimo padėtį, kitaip įtampos padėtį. Čia 1 reiškia aukštą signalą arba aukštą įtampą, o „0“ nurodo žemą arba žemą signalą. Todėl buvo pradėta Būlio algebra. Po to kiekvienas loginis vartas aptariamas atskirai, jame yra vartų logika, tiesos lentelė ir tipiškas jos simbolis.

Loginių vartų tipai

Skirtingi loginių vartų ir simbolių tipai su tiesos lentelėmis aptariami toliau.

Pagrindiniai loginiai vartai

IR Vartai

AND vartai yra a skaitmeninės logikos vartai su „n“ i / ps one o / p, kuris atlieka loginę jungtį, remdamasis savo įvesties deriniais. Šių vartų išvestis yra teisinga tik tada, kai visi įėjimai yra teisingi. Kai vienas ar keli AND vartų i / ps įėjimai yra klaidingi, tada klaidinga yra tik AND vartų išvestis. Žemiau parodyta AND vartų su dviem įvestimis simbolių ir tiesų lentelė.

IR Vartai ir jų tiesos lentelė

ARBA Vartai

OR vartai yra skaitmeninės logikos vartai su „n“ i / ps ir vienu o / p, kurie atlieka loginę jungtį, remdamiesi savo įėjimų deriniais. OR vartų išvestis yra teisinga tik tada, kai teisinga viena ar kelios įvestys. Jei visi vartų i / ps yra klaidingi, klaidinga yra tik OR vartų išvestis. ARBA vartų su dviem įvestimis simbolių ir tiesų lentelė parodyta žemiau.

ARBA Vartai ir jų tiesos lentelė

NE vartai

NOT vartai yra skaitmeninės logikos vartai su vienu įėjimu ir vienu išėjimu, valdantys įvesties keitiklio operaciją. NOT vartų išvestis yra atvirkštinė įvestis. Kai NOT vartų įvestis yra teisinga, išvestis bus klaidinga ir atvirkščiai. Žemiau rodoma NOT vartų su viena įvestimi simbolių ir tiesų lentelė. Naudodamiesi šiais vartais, mes galime įgyvendinti NOR ir NAND vartus

NE Vartai ir jų tiesos lentelė

NAND vartai

NAND vartai yra skaitmeninės logikos vartai su „n“ i / ps ir vienu o / p, kurie atlieka AND vartų, o po to - NOT vartų, operaciją. NAND vartai suprojektuoti derinant vartus AND ir NOT. Jei NAND vartų įvestis yra aukšta, tada vartų išvestis bus maža. Žemiau parodyta NAND vartų su dviem įėjimais simbolių ir tiesų lentelė.

NAND vartai ir jų tiesos lentelė

NOR vartai

NOR vartai yra skaitmeninės logikos vartai su n įėjimais ir vienu išėjimu, atliekantys ARB vartų, po kurių eina NOT vartai, veikimą. NOR vartai suprojektuoti derinant OR ir NOT vartus. Kai bet kuris iš NOR vartų i / ps yra teisingas, tada NOR vartų išvestis bus klaidinga. Žemiau parodyta NOR vartų simbolių ir tiesos lentelė su tiesos lentele.

NOR vartai ir jų tiesos lentelė

Išskirtiniai ARBA vartai

„Exclusive-OR“ vartai yra skaitmeninės logikos vartai su dviem įėjimais ir vienu išėjimu. Trumpa šių vartų forma yra Ex-OR. Jis atliekamas pagal ARB vartų veikimą. . Jei bet kuris iš šių vartų įėjimų yra didelis, tada EX-OR vartų išvestis bus didelė. Žemiau pateikiama EX-OR simbolių ir tiesų lentelė.

EX-OR vartai ir jų tiesos lentelė

Išskirtiniai NOR vartai

„Exclusive-NOR“ vartai yra skaitmeninės logikos vartai su dviem įėjimais ir vienu išėjimu. Trumpa šių vartų forma yra Ex-NOR. Jis atlieka remdamasis NOR vartų veikimu. Kai abu šių vartų įėjimai yra dideli, tada EX-NOR vartų išvestis bus didelė. Bet jei kuri nors iš įvesties yra didelė (bet ne abi), tada išvestis bus maža. Žemiau pateikiama EX-NOR simbolių ir tiesų lentelė.

EX-NOR vartai ir jų tiesos lentelė

Loginių vartų taikymas daugiausia nustatomas pagal jų tiesos lentelę, t. Y. Pagal jų veikimo būdą. Pagrindiniai loginiai vartai naudojami daugelyje grandinių, pavyzdžiui, mygtuko spyna, įjungiama šviesa signalizacija , saugos termostatas, automatinė laistymo sistema ir kt.

Tiesos lentelė loginių vartų grandinei išreikšti

Vartų grandinė gali būti išreikšta įprastu metodu, žinomu kaip tiesos lentelė. Šioje lentelėje pateikiamos visos įvesties loginės būsenos kombinacijos, kurios yra didelės (1) arba žemos (0) kiekvienam logikos vartų įvesties terminalui per lygiavertį išvesties logikos lygį, pavyzdžiui, aukštą arba žemą. NOT logikos vartų grandinė parodyta aukščiau, o jos tiesos lentelė iš tiesų yra labai lengva

Loginių vartų tiesos lentelės yra labai sudėtingos, bet didesnės už NOT vartus. Kiekvienų vartų tiesos lentelėje turi būti daug eilučių, nes yra galimybių naudoti išskirtinius įvesties derinius. Pvz., NOT vartams yra dvi įvesties galimybės: 0 arba 1, o dviejų įėjimų loginių vartų atveju yra keturios galimybės, pvz., 00, 01, 10 ir 11. Todėl į jį įeina keturios eilutės lygiavertė tiesos lentelė.

3 įvesties logikos vartams yra 8 galimi įėjimai, tokie kaip 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 ir 111. Todėl reikalinga tiesių lentelė, apimanti 8 eiles. Matematiškai reikalingas eilučių skaičius tiesos lentelėje yra lygus 2, padidintiems ne. i / p terminalų.

Analizė

Įtampos signalai skaitmeninėse grandinėse pateikiami dvejetainėmis vertėmis, tokiomis kaip 0 ir 1, apskaičiuotos atsižvelgiant į žemę. Įtampos trūkumas dažniausiai reiškia „0“, o visos nuolatinės srovės maitinimo įtampa - „1“.

Loginiai vartai yra specialus stiprintuvo grandinės tipas, kuris daugiausia skirtas įvesties, taip pat išėjimo logikos lygio įtampoms. Loginių vartų grandinės dažniausiai simbolizuojamos schema per savo išskirtinius simbolius vietoj pagrindinių rezistorių ir tranzistorių.

Kaip ir „Op-Amps“ (operaciniai stiprintuvai), elektros energijos tiekimo jungtys su loginiais vartais scheminėse schemose dažnai būna neteisingos, kad būtų paprasčiau. Tai apima tikėtinus įvesties logikos lygių derinius pagal jų išvesties logikos lygius.

Koks lengviausias būdas išmokti loginius vartus?

Lengviausias būdas išmokti pagrindinių loginių vartų funkcijų paaiškinamas toliau.

• „AND Gate“ - jei abu įėjimai yra dideli, tada išėjimas taip pat yra didelis
• ARBA vartams - jei mažiausiai viena įvestis yra didelė, išvestis yra didelė
• „XOR Gate“ - jei mažiausiai vienas įėjimas yra didelis, tik išvestis yra didelė
• NAND vartai - jei mažiausiai vienas įėjimas yra žemas, tada išvestis yra didelė
• NOR Gate - jei abu įėjimai yra žemi, tada išėjimas yra didelis.

Morgano teorema

Pirmoji DeMorgano teorema teigia, kad loginiai vartai, tokie kaip NAND, yra lygūs OR vartams su burbulu. NAND vartų loginė funkcija yra

A’B = A ’+ B’

Antroji DeMorgano teorema teigia, kad NOR loginiai vartai yra lygūs AND vartams su burbulu. NOR vartų loginė funkcija yra

(A + B) ’= A’. B ’

NAND vartų konversija

NAND vartai gali būti suformuoti naudojant AND gate & NOT gate. Būlio išraiškos ir tiesos lentelė parodyta žemiau.

NAND loginių vartų formavimas

Y = (A⋅B) “

NOR vartų konversija

NOR vartai gali būti suformuoti naudojant ARBA vartus ir NE vartus. Būlio išraiškos ir tiesos lentelė parodyta žemiau.

„NOR Logic Gates“ formavimas

Y = (A + B) '

„Ex-OR“ vartų konversija

Ex-OR vartai gali būti suformuoti naudojant NOT, AND & OR vartus. Būlio išraiškos ir tiesos lentelė parodyta žemiau. Šiuos loginius vartus galima apibrėžti kaip vartus, kurie duoda didelę išvestį, kai bet kuri jų įvestis yra didelė. Jei abu šių vartų įėjimai yra dideli, išvestis bus maža.

„Ex-OR“ loginių vartų formavimas

Y = A⊕B arba A’B + AB “

Ex-NOR vartų konvertavimas

„Ex-NOR“ vartai gali būti suformuoti naudojant „EX-OR gate & NOT gate“. Būlio išraiškos ir tiesos lentelė parodyta žemiau. Šiame loginiame varte, kai išėjimas yra didelis „1“, abu įėjimai bus „0“ arba „1“.

Ex-NOR vartų formavimas

Y = (A’B + AB ’)“

Pagrindiniai loginiai vartai naudojant universalius vartus

Universalūs vartai, tokie kaip NAND gate ir NOR gate, gali būti įgyvendinami naudojant bet kokią loginę išraišką nenaudojant kitokio tipo loginių vartų. Jie taip pat gali būti naudojami kuriant bet kokius pagrindinius loginius vartus. Be to, jie yra plačiai naudojami integriniuose grandynuose, nes juos pagaminti yra paprasta ir nebrangu. Pagrindinis loginių vartų dizainas naudojant universalius vartus aptariamas toliau.

Pagrindiniai loginiai vartai gali būti suprojektuoti universalių vartų pagalba. Tam naudojama klaida, šiek tiek bandymo, kitaip jūs galite naudoti Bulio logiką, kad pasiektumėte jas per loginių vartų lygtis NAND vartams, taip pat NOR vartams. Čia loginė logika naudojama norint išspręsti reikalingą išvestį. Tai užtrunka šiek tiek laiko, tačiau to reikia atlikti, kad gautumėte Bulio logiką ir pagrindinius loginius vartus.

Pagrindiniai loginiai vartai naudojant NAND vartus

Pagrindinių loginių vartų projektavimas naudojant NAND vartus aptariamas toliau.

NE vartų dizainas naudojant NAND

NOT vartų projektavimas yra labai paprastas, paprasčiausiai sujungiant abu įėjimus.

IR vartų dizainas naudojant NAND

AND vartų projektavimas naudojant NAND vartus gali būti atliekamas NAND vartų išvestyje, norint juos pakeisti ir gauti IR logiką.

ARBA Vartų dizainas naudojant NAND

OR vartų projektavimas naudojant NAND vartus gali būti atliekamas sujungiant du NET vartus naudojant NAND vartus NAND įėjimuose, kad gautumėte ARBA logiką.

NOR vartų dizainas naudojant NAND

NOR vartai gali būti suprojektuoti naudojant NAND vartus, tiesiog sujungiant kitus NET vartus per NAND vartus su OR vartų o / p per NAND.

EXOR vartų dizainas naudojant NAND

Tai šiek tiek keblu. Jūs dalijatės dviem įvestimis su trimis vartais. Pirmojo NAND išvestis yra antroji įvestis kitiems dviem. Galiausiai kitas NAND paima šių dviejų NAND vartų išvestis, kad gautų galutinę išeitį.

Pagrindiniai loginiai vartai naudojant „NOR Gate“

Pagrindinių loginių vartų projektavimas naudojant NOR vartus aptariamas toliau.

NE vartai naudojant NOR

NOT vartų su NOR vartais projektavimas yra paprastas, sujungiant abu įėjimus kaip vieną.

ARBA Vartai naudojant NOR

OR vartų su NOR vartais projektavimas yra paprastas, jungiantis prie NOR vartų o / p, norint juos pakeisti ir gauti ARBA logiką.

IR vartai naudojant NOR

„AND“ vartai gali būti suprojektuoti naudojant „NOR“ vartus. Norint gauti logiką, NOR įėjimuose reikia sujungti du NOT su „NOR“ vartais.

NAND vartai naudojant NOR

NAND vartų projektavimas naudojant NOR vartus gali būti atliekamas tiesiog sujungiant kitus NOT vartus per NOR vartus prie AND vartų išvesties su NOR.

EX-NOR vartai naudojant NOR

Šio tipo ryšys yra šiek tiek sunkus, nes du įėjimus galima bendrinti su trimis logikos vartais. Pirmasis NOR vartų išėjimas yra kitas įėjimas į likusius du vartus. Galiausiai, kiti NOR vartai naudoja du NOR vartų išėjimus paskutiniam išėjimui pateikti.

Programos

The pagrindinių loginių vartų pritaikymas yra tiek daug, tačiau jie daugiausia priklauso nuo jų tiesos lentelių, kitaip operacijų forma. Pagrindiniai loginiai vartai dažnai naudojami tokiose grandinėse kaip spyna su mygtuku, laistymo sistema automatiškai, įsilaužimo signalizacija įjungiama per šviesą, saugos termostatas ir kiti elektroniniai prietaisai.

Pagrindinis pagrindinių loginių vartų privalumas yra tas, kad juos galima naudoti skirtingose ​​kombinuotose grandinėse. Be to, nėra loginių vartų, kuriuos galima panaudoti viename elektroniniame įrenginyje, skaičiaus ribų. Tačiau tai gali būti ribojama dėl nurodyto fizinio tarpo įrenginyje. Skaitmeniniuose IC (integriniuose grandynuose) atrasime loginių vartų regiono vieneto kolekciją.

Naudojant pagrindinių loginių vartų mišinius, dažnai atliekamos pažangios operacijos. Teoriškai vartų, kurios gali būti apvilktos vienu įrenginiu, skaičiaus nėra ribojama. Tačiau programoje vartų, kurios gali būti supakuotos į tam tikrą fizinę zoną, skaičius yra ribotas. Loginių vartų zonos matricos yra skaitmeniniuose integriniuose grandynuose (IC). Kaip IC technologija žengiant į priekį, kiekvienam vartui norimas fizinis tūris mažėja, o lygiaverčio ar mažesnio dydžio skaitmeniniai prietaisai tampa pajėgūs veikti sudėtingesnėmis operacijomis vis didesniu greičiu.

Loginių vartų infografika

Visa tai yra apžvalga, kas yra a pagrindiniai logikos vartai , tokie tipai kaip AND vartai, ARBA vartai, NAND vartai, NOR vartai, EX-OR vartai ir EX-NOR vartai. Čia vartai AND, NOT ir OR yra pagrindiniai loginiai vartai. Naudodami šiuos vartus, juos sujungdami, galime sukurti bet kokius loginius vartus. Kur NAND ir NOR vartai vadinami universaliaisiais vartais. Šie vartai turi tam tikrą savybę, kuria naudodamiesi jie gali sukurti bet kokią loginę loginę išraišką, jei jie yra tinkamai sukurti. Be to, jei kyla klausimų dėl šio straipsnio, arba elektronikos projektai, pateikite savo atsiliepimą komentuodami žemiau esančiame komentarų skyriuje.