Uzziniet par pamata loģiskajiem vārtiem ar patiesības tabulām

Mūsdienās datori ir kļuvuši par neatņemamu dzīves sastāvdaļu, jo tie veic daudzus uzdevumus un darbības diezgan īsā laika posmā. Viena no svarīgākajām CPU funkcijām datorā ir loģisku darbību veikšana, izmantojot aparatūru, piemēram Integrētās shēmas programmatūras tehnoloģijas un elektroniskās shēmas ,. Bet tas, kā šī aparatūra un programmatūra veic šādas darbības, ir noslēpumaina mīkla. Lai labāk izprastu tik sarežģītu jautājumu, mums ir jāiepazīstas ar Džordža Būla izstrādāto terminu Būla loģika. Vienkāršai darbībai datori izmanto bināros ciparus, nevis digitālos ciparus. Visas darbības veic Basic Logic vārti. Šajā rakstā ir apskatīts pārskats par to, kas ir pamatloģikas vārti digitālajā elektronikā un to darbībā.

Kas ir pamata loģikas vārti?

Loģiskie vārti ir digitālās shēmas pamatelements, kuram ir divas ieejas un viena izeja. Attiecības starp i / p un o / p balstās uz noteiktu loģiku. Šie vārti tiek realizēti, izmantojot elektroniskos slēdžus, piemēram, tranzistorus, diodes. Bet praksē pamata loģikas vārti tiek veidoti, izmantojot CMOS tehnoloģiju, FETS un MOSFET (metāla oksīda pusvadītāju FET) s . Loģiskie vārti ir izmanto mikroprocesoros, mikrokontrolleros , iegulto sistēmu lietojumprogrammas, kā arī elektroniskās un elektrisko projektu shēmas . Galvenie loģiskie vārti ir iedalīti septiņos: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR un NOT. Šie loģiskie vārti ar loģisko vārtu simboliem un patiesības tabulām ir paskaidroti tālāk.

Loģisko vārtu pamata darbība

Kādi ir 7 pamata loģiskie vārti?

Galvenie loģiskie vārti tiek klasificēti septiņos veidos: UN vārti, VAI vārti, XOR vārti, NAND vārti, NOR vārti, XNOR vārti un NAV vārti. Patiesības tabula tiek izmantota, lai parādītu loģisko vārtu funkciju. Visiem loģiskajiem vārtiem ir divas ieejas, izņemot NOT vārtu, kuram ir tikai viena ieeja.

Zīmējot patiesības tabulu, tiek izmantotas binārās vērtības 0 un 1. Katra iespējamā kombinācija ir atkarīga no ieeju skaita. Ja jūs nezināt par loģiskajiem vārtiem un to patiesības tabulām un jums ir nepieciešamas vadlīnijas par tām, lūdzu, apmeklējiet šo infografiku, kurā sniegts pārskats par loģiskajiem vārtiem ar to simboliem un patiesības tabulām.

Kāpēc mēs izmantojam pamata loģiskos vārtus?

Galvenie loģiskie vārti tiek izmantoti loģisko pamatfunkciju veikšanai. Tie ir digitālo IC (integrēto shēmu) pamata veidotāji. Lielākā daļa loģisko vārtu izmanto divas binārās ieejas un ģenerē vienu izeju, piemēram, 1 vai 0. Dažās elektroniskajās shēmās tiek izmantoti maz loģisko vārtu, turpretī dažās citās ķēdēs mikroprocesori ietver miljonus loģisko vārtu.

Loģisko vārtu ieviešanu var veikt, izmantojot diodes, tranzistorus, relejus, molekulas un optiku, citādi dažādus mehāniskos elementus. Šī iemesla dēļ pamata loģiskie vārti tiek izmantoti kā elektroniskās shēmas.

Binārs un decimālskaitlis

Pirms runāt par loģisko vārtu patiesības tabulām, ir svarīgi zināt bināro un decimālo skaitļu fonu. Mēs visi zinām decimāldaļskaitļus, kurus izmantojam ikdienas aprēķinos, piemēram, no 0 līdz 9. Šāda veida skaitļu sistēma ietver bāzes 10. Tādā pašā veidā bināros skaitļus, piemēram, 0 un 1, var izmantot, lai apzīmētu decimāldaļskaitļus visur, kur bināro skaitļu bāze ir 2.

Bināro skaitļu izmantošanas nozīme šeit ir apzīmēt digitālā komponenta pārslēgšanās pozīciju, pretējā gadījumā sprieguma pozīciju. Šeit 1 apzīmē augstu signālu vai augstspriegumu, bet “0” norāda zemu spriegumu vai zemu signālu. Tāpēc tika sākta Būla algebra. Pēc tam katrs loģiskais vārts tiek apspriests atsevišķi, tas satur vārtu loģiku, patiesības tabulu un tipisko simbolu.

Loģisko vārtu veidi

Dažādi loģisko vārtu un simbolu veidi ar patiesības tabulām ir aplūkoti turpmāk.

Pamata loģikas vārti

UN vārti

AND vārti ir digitālās loģikas vārti ar ‘n’ i / ps one o / p, kas veic loģisku savienojumu, pamatojoties uz tā ievadu kombinācijām. Šo vārtu izeja ir patiesa tikai tad, ja visas ievades ir patiesas. Ja viena vai vairākas AND gate ’i / ps ievades ir nepatiesas, tad tikai AND gate izeja ir nepatiesa. AND vārtu ar divām ieejām simbolu un patiesības tabula ir parādīta zemāk.

UN vārti un to patiesības tabula

VAI vārti

OR vārti ir digitālās loģikas vārti ar ‘n’ i / ps un vienu o / p, kas veic loģisku savienojumu, pamatojoties uz tā ieeju kombinācijām. OR vārtu izeja ir patiesa tikai tad, ja viena vai vairākas ievades ir patiesas. Ja visi vārtu i / ps ir nepatiesi, tad tikai OR vārtu izeja ir nepatiesa. Zemāk ir parādīta VAI vārtu ar divām ieejām simbolu un patiesības tabula.

Vārti un to patiesības tabula

NAV vārti

NOT vārti ir digitālās loģikas vārti ar vienu ieeju un vienu izeju, kas darbina ievades invertora darbību. NOT vārtu izeja ir pretēja ievadei. Kad NOT vārtu ievade ir patiesa, tad izeja būs nepatiesa un otrādi. Zemāk ir parādīta NOT vārtu ar vienu ieeju simbolu un patiesības tabula. Izmantojot šos vārtus, mēs varam ieviest NOR un NAND vārtus

NAV vārti un to patiesības tabula

NAND vārti

NAND vārti ir digitālās loģikas vārti ar ‘n’ i / ps un vienu o / p, kas veic AND vārtu darbību, kam seko NOT vārtu darbība. NAND vārti ir veidoti, apvienojot vārtus AND un NOT. Ja NAND vārtu ieeja ir augsta, tad vārtu izeja būs zema. Zemāk parādīts NAND vārtu ar divām ieejām simbolu un patiesības tabula.

NAND vārti un to patiesības tabula

NOR vārti

NOR vārti ir digitālās loģikas vārti ar n ieejām un vienu izeju, kas veic OR vārtu darbību, kam seko vārti NOT. NOR vārti ir veidoti, apvienojot OR un NOT vārtus. Kad kāds no NOR vārtu i / ps ir patiess, tad NOR vārtu izeja būs nepatiesa. NOR vārtu simbola un patiesības tabula ar patiesības tabulu ir parādīta zemāk.

NOR vārti un to patiesības tabula

Ekskluzīvi VAI vārti

Exclusive-OR vārti ir digitālās loģikas vārti ar divām ieejām un vienu izeju. Šo vārtu īsā forma ir Ex-OR. Tas darbojas, pamatojoties uz OR vārtu darbību. . Ja kāda no šo vārtu ieejām ir augsta, tad EX-OR vārtu izeja būs augsta. EX-OR simbolu un patiesības tabula ir parādīta zemāk.

EX-OR vārti un to patiesības tabula

Ekskluzīvi-NOR vārti

Exclusive-NOR vārti ir digitālās loģikas vārti ar divām ieejām un vienu izeju. Šo vārtu īsā forma ir Ex-NOR. Tas veic, pamatojoties uz NOR vārtu darbību. Kad abas šo vārtu ieejas ir augstas, tad EX-NOR vārtu izeja būs augsta. Bet, ja kāda no ieejām ir augsta (bet ne abas), tad izeja būs zema. EX-NOR simbolu un patiesības tabula ir parādīta zemāk.

EX-NOR vārti un to patiesības tabula

Loģisko vārtu pielietojumu galvenokārt nosaka, pamatojoties uz viņu patiesības tabulu, t.i., to darbības veidu. Galvenie loģiskie vārti tiek izmantoti daudzās ķēdēs, piemēram, spiedpogas slēdzenē, ar gaismas aktivizēšanu zagļu trauksme , drošības termostats, automātiska laistīšanas sistēma utt.

Patiesības tabula, lai izteiktu loģisko vārtu ķēdi

Vārtu ķēdi var izteikt, izmantojot kopēju metodi, kas pazīstama kā patiesības tabula. Šajā tabulā ir iekļautas visas augsti (1) vai zemas (0) ieejas loģikas stāvokļu kombinācijas katram loģisko vārtu ieejas terminālim, izmantojot līdzvērtīgu izejas loģikas līmeni, piemēram, augsts vai zems. NOT loģisko vārtu ķēde ir parādīta iepriekš, un tās patiesības tabula patiešām ir ļoti vienkārša

Loģisko vārtu patiesības tabulas ir ļoti sarežģītas, bet lielākas nekā NOT vārti. Katra vārtu patiesības tabulā jābūt daudzām rindām, piemēram, ir iespējas ekskluzīvām ievades kombinācijām. Piemēram, NOT vārtiem ir divas iespējas ievadīt 0 vai 1, savukārt divu ieejas loģisko vārtu gadījumā ir četras iespējas, piemēram, 00, 01, 10 un 11. Tāpēc tas ietver četras rindas līdzvērtīga patiesības tabula.

3 ieeju loģikas vārtiem ir 8 iespējamās ievades, piemēram, 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 un 111. Tāpēc ir nepieciešama patiesības tabula, kurā ir 8 rindas. Matemātiski nepieciešamais rindu skaits patiesības tabulā ir vienāds ar 2, kas palielināts līdz nē. no i / p termināliem.

Analīze

Sprieguma signāli digitālajās ķēdēs tiek attēloti ar tādām binārām vērtībām kā 0 un 1, kas aprēķinātas, atsaucoties uz zemi. Sprieguma deficīts galvenokārt apzīmē “0”, turpretim pilna līdzstrāvas barošanas sprieguma esamība nozīmē “1”.

Loģikas vārti ir īpaša veida pastiprinātāja shēma, kas galvenokārt paredzēta ieejas, kā arī izejas loģiskā līmeņa spriegumiem. Loģisko vārtu shēmas visbiežāk simbolizē ar shēmu, izmantojot savus ekskluzīvos simbolus, nevis to būtiskos rezistorus un tranzistorus.

Tāpat kā ar Op-Amps (operatīvie pastiprinātāji), vienkāršības labad shēmas shēmās strāvas padeves savienojumi ar loģiskajiem vārtiem bieži tiek nepareizi izvietoti. Tas ietver iespējamās ievades loģikas līmeņu kombinācijas, izmantojot to konkrētos izejas loģikas līmeņus.

Kāds ir vienkāršākais veids, kā iemācīties loģiskos vārtus?

Vieglākais veids, kā apgūt loģisko pamatu funkciju, ir paskaidrots zemāk.

• AND Gate - ja abas ieejas ir augstas, tad arī izeja ir augsta
• OR vārtiem - ja vismaz viena ieeja ir augsta, tad izeja ir augsta
• XOR Gate - ja vismaz viena ieeja ir augsta, tad tikai izeja ir augsta
• NAND vārti - ja vismaz viena ieeja ir zema, tad izeja ir augsta
• NOR Gate - ja abas ieejas ir zemas, tad izeja ir augsta.

Morgana teorēma

Pirmā DeMorgana teorēma apgalvo, ka loģiskie vārti, piemēram, NAND, ir vienādi ar OR vārtiem ar burbuli. NAND vārtu loģiskā funkcija ir

A’B = A ’+ B’

DeMorgana otrā teorēma apgalvo, ka NOR loģiskie vārti ir vienādi ar AND vārtiem ar burbuli. NOR vārtu loģiskā funkcija ir

(A + B) ’= A’. B ’

NAND vārtu pārveidošana

NAND vārtus var izveidot, izmantojot AND gate & NOT gate. Būla izteiksmes un patiesības tabula ir parādīta zemāk.

NAND loģisko vārtu veidošana

Y = (A⋅B) ”

NOR vārtu pārveidošana

NOR vārtus var veidot, izmantojot VAI vārti un NAV vārti. Būla izteiksmes un patiesības tabula ir parādīta zemāk.

NOR loģisko vārtu veidošana

Y = (A + B) '

Ex-OR vārtu pārveidošana

Ex-OR vārti var tikt veidoti, izmantojot NOT, AND & OR gate. Būla izteiksmes un patiesības tabula ir parādīta zemāk. Šos loģiskos vārtus var definēt kā vārtus, kas dod lielu jaudu, ja jebkura tā ieeja ir augsta. Ja abas šo vārtu ieejas ir augstas, tad izeja būs zema.

Ex-OR loģisko vārtu veidošana

Y = A⊕B vai A’B + AB ’

Ex-NOR vārtu pārveidošana

Ex-NOR vārtus var izveidot, izmantojot EX-OR gate & NOT gate. Būla izteiksmes un patiesības tabula ir parādīta zemāk. Šajā loģiskajā vārti, ja izeja ir augsta “1”, tad abas ieejas būs vai nu “0”, vai “1”.

Ex-NOR vārtu veidošana

Y = (A’B + AB ’)’

Pamata loģiskie vārti, izmantojot Universal Gates

Universālos vārtus, piemēram, NAND gate un NOR gate, var ieviest, izmantojot jebkuru būla izteiksmi, neizmantojot cita veida loģiskos vārtus. Tos var izmantot arī jebkura loģiskā pamata vārtu projektēšanai. Turklāt tos plaši izmanto integrētajās shēmās, jo to izgatavošana ir vienkārša, kā arī rentabla. Galvenais loģisko vārtu dizains, izmantojot universālos vārtus, ir aplūkots turpmāk.

Pamata loģiskos vārtus var veidot ar universālu vārtu palīdzību. Tas izmanto kļūdu, mazliet testa, pretējā gadījumā jūs varat izmantot Būla loģiku, lai tos sasniegtu, izmantojot NAND vārtu, kā arī NOR vārtu loģisko vārtu vienādojumus. Šeit Būla loģika tiek izmantota, lai atrisinātu nepieciešamo rezultātu. Tas prasa zināmu laiku, taču tas ir nepieciešams, lai to izdarītu, lai iegūtu Būla loģikas, kā arī pamata loģikas vārtu pakārt.

Pamata loģiskie vārti, izmantojot NAND Gate

Zemāk ir aplūkota pamata loģisko vārtu projektēšana, izmantojot NAND gate.

NAV vārtu dizains, izmantojot NAND

NOT vārtu projektēšana ir ļoti vienkārša, vienkārši savienojot abas ieejas kā vienu.

UN Vārtu dizains, izmantojot NAND

AND vārtu projektēšanu, izmantojot NAND vārtus, var veikt NAND vārtu izejā, lai to mainītu un iegūtu UN loģiku.

VAI vārtu dizains, izmantojot NAND

VAI vārtu projektēšanu, izmantojot NAND vārtus, var veikt, savienojot divus NOT vārtus, izmantojot NAND vārtus NAND ieejās, lai iegūtu VAI loģiku.

NOR Gate Design, izmantojot NAND

NOR vārtu projektēšanu, izmantojot NAND vārtus, var veikt, vienkārši savienojot citus NOT vārtus caur NAND vārtiem ar OR vārtu o / p caur NAND.

EXOR vārtu dizains, izmantojot NAND

Šis ir mazliet grūts. Jūs kopīgi izmantojat abus ievadus ar trim vārtiem. Pirmā NAND izeja ir otrā ieeja pārējiem diviem. Visbeidzot, cits NAND ņem šo divu NAND vārtu izejas, lai iegūtu galīgo rezultātu.

Pamata loģiskie vārti, izmantojot NOR Gate

Pamata loģisko vārtu projektēšana, izmantojot NOR gate, ir apskatīta tālāk.

NAV vārti, izmantojot NOR

NOT vārtu projektēšana ar NOR vārtiem ir vienkārša, savienojot abas ieejas kā vienu.

VAI vārti, izmantojot NOR

Vārtu ar NOR vārtiem projektēšana ir vienkārša, savienojot NOR vārtu o / p, lai tos mainītu un iegūtu VAI loģiku.

UN vārti, izmantojot NOR

AND vārtu projektēšanu, izmantojot NOR vārtus, var veikt, savienojot divus NOT ar NOR vārtiem pie NOR ieejām, lai iegūtu AND loģiku.

NAND vārti, izmantojot NOR

NAND Gate projektēšanu, izmantojot NOR gate, var veikt, vienkārši savienojot citus NOT gate caur NOR vārtiem ar AND gate output ar NOR.

EX-NOR vārti, izmantojot NOR

Šāda veida savienojums ir mazliet sarežģīts, jo abus ievadus var koplietot ar trim loģikas vārtiem. Pirmā NOR vārtu izeja ir nākamā ievade pārējiem diviem vārtiem. Visbeidzot, citi NOR vārti izmanto divus NOR vārtu izejas, lai nodrošinātu pēdējo izeju.

Pieteikumi

The loģisko pamatvārtu pielietojums ir tik daudz, tomēr tie lielākoties ir atkarīgi no viņu patiesības tabulām, pretējā gadījumā tie ir darbības veidi. Pamata loģiskie vārti bieži tiek izmantoti tādās ķēdēs kā slēdzene ar spiedpogu, laistīšanas sistēma automātiski, apsardzes signalizācija, kas aktivizēta, izmantojot gaismu, drošības termostats un cita veida elektroniskas ierīces.

Galvenā loģisko vārtu priekšrocība ir tā, ka tos var izmantot citā kombinācijas ķēdē. Turklāt loģisko vārtu skaitam, kuru var izmantot vienā elektroniskajā ierīcē, nav robežu. Bet to var ierobežot norādītās fiziskās spraugas dēļ ierīcē. Digitālajos IC (integrētās shēmas) mēs atklāsim loģisko vārtu reģiona vienības kolekciju.

Izmantojot loģisko vārtu maisījumus, bieži tiek veiktas uzlabotas darbības. Teorētiski nav ierobežojumu vārtu skaitam, kas var būt aptverts vienas ierīces laikā. Tomēr lietojumprogrammā ir noteikts vārtu skaita ierobežojums, kurus var iesaiņot noteiktā fiziskajā zonā. Loģisko vārtu laukuma vienības bloki ir atrodami digitālajās integrālajās shēmās (IC). Kā IC tehnoloģija uzlabojas vēlamais fiziskais tilpums katram atsevišķam vārtiņam, un līdzvērtīga vai mazāka izmēra digitālās ierīces kļūst spējīgas darboties ar sarežģītākām darbībām ar arvien lielāku ātrumu.

Loģisko vārtu infografika

Tas viss ir par pārskatu par to, kas ir a pamata loģikas vārti , veidi, piemēram, AND vārti, VAI vārti, NAND vārti, NOR vārti, EX-OR vārti un EX-NOR vārti. Šajā vārdi AND, NOT un OR ir pamata loģiskie vārti. Izmantojot šos vārtus, mēs varam tos kombinēt, izveidojot jebkurus loģiskus vārtus. Kur NAND un NOR vārtus sauc par universālajiem vārtiem. Šiem vārtiem ir īpašs rekvizīts, ar kuru palīdzību tie var izveidot jebkuru loģisku Būla izteiksmi, ja tie ir veidoti pareizi. Turklāt visiem jautājumiem par šo rakstu vai elektronikas projekti, lūdzu, sniedziet atsauksmes, komentējot komentāru sadaļā zemāk.