Kuidas loogikaväravad töötavad

Selles postituses mõistame igakülgselt, mis on loogikaväravad ja selle töö. Heidame pilgu põhidefinitsioonile, sümbolile, tõetabelile, mitme sisendiga väravatele, ehitame ka transistoripõhiseid värava ekvivalente ja lõpuks võtame ülevaate erinevatest asjakohastest CMOS-i IC-dest.

Mis on loogikaväravad

Elektroonilise vooluahela loogikaväravat saab väljendada füüsilise üksusena, mida kujutatakse Boole'i ​​funktsiooni kaudu.

Teisisõnu, loogikavärav on loodud ühe või enama binaarse sisendi abil loogilise funktsiooni täitmiseks ja ühe binaarse väljundi genereerimiseks.

Elektroonilise loogika väravad on põhimõtteliselt konfigureeritud ja teostatud pooljuhtplokkide või elementide, näiteks dioodide või transistoride abil, mis töötavad nagu ON / OFF lülitid, millel on täpselt määratletud lülitusmuster. Loogikaväravad hõlbustavad väravate kaskaadimist nii, et see võimaldab hõlpsasti Boole'i ​​funktsioonide koostamist, võimaldades luua kogu Boole'i ​​loogika füüsikalised mudelid. See võimaldab ka Boole'i ​​loogika abil kirjutatavaid algoritme ja matemaatikat.

Loogikalülitused võivad kasutada pooljuhtelemente multiplekserite, registrite, aritmeetiliste loogikaüksuste (ALU) ja arvutimälu ning isegi mikroprotsessorite vahemikus, hõlmates kuni 100 miljonit miljonit loogikaväravat. Tänases rakenduses leiate peamiselt väljatransistore (FET), mida kasutatakse loogikaväravate valmistamiseks, näiteks metall-oksiid-pooljuhtväljatransistorid või MOSFETid.

Alustame õpetust loogika JA väravatega.

Mis on loogika 'JA' värav?

See on elektrooniline värav, mille väljund muutub 'kõrgeks' või '1' või 'tõeks' või annab 'positiivse signaali', kui kõik AND-väravate sisendid on 'kõrged' või '1' või 'tõesed' või ' positiivne signaal ”.
Näiteks: öelge AND-väravas sisendite arvuga n, kui kõik sisendid on 'suured', siis väljund muutub 'kõrgeks'. Isegi kui üks sisend on „LOW“ või „0“ või „false“ või „negatiivne signaal“, muutub väljund väärtuseks „LOW“ või „0“ või „false“ või annab „negatiivse signaali“.

Märge:
Mõisted 'kõrge', '1', 'positiivne signaal', 'tõene' on sisuliselt samad (positiivne signaal on aku või toiteallika positiivne signaal).
Mõisted „LOW“, „0“, „negatiivne signaal“, „vale“ on sisuliselt samad (negatiivne signaal on aku või toiteallika negatiivne signaal).

Loogika JA värava sümbol:

Siin on kaks sisendit 'A' ja 'B' ning väljastatakse 'Y'.
Loogika JA värava Boole'i ​​väljend: väljund „Y” on kahe sisendi „A” ja „B” korrutamine. (A.B) = Y
Boole'i ​​korrutust tähistatakse punktiga (.)
Kui ‘A’ on ’1’ ja ‘B’ on ‘1’, on väljundiks (A.B) = 1 x 1 = ’1’ või ’kõrge’
Kui ‘A’ on ’0’ ja ‘B’ on ’1’, siis on väljundiks (A.B) = 0 x 1 = ’0’ või ‘madal’
Kui 'A' on '1' ja 'B' on '0', on väljundiks (A.B) = 1 x 0 = '0' või 'madal'
Kui ‘A’ on ’0’ ja ’B’ on ‘0’, on väljundiks (A.B) = 0 x 0 = ’0’ või ’madal’

Ülaltoodud tingimusi lihtsustab tõetabel.

Tõe tabel (kaks sisendit):

3-sisendiline AND-värav:

3 sisendi JA värava illustratsioon:

Loogikal JA väravatel võib olla n-arv sisendeid, mis tähendab, et neil võib olla rohkem kui kaks sisendit (loogika- ja väravatel on vähemalt kaks sisendit ja alati üks väljund).

3 sisendi JA värava korral pöördub Boole'i ​​võrrand järgmiselt: (A.B.C) = Y, sarnaselt 4 ja suurema sisendi korral.

Tõe tabel 3 sisendloogika JA värava jaoks:

Mitme sisendiga loogika JA väravad:

Kaubanduslikult saadaval olevad loogika- ja väravad on saadaval ainult 2, 3 ja 4 sisendina. Kui meil on rohkem kui 4 sisendit, peame väravad kaskaadile viima.

Meil võib olla kuus sisendloogikat JA väravat, kui kaskaadida 2 sisend- ja väravat järgmiselt:

Nüüd muutub ülaltoodud vooluahela Boole'i ​​võrrand Y = (A.B). (C.D). (E.F)

Sellegipoolest kehtivad kõik nimetatud loogilised reeglid ülaltoodud vooluahelale.

Kui kavatsete kasutada ainult 5 sisendit ülaltoodud 6 sisendist JA väravast, saame ühendada tõmbetakisti mis tahes ühe tihvti külge ja nüüd saab sellest 5 sisendit ja väravat.

Transistoripõhine kahe sisendiga loogika JA värav:

Nüüd teame, kuidas loogika JA värav toimivad. Ehitagem 2 sisendit JA väravat, kasutades kahte NPN-transistorit. Loogika IC-d ehitatakse peaaegu samamoodi.

Kaks transistori ja värava skeemi:

Väljundi 'Y' korral saate ühendada LED-i, kui väljund on kõrge, LED põleb (LED + Ve terminal 'Y' juures 330 oomi takisti ja negatiivne GND suhtes).

Kui rakendame kahe transistori alusele kõrget signaali, lülituvad mõlemad transistorid SISSE, siis on + 5 V signaal T2 emitteril saadaval, seega väljund muutub kõrgeks.

Kui mõni transistor on VÄLJAS, pole T2 emitteril positiivset pinget saadaval, kuid 1K allatõmbetakisti tõttu on negatiivne pinge väljundis saadaval, nii et väljundit nimetatakse madalaks.

Nüüd teate, kuidas oma loogikat JA väravat konstrueerida.

Quad AND gate IC 7408:

Kui soovite turult loogikat JA väravat osta, saate ülaltoodud konfiguratsioonis.
Sellel on 14 tihvti, kusjuures tihvt nr 7 ja tihvt nr 14 on vastavalt GND ja Vcc. See töötab 5 V pingel.

Paljundamise viivitus:

Paljunemisviivitus on aeg, mis kulub väljundi üleminekuks LOW-lt HIGH-ile ja vastupidi.
Levimise viivitus LOW-st HIGH-i on 27 nanosekundit.
Levimise viivitus HIGH-st LOW-ni on 19 nanosekundit.
Muud üldkasutatavad värava IC-d:

• 74LS08 Quad 2 sisend
• 74LS11 kolmekordne 3-sisendiline
• 74LS21 kahekordne 4-sisendiline
• CD4081 Quad 2 sisend
• CD4073 kolmekordne sisend
• CD4082 kahekordne 4-sisendiline

Lisateavet leiate alati ülaltoodud IC-de andmelehelt.

Kuidas loogika 'Exclusive NOR' värava funktsioon

Selles postituses uurime loogika 'Ex-NOR' väravat või Exclusive-NOR väravat. Heidame pilgu põhimääratlusele, sümbolile, tõetabelile, Ex-NOR samaväärsele vooluringile, Ex-NOR realiseerimisele loogika NAND väravad ja lõpuks võtame ülevaate quad 2 sisendist Ex-OR gate IC 74266.

Mis on eksklusiivne NOR-värav?

See on elektrooniline värav, mille väljund muutub 'kõrgeks' või '1' või 'tõeks' või annab 'positiivse signaali', kui sisenditeks on paarisarv loogikat '1s' (või 'true' või 'high' või ' positiivne signaal ”).

Näiteks: öelge eksklusiivne NOR-värav, kus sisendite arv on n, kui sisendite loogika on “HIGH” koos 2 või 4 või 6 sisendiga (paarisarv sisendit “1s”), väljund muutub “HIGH”.

Isegi kui sisendnõeltele ei rakendata loogikat „kõrge“ (s.t nullarv loogikat „HIGH“ ja kogu loogikat „LOW“), on „null“ ikkagi paarisarv, mille väljund pöörab „HIGH“.
Kui rakendatud loogika „1s“ arv on ODD, muutub väljund väärtuseks „LOW“ (või „0“ või „vale“ või „negatiivne signaal“).

See on vastupidine loogika „Exclusive OR” väravale, kus selle väljund muutub väärtuseks „HIGH”, kui sisendiks on ODD loogika arv „1s”.
Märge:

Mõisted 'kõrge', '1', 'positiivne signaal', 'tõene' on sisuliselt samad (positiivne signaal on aku või toiteallika positiivne signaal).

Mõisted „LOW“, „0“, „negatiivne signaal“, „vale“ on sisuliselt samad (negatiivne signaal on aku või toiteallika negatiivne signaal).

Loogika “Exclusive NOR” värava illustratsioon:

„Exclusive NOR” värava samaväärne vooluring:

Ülaltoodud on samaväärne vooluring loogika Ex-NOR jaoks, mis on põhimõtteliselt kombinatsioon loogika „Ainult VÕI“ väravast ja loogika „EI“ väravast.
Siin on kaks sisendit 'A' ja 'B' ning väljastatakse 'Y'.
Loogika Ex-NOR värava tõeväärtus: Y = (AB) ̅ + AB.
Kui ‘A’ on ’1’ ja ‘B’ on ’1’, siis on väljundiks ((AB) ̅ + AB) = 0 + 1 = ’1’ või ‘HIGH’
Kui ‘A’ on ’0’ ja ‘B’ on ’1’, on väljundiks ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = ’0’ või ‘LOW’
Kui ‘A’ on ’1’ ja ‘B’ on ’0’, on väljundiks ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = ’0’ või ‘LOW’
Kui ‘A’ on ’0’ ja ‘B’ on ’0’, siis on väljundiks ((AB) ̅ + AB) = 1 + 1 = ’1’ või ‘HIGH’
Ülaltoodud tingimusi lihtsustab tõetabel.

Tõe tabel (kaks sisendit):

3 sisendiga eksklusiivne NOR-värav:

3 sisendi Ex-NOR värava illustratsioon:

Tõe tabel 3 sisendloogika EX-OR värava jaoks:

3 sisendi Ex-NOR värava korral saab Boole'i ​​võrrandiks: A ̅ (BC) ̅ + ABC ̅ + AB ̅C + A ̅BC.
Loogika “Ex-NOR” värav ei ole põhiline loogikavärav, vaid kombinatsioon erinevatest loogikaväravatest. Ex-NOR väravat saab realiseerida loogika „OR“ väravate, loogika „AND“ värava ja loogilise „NAND“ värava abil järgmiselt:

„Exclusive NOR” värava ekvivalentne vooluring:

Ülaltoodud disainil on suur puudus, ühe Ex-NOR värava valmistamiseks vajame 3 erinevat loogikaväravat. Kuid sellest probleemist saame üle, kui rakendame Ex-NOR värava ainult loogiliste „NAND“ väravatega, seda on ka ökonoomne valmistada.

Eksklusiivne NOR-värav, kasutades NAND-väravat:

Eksklusiivseid NOR-väravaid kasutatakse selliste keeruliste arvutusülesannete täitmiseks nagu aritmeetilised toimingud, binaarsed liitjad, binaarne lahutamine, pariteedikontrollerid ja neid kasutatakse digitaalsete võrdlustena.

Logic Exclusive-NOR Gate IC 74266:

Kui soovite turult osta loogika Ex-NOR gate, saate ülaltoodud DIP-konfiguratsiooni.
Sellel on 14 tihvti, kusjuures tihvt nr 7 ja tihvt nr 14 on vastavalt GND ja Vcc. See töötab 5 V pingel.

Paljundamise viivitus:

Paljunemisviivitus on aeg, mis kulub väljundi muutmiseks LOW-st HIGH-iks ja vastupidi pärast sisendi andmist.

Levimise viivitus LOW-st HIGH-i on 23 nanosekundit.

Levimise viivitus HIGH-st LOW-ni on 23 nanosekundit.

Üldkasutatavad värava IC-d EX-NOR:
74LS266 Quad 2-sisend
CD4077 Quad 2 sisend

Kuidas NAND Gate töötab

Allpool olevas selgituses uurime digitaalse loogika NAND gate kohta. Heidame pilgu põhidefinitsioonile, sümbolile, tõetabelile, mitme sisendiga NAND-väravale, ehitame transistori põhise 2-sisendilise NAND-värava, mitmesugused loogikaväravad, kasutades ainult NAND-väravat, ja lõpuks võtame ülevaate NAND-väravast IC 7400.

Mis on loogika 'NAND' värav?

See on elektrooniline värav, mille väljund muutub „LOW“ või „0“ või „false“ või annab „negatiivse signaali“, kui kõik NAND väravate sisendid on „kõrged“ või „1“ või „tõesed“ või „ positiivne signaal ”.

Näiteks: öelge NAND-värav sisendite arvu n korral, kui kõik sisendid on 'kõrged', siis väljund muutub 'LOW'. Isegi kui üks sisend on „LOW“ või „0“ või „false“ või „negatiivne signaal“, muutub väljund väärtuseks „HIGH“ või „1“ või „true“ või annab „positiivse signaali“.

Märge:

Mõisted 'kõrge', '1', 'positiivne signaal', 'tõene' on sisuliselt samad (positiivne signaal on aku või toiteallika positiivne signaal).
Mõisted „LOW“, „0“, „negatiivne signaal“, „vale“ on sisuliselt samad (negatiivne signaal on aku või toiteallika negatiivne signaal).

Logic NAND värava sümboli illustratsioon:

Siin on kaks sisendit 'A' ja 'B' ning väljastatakse 'Y'.

See sümbol on värav “AND”, mille inversioon on “o”.

Loogika „NAND“ värava ekvivalentringlus:

Loogiline NAND-värav on kombinatsioon loogilisest väravast JA ja loogikaväravast EI.

Loogika NAND-värava Boole'i ​​avaldis: väljund „Y” on kahe sisendi „A” ja „B” täiendav korrutamine. Y = ((A.B) ̅)

Boole'i ​​korrutust tähistatakse punktiga (.) Ja komplementaarset (inversiooni) tähistatakse tähe kohal ribaga (-).

Kui 'A' on '1' ja 'B' on '1', on väljundiks ((A.B) ̅) = (1 x 1) ̅ = '0' või 'LOW'
Kui ‘A’ on ’0’ ja ’B’ on ’1’, siis on väljundiks ((A.B) ̅) = (0 x 1) ̅ = ’1’ või ’HIGH’
Kui ‘A’ on ’1’ ja ‘B’ on ’0’, siis on väljundiks ((A.B) ̅) = (1 x 0) ̅ = ’1’ või ‘HIGH’
Kui ‘A’ on ’0’ ja ‘B’ on ’0’, siis on väljundiks ((A.B) ̅) = (0 x 0) ̅ = ’1’ või ‘HIGH’

Ülaltoodud tingimusi lihtsustab tõetabel.

Tõe tabel (kaks sisendit):

3-sisendiline NAND-värav:

3 sisendiga NAND-värava illustratsioon:

Loogilistel NAND-väravatel võib olla n-arv sisendeid, mis tähendab, et neil võib olla rohkem kui kaks sisendit

(Logic NAND väravatel on vähemalt kaks sisendit ja alati üks väljund).
3-sisendilise NAND-värava korral pöördub Boole'i ​​võrrand järgmiselt: ((A.B.C) ̅) = Y, sarnaselt 4-le ja enamale sisendile.

Tõe tabel3 sisendloogika NAND-värava jaoks:

Mitme sisendiga loogika NAND väravad:

Kaubanduslikult saadaval olevad Logic NAND väravad on saadaval ainult 2, 3 ja 4 sisendina. Kui meil on rohkem kui 4 sisendit, peame väravad kaskaadile viima.
Näiteks võib meil olla neli sisendloogilist NAND-väravat, kaskaadides 5 kahte sisend-NAND-väravat järgmiselt:

Nüüd muutub ülaltoodud vooluahela Boole'i ​​võrrand Y = ((A.B.C.D) ̅)

Sellegipoolest kehtivad ülalnimetatud vooluahelale kõik nimetatud loogilised reeglid.

Kui kavatsete kasutada ainult 3 sisendit ülaltoodud 4 sisendist NAND gate, saame ühendada tõmbetakisti mis tahes ühe piniga ja nüüd saab sellest 3 sisendiga NAND gate.

Transistoripõhine kahe sisendiga loogika NAND-värav:

Nüüd teame, kuidas loogiline NAND-värav toimib. Ehitame kahe sisendiga NAND-värava, kasutades kahte

NPN transistorid. Loogika IC-d ehitatakse peaaegu samamoodi.
Kaks transistori NAND-värava skeemi:

Väljundi 'Y' korral saate ühendada LED-i, kui väljund on kõrge, LED põleb (LED + Ve terminal 'Y' juures 330 oomi takisti ja negatiivne GND suhtes).

Kui rakendame kahe transistori alusele kõrget signaali, lülituvad mõlemad transistorid SISSE, siis on maandussignaal saadaval T1 kollektoris, seega väljund muutub 'LOW'.

Kui mõni transistor on välja lülitatud, st rakendades alusele signaali „LOW”, ei ole T1 kollektoris maandussignaali saadaval, kuid 1K tõmbetakisti tõttu on positiivne signaal väljundis saadaval ja väljund pöörleb 'KÕRGE'.

Nüüd teate, kuidas ise loogika NAND-väravat konstrueerida.

Erinevad loogikaväravad NAND-väravat kasutades:

NAND-väravat tuntakse ka kui 'universaalset loogikaväravat', kuna selle ühe väravaga saame luua mis tahes Boole'i ​​loogika. See on eelis erinevate loogiliste funktsioonidega IC-de valmistamisel ja ühe värava valmistamine on ökonoomne.

Ülaltoodud skeemidel on näidatud ainult kolme tüüpi väravaid, kuid võime luua mis tahes Boole'i ​​loogika.

Quad NAND värava IC 7400:

Kui soovite turult osta loogilise NAND-värava, saate ülaltoodud DIP-konfiguratsiooni.
Sellel on 14 tihvti, kusjuures tihvt nr 7 ja tihvt nr 14 on vastavalt GND ja Vcc. See töötab 5 V pingel.

Paljundamise viivitus:

Paljunemisviivitus on aeg, mis kulub väljundi muutmiseks LOW-st HIGH-iks ja vastupidi pärast sisendi andmist.

Levimise viivitus LOW-st HIGH-i on 22 nanosekundit.
Levimise viivitus HIGH-st LOW-ni on 15 nanosekundit.
Saadaval on veel mitu NAND-värava IC-d:

• 74LS00 Quad 2-sisend
• 74LS10 kolmekordne 3-sisendiline
• 74LS20 kahekordne 4-sisendiline
• 74LS30 Üks 8-sisendiline
• CD4011 Quad 2 sisend
• CD4023 Kolmekordne sisend
• CD4012 kahekordne 4-sisendiline

Kuidas NOR värav töötab

Siin uurime digitaalse loogika NOR gate kohta. Heidame pilgu põhidefinitsioonile, sümbolile, tõetabelile, mitme sisendiga NOR-väravale, ehitame transistoripõhise 2 sisendiga NOR-värava, mitmesugused loogikaväravad, kasutades ainult NOR-väravat, ja lõpuks võtame ülevaate NOR-väravast IC 7402.

Mis on loogika „NOR“ värav?

See on elektrooniline värav, mille väljund muutub väärtuseks “HIGH” või “1” või “true” või annab positiivse signaali, kui NOR-väravate kõik sisendid on “LOW” või “0” või “false” või “false”. negatiivne signaal ”.

Näiteks: öelge NOR-värav sisendite arvu n korral, kui kõik sisendid on “LOW”, siis väljund muutub “HIGH”. Isegi kui üks sisend on „HIGH“ või „1“ või „true“ või „positiivne signaal“, muutub väljund väärtuseks „LOW“ või „0“ või „false“ või annab „negatiivse signaali“.

Märge:

Mõisted 'kõrge', '1', 'positiivne signaal', 'tõene' on sisuliselt samad (positiivne signaal on aku või toiteallika positiivne signaal).
Mõisted „LOW“, „0“, „negatiivne signaal“, „vale“ on sisuliselt samad (negatiivne signaal on aku või toiteallika negatiivne signaal).

Logic NOR väravasümboli illustratsioon:

Siin on kaks sisendit 'A' ja 'B' ning väljastatakse 'Y'.

See sümbol on „OR“ värav, mille inversioon on „o“.

Loogika „NOR” värava samaväärne vooluring:

Loogika NOR värav on kombinatsioon loogika „OR“ väravast ja loogika „NOT“ väravast.

Loogika NOR-loogika Boole'i ​​väljend: väljund „Y” on kahe sisendi „A” ja „B” täiendav liitmine. Y = ((A + B) ̅)

Boole'i ​​liidet tähistatakse (+) ja komplementaarset (inversiooni) tähistab tähe kohal riba (-).

Kui ‘A’ on ’1’ ja ‘B’ on ’1’, siis on väljundiks ((A + B) ̅) = (1+ 1) ̅ = ’0’ või ’LOW’
Kui ‘A’ on ’0’ ja ’B’ on ’1, on väljundiks ((A + B) ̅) = (0+ 1) ̅ =’ 0 ’või’ LOW ’
Kui ‘A’ on ’1’ ja ‘B’ on ’0’, on väljundiks ((A + B) ̅) = (1+ 0) ̅ = ’0’ või ’LOW’
Kui ‘A’ on ’0’ ja ‘B’ on ’0’, siis on väljundiks ((A + B) ̅) = (0+ 0) ̅ = ’1’ või ‘HIGH’

Ülaltoodud tingimusi lihtsustab tõetabel.

Tõe tabel (kaks sisendit):

3-sisendiline NOR-värav:

3 sisendiga NOR-värava illustratsioon:

Logic NOR-väravatel võib olla n-arv sisendeid, mis tähendab, et neil võib olla rohkem kui kaks sisendit (Logic NOR-väravatel on vähemalt kaks sisendit ja alati üks väljund).

3-sisendilise NOR-värava korral pöördub Boole'i ​​võrrand järgmiselt: ((A + B + C) ̅) = Y, sarnaselt 4-le ja enamale sisendile.

Tõe tabel 3 sisendloogika NOR väravale:

Mitme sisendiga loogika NOR väravad:

Kaubanduslikult saadaval olevad Logic NOR väravad on saadaval ainult 2, 3 ja 4 sisendina. Kui meil on rohkem kui 4 sisendit, peame väravad kaskaadile viima.
Näiteks võib meil olla neli sisendloogika NOR-väravat, kaskaadides 5 kahte sisend-NOR-väravat järgmiselt:

Nüüd saab ülaltoodud vooluringi Boole'i ​​võrrandiks Y = ((A + B + C + D) ̅)

Sellegipoolest kehtivad ülalnimetatud vooluahelale kõik nimetatud loogilised reeglid.

Kui kavatsete kasutada ainult 3 sisendit ülaltoodud 4 sisendist NOR-väravast, saame ühendada rippuva takisti mis tahes tihvtiga ja nüüd saab sellest 3 sisendiga NOR-väravat.

Transistoripõhine kahe sisendiga loogika NOR värav:

Nüüd teame, kuidas loogiline NOR-värav toimib. Ehitame kahe sisendiga NOR-värava, kasutades kahte NPN-transistorit. Loogika IC-d ehitatakse peaaegu samamoodi.
Kaks transistori NOR-värava skeemi:

Väljundi 'Y' korral saate ühendada LED-i, kui väljund on kõrge, LED põleb (LED + Ve terminal 'Y' juures 330 oomi takisti ja negatiivne GND suhtes).

Kui rakendame signaali „HIGH“ kahe transistori alusele, lülituvad mõlemad transistorid sisse ja maandussignaal on saadaval T1 ja T2 kollektoris, seega väljund muutub „LOW“.

Kui rakendame ühele transistorile “HIGH”, on negatiivne signaal ikkagi väljundis saadaval, muutes väljundi “LOW” -ks.

Kui rakendame signaali “LOW” kahe transistori alusele, lülituvad mõlemad välja, kuid ülestõmbetakisti tõttu muutub väljund “HIGH”.
Nüüd teate, kuidas ise loogika NOR-väravat konstrueerida.

NOR-väravat kasutavad erinevad loogikaväravad:

MÄRKUS. NAND ja NOR on kaks väravat, mida muidu nimetatakse universaalseteks väravateks.

NOR-värav on ka 'universaalne loogikavärav', kuna selle ühe väravaga saame teha mis tahes Boole'i ​​loogika. See on eelis erinevate loogiliste funktsioonidega IC-de valmistamisel ja ühe värava valmistamine on ökonoomne, see on sama ka NAND-värava puhul.

Ülaltoodud skeemides on näidatud ainult kolme tüüpi väravaid, kuid me võime teha mis tahes Boole'i ​​loogika.
Quad NOR värav IC 7402:

Kui soovite turult osta loogilise NOR-värava, saate ülaltoodud DIP-konfiguratsiooni.
Sellel on 14 tihvti, kusjuures tihvt nr 7 ja tihvt nr 14 on vastavalt GND ja Vcc. See töötab 5 V pingel.

Paljundamise viivitus:

Paljunemisviivitus on aeg, mis kulub väljundi muutmiseks LOW-st HIGH-iks ja vastupidi pärast sisendi andmist.

Levimise viivitus LOW-st HIGH-i on 22 nanosekundit.
Levimise viivitus HIGH-st LOW-ni on 15 nanosekundit.
Saadaval on mitu muud NOR-värava IC-d:

• 74LS02 Quad 2-sisend
• 74LS27 kolmekordne 3-sisendiline
• 74LS260 kahekordne 4-sisendiline
• CD4001 Quad 2 sisend
• CD4025 Kolmekordne 3-sisendiline
• CD4002 kahekordne 4-sisendiline

Loogika EI ole värav

Selles postituses uurime loogika 'EI' väravat. Õpime tundma selle põhimääratlust, sümbolit, tõetabelit, NAND- ja NOR-väravate ekvivalente, Schmittti muundureid, Schmitti EI väravaostsillaatorit, EI transistori väravaid ja lõpuks vaatame loogikat EI väravainverterit IC 7404.

Enne kui hakkame uurima loogika EI värava üksikasju, mida nimetatakse ka digitaalseks muunduriks, ei tohi segi ajada „toiteinverteritega”, mida kasutatakse kodus või kontoris päikese- või varutoiteallikates.

Mis on loogika 'EI' värav?

See on ühe sisendi ja ühe väljundiga loogika värav, mille väljund on sisendile täiendav.

Ülaltoodud määratlus ütleb, et kui sisendiks on “HIGH” või “1” või “true” või “positiivne signaal”, on väljundiks “LOW” või “0” või “false” või “negatiivne signaal”.

Kui sisendiks on “LOW” või “0” või “false” või “negatiivne signaal”, pööratakse väljund väärtuseks “HIGH” või “1” või “true” või “positiivne signaal”

Märge:

Mõisted 'kõrge', '1', 'positiivne signaal', 'tõene' on sisuliselt samad (positiivne signaal on aku või toiteallika positiivne signaal).
Mõisted „LOW“, „0“, „negatiivne signaal“, „vale“ on sisuliselt samad (negatiivne signaal on aku või toiteallika negatiivne signaal).

Loogika EI värava illustratsioon:

Oletame, et 'A' on sisend ja 'Y' on väljund, loogika EI värava Boole'i ​​võrrand on: Ā = Y.

Võrrand ütleb, et väljund on sisendi inversioon.

Tõesustabel loogika EI värava jaoks:

Mitte väravatel on alati üks sisend (ja alati üks väljund), see on liigitatud otsuste tegemise seadmeteks. Kolmnurga otsas olev sümbol “o” tähistab täiendamist või inversiooni.

See sümbol „o” ei piirdu ainult loogika „EI” väravaga, vaid seda saab kasutada ka kõigi loogikaväravate või mis tahes digitaalse vooluahelaga. Kui sisendis on “o”, tähendab see, et sisend on aktiivne-madal.
Aktiivne-madal: väljund muutub aktiivseks (transistori, LED-i, relee aktiveerimine jne), kui sisendiks on “LOW”.

NAND ja NOR väravate ekvivalendid:

„NOT“ värava saab koostada loogika „NAND“ ja loogika „NOR“ väravate abil, ühendades kõik sisendnõelad, see kehtib 3, 4 ja kõrgema sisendnõelaga väravate kohta.

Transistoripõhine loogika 'EI' värav:

Loogika “EI” saab konstrueerida NPN transistori ja 1K takisti abil. Kui rakendame transistori alusele signaali “KÕRGE”, ühendatakse maandus transistori kollektoriga, mistõttu väljund muutub “LOW”.

Kui rakendame transistori alusele signaali “LOW”, jääb transistor välja lülitatuks ja seda ei ühendata maapinnaga, kuid Vcc-ga ühendatava tõmbetakisti abil tõmmatakse väljundit “HIGH”. Seega saame transistori abil luua loogika 'EI'.

Schmitti inverterid:

Uurime seda kontseptsiooni automaatse akulaadijaga, et selgitada Schmitti inverterite kasutamist ja toimimist. Võtame näiteks liitiumioonaku laadimise protseduuri.

3,7 V liitiumioonaku laaditakse siis, kui aku jõuab 3 V-lt 3,2 V-ni, tõuseb aku pinge laadimise ajal järk-järgult ja aku tuleb katkestada 4,2 V juures. Pärast laadimist langeb aku avatud voolu pinge umbes 4,0 V .

Pingeandur mõõdab väljalülituspiiri ja käivitab relee laadimise peatamiseks. Kuid kui pinge langeb alla 4,2 V, tuvastab laadija laadimata ja alustab laadimist kuni 4,2 V ja väljalülitumiseni, langeb aku pinge jälle 4,0 V-ni ja alustab laadimist uuesti ning see hullus tsükkel uuesti ja uuesti.

See hävitab aku kiiresti, selle probleemi lahendamiseks vajame madalamat lävitaset ehk “LTV”, et akut ei saaks laadida enne, kui aku langeb 3 V-lt 3,2 V-ni. Ülemine läve pinge ehk “UTV” on Selles näites 4,2 V.

Schmitti inverter on loodud oma väljundi oleku muutmiseks, kui pinge ületab ülemise läve pinge, ja see jääb samaks, kuni sisend jõuab alumise läve pingeni.

Samamoodi, kui sisend ületab madalama läve pinge, jääb väljund samaks, kuni sisend saavutab ülemise läve pinge.

See ei muuda oma olekut LTV ja UTV vahel.

Nüüd on selle tõttu ON / OFF palju sujuvam ja soovimatu võnkumine eemaldatakse ning ka vooluahel on elektrimüra suhtes vastupidavam.

Schmitt EI ole värava ostsillaator:

Ülaltoodud vooluring on ostsillaator, mis tekitab 33% -lise töötsükliga ruutlaine. Esialgu on kondensaator tühjenenud ja maandussignaal on saadaval EI värava sisendil.

Väljund muutub positiivseks ja laeb kondensaatorit takisti “R” kaudu, kondensaator laadib kuni muunduri ülemise künnispingeni ja muudab olekut, väljund pöörab negatiivse signaali ja kondensaator hakkab tühjendama takisti “R” kaudu, kuni kondensaatori pinge jõuab alumine künnistase ja olekut muudab väljund positiivseks ja laadib kondensaatori.

See tsükkel kordub, kuni vooluallikale antakse vooluahelat.

Eespool nimetatud ostsillaatori sagedust saab arvutada: F = 680 / RC

Kus F on sagedus.
R on takistus oomis.
C on mahtuvus faraadis.
Ruutlaine muundur:

Ülaltoodud vooluahel muundab siinuslaine signaali ruudukujuliseks, tegelikult võib see teisendada kõik analooglained ruudulaineks.

Kaks takistit R1 ja R2 töötavad pingejagajana, seda kasutatakse eelarvepunkti saamiseks ja kondensaator blokeerib kõik alalisvoolu signaalid.

Kui sisendsignaal läheb üle ülemise või madalama läve taseme, väljund pöördub

LOW või HIGH vastavalt signaalile tekitab ruutlaine.

IC 7404 EI väravainverter:

IC 7404 on üks kõige sagedamini kasutatav loogika EI värava IC. Sellel on 14 tihvti, tihvt nr 7 on jahvatatud ja tihvt nr 14 on Vcc. Tööpinge on 4,5–5 V.

Paljundamise viivitus:

Levikuviive on aeg, mille värav võtab pärast sisendi andmist väljundi töötlemiseks.
Loogikas võtab „NOT“ värav oma oleku muutmiseks HIGH-st LOW-ks ja vastupidi umbes 22 nanosekundit.

On veel mitu loogikat „EI värava IC-d:

• 74LS04 Hex Inverting EI väravat

• 74LS14 Hex Schmitt Inverting NOT gate

• 74LS1004 kuusnurga tagurpidi draiverid

• CD4009 Hex inverteerimine EI väravat

• CD4069 Hex Inverting NOT Gate

Kuidas VÕI värav töötab

Uurime nüüd digitaalse loogika VÕI väravate kohta. Heidame pilgu põhimääratlusele, sümbolile, tõetabelile, mitme sisendi VÕI väravale, ehitame transistori põhise 2 sisendiga VÕI värava ja lõpuks võtame ülevaate VÕI värava IC 7432-st.

Mis on loogika „VÕI“ värav?

See on elektrooniline värav, mille väljund muutub „LOW“ või „0“ või „false“ või annab „negatiivse signaali“, kui OR-i väravate kõik sisendid on „LOW“ või „0“ või „false“ või „false“. negatiivne signaal ”.

Näiteks: öelge VÕI värava sisendite arvuga n, kui kõik sisendid on “LOW”, siis väljund muutub “LOW”. Isegi kui üks sisend on „HIGH“ või „1“ või „true“ või „positiivne signaal“, muutub väljund väärtuseks „HIGH“ või „1“ või „true“ või annab „positiivse signaali“.

Märge:

Mõisted 'kõrge', '1', 'positiivne signaal', 'tõene' on sisuliselt samad (positiivne signaal on aku või toiteallika positiivne signaal).
Mõisted „LOW“, „0“, „negatiivne signaal“, „vale“ on sisuliselt samad (negatiivne signaal on aku või toiteallika negatiivne signaal).

Loogika VÕI värava sümbol:

Siin on kaks sisendit 'A' ja 'B' ning väljastatakse 'Y'.

Loogika VÕI värava Boole'i ​​avaldis: väljund „Y” on kahe sisendi „A” ja „B” liitmine (A + B) = Y.

Boole'i ​​liitmist tähistatakse (+)

Kui ‘A’ on ’1’ ja ‘B’ on ’1’, siis on väljundiks (A + B) = 1 + 1 = ’1’ või „kõrge“
Kui ‘A’ on ’0’ ja ’B’ on ’1’, on väljundiks (A + B) = 0 + 1 = ’1’ või „kõrge“
Kui ‘A’ on ’1’ ja ’B’ on ‘0’, on väljundiks (A + B) = 1 + 0 = ’1’ või „kõrge“
Kui ‘A’ on ’0’ ja ‘B’ on ’0’, on väljundiks (A + B) = 0 + 0 = ’0’ või ‘madal’

Ülaltoodud tingimusi lihtsustab tõetabel.

Tõe tabel (kaks sisendit):

3-sisendiline VÕI värav:

3 sisendi VÕI värava illustratsioon:

Loogika VÕI väravatel võib olla n-arv sisendeid, mis tähendab, et neil võib olla rohkem kui kaks sisendit (loogika VÕI väravatel on vähemalt kaks sisendit ja alati üks väljund).

3-sisendilise loogika VÕI värava korral pöördub Boole'i ​​võrrand järgmiselt: (A + B + C) = Y, sarnaselt 4-le ja kõrgemale sisendile.

Tõe tabel 3 sisendloogika VÕI värava jaoks:

Mitme sisendiga loogika VÕI väravad:

Kaubanduslikult saadaval olevad Logic OR väravad on saadaval ainult 2, 3 ja 4 sisendina. Kui meil on rohkem kui 4 sisendit, peame väravad kaskaadile viima.

Meil võib olla kuus sisendloogikat VÕI väravat, kui kaskaadida 2 sisendit VÕI väravat järgmiselt:

Nüüd muutub ülaltoodud vooluahela Boole'i ​​võrrand Y = (A + B) + (C + D) + (E + F)

Sellegipoolest kehtivad ülalnimetatud vooluahelale kõik nimetatud loogilised reeglid.

Kui kavatsete kasutada ainult 5 sisendit ülaltoodud 6 sisendist VÕI väravast, saame ühendada mahavõtutakisti mis tahes ühe kontakti külge ja nüüd saab sellest 5 sisendit VÕI väravat.

Transistoripõhine kahe sisendiga loogika VÕI värav:

Nüüd teame, kuidas loogika VÕI toimib, ehitame kahe sisendiga VÕI värava, kasutades kahte NPN-transistorit. Loogika IC-d ehitatakse peaaegu samamoodi.

Kaks transistori VÕI värava skeem:

Väljundi 'Y' korral saate ühendada LED-i, kui väljund on kõrge, LED põleb (LED + Ve terminal 'Y' juures 330 oomi takisti ja negatiivne GND suhtes).

Kui rakendame kahe transistori alusele signaali LOW, lülituvad mõlemad transistorid välja, maandussignaal on T2 / T1 emitteris saadaval 1k allakäigutakisti kaudu, seega väljund pöördub LOW.

Kui mõni transistor on SEES, on T2 / T1 emitteril saadaval positiivne pinge, seega väljund muutub HIGH.

Nüüd teate, kuidas oma loogikat VÕI väravat konstrueerida.

Quad OR gate IC 7432:

Kui soovite turult loogika VÕI värava osta, saate ülaltoodud konfiguratsioonis.

Sellel on 14 tihvti, kusjuures tihvt nr 7 ja tihvt nr 14 on vastavalt GND ja Vcc. See töötab 5 V pingel.

Paljundamise viivitus:

Paljunemisviivitus on aeg, mis kulub väljundi üleminekuks LOW-lt HIGH-ile ja vastupidi.
Levimise viivitus LOW-st HIGH-i on 25 kraadi juures 7,4 nanosekundit.
Leviku viivitus HIGH-st LOW-ni on 7,7 nanosekundit temperatuuril 25 kraadi Celsiuse järgi.

• 74LS32 Quad 2-sisend
• CD4071 Quad 2 sisend
• CD4075 kolmekordne sisend
• CD4072 kahekordne 4-sisendiline

Ainult loogika - VÕI värav

Selles postituses uurime loogika XOR väravat või Exclusive-OR väravat. Heidame pilgu põhidefinitsioonile, sümbolile, tõetabelile, XOR-i samaväärsele vooluringile, XOR-i realiseerimisele loogiliste NAND-väravate abil ja lõpuks vaatame üle quad 2 sisendi Ex-OR gate IC 7486.

Eelmistes postitustes saime teada kolmest põhilisest loogikaväravast “JA”, “VÕI” ja “EI”. Samuti õppisime, et nende kolme põhivärava abil saame ehitada kaks uut loogikaväravat “NAND” ja “NOR”.

On veel kaks loogikaväravat, kuigi need kaks ei ole põhiväravad, kuid see on loodud teiste loogikaväravate kombinatsiooniga ja selle Boole'i ​​võrrand on nii oluline ja väga kasulik, et seda peetakse eraldi loogikaväravateks.

Need kaks loogikaväravat on „Exclusive OR“ gate ja „Exclusive NOR“. Selles postituses uurime ainult loogikat Exclusive OR gate.

Mis on „Exclusive OR“ värav?

See on elektrooniline värav, mille väljund muutub 'kõrgeks' või '1' või 'tõeks' või annab 'positiivse signaali', kui kaks loogikasisendit on üksteise suhtes erinevad (see kehtib ainult kahe 2 sisendi kohta Ex -VÕI värav).

Näiteks: öelge 'kahe' sisendiga eksklusiivne VÕI värav, kui üks sisendtihvtist A on 'HIGH' ja sisendtapp B on 'LOW', siis väljund muutub 'HIGH' või '1' või 'true' või Positiivne signaal.

Kui mõlemad sisendid on sama loogilise tasemega, st mõlemad tihvtid 'HIGH' või mõlemad 'LOW', pöördub väljund 'LOW' või '0' või 'vale' või 'negatiivne signaal'.

Märge:

Mõisted 'kõrge', '1', 'positiivne signaal', 'tõene' on sisuliselt samad (positiivne signaal on aku või toiteallika positiivne signaal).

Mõisted „LOW“, „0“, „negatiivne signaal“, „vale“ on sisuliselt samad (negatiivne signaal on aku või toiteallika negatiivne signaal).

Logic Exclusive OR gate illustratsioon:

Siin on kaks sisendit 'A' ja 'B' ning väljastatakse 'Y'.

Loogika Ex-OR värava tõeväärtus: Y = (A.) ̅B + A.B ̅

Kui ‘A’ on ’1’ ja ‘B’ on ‘1’, on väljundiks (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 1 + 1 x 0 = ’1’ või ’LOW’
Kui ‘A’ on ’0’ ja ‘B’ on ’1’, siis on väljundiks (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 1 + 0 x 0 = ’1’ või ‘HIGH’
Kui 'A' on '1' ja 'B' on '0', on väljundiks (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 0 + 1 x 1 = '1' või 'HIGH'
Kui ‘A’ on ’0’ ja ’B’ on ’0’, on väljundiks (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 0 + 0 x 1 = ‘0’ või „madal“
Ülaltoodud tingimusi lihtsustab tõetabel.

Tõe tabel (kaks sisendit):

Kui ülaltoodud sisendloogikas Ex-OR gate on kaks sisendit, st “1” ja “0”, muutub väljund väärtuseks “HIGH”. Kuid 3 või enama sisendloogikaga Ex-OR või üldiselt muutub Ex-OR-i väljund väärtuseks 'HIGH' ainult siis, kui väravale rakendatakse ODD-loogika number 'HIGH'.

Näiteks: kui meil on 3 sisendit Ex-OR gate, kui rakendame loogikat “HIGH” ainult ühele sisendile (paaritu arv loogikat “1”), väljund muutub “HIGH”. Kui rakendame loogikat “HIGH” kahele sisendile (see on paarisarv loogikale “1”), muutub väljund väärtuseks “LOW” ja nii edasi.

3 sisend eksklusiivne VÕI värav:

3 sisendi EX-OR värava illustratsioon:

Tõe tabel 3 sisendloogika EX-OR värava jaoks:

3 sisendi Ex-OR värava korral saab Boole'i ​​võrrandiks: A (BC) ̅ + A ̅BC ̅ + (AB) ̅C + ABC

Nagu me varem kirjeldasime, ei ole loogika „Ex-OR“ värav põhiline loogikavärav, vaid erinevate loogikaväravate kombinatsioon. Ex-OR väravat saab realiseerida loogika „OR“ värava, loogika „AND“ värava ja loogika „NAND“ värava abil järgmiselt:

'Exclusive OR' värava samaväärne vooluring:

Ülaltoodud disainil on suur puudus, ühe Ex-OR värava valmistamiseks vajame 3 erinevat loogikaväravat. Kuid sellest probleemist saame üle, kui rakendame Ex-OR värava ainult loogiliste NAND-väravatega, seda on ka ökonoomne valmistada.

Eksklusiivsed VÕI väravad NAND-väravat kasutades:

Eksklusiivseid VÕI väravaid kasutatakse keeruliste arvutusülesannete täitmiseks, näiteks aritmeetilised toimingud, täielikud liitjad, pooled liitjad, see võib pakkuda ka funktsionaalsust.

Ainult loogika VÕI värava IC 7486:

Kui soovite turult osta loogika Ex-OR gate, saate ülaltoodud DIP-konfiguratsiooni.
Sellel on 14 tihvti, kusjuures tihvt nr 7 ja tihvt nr 14 on vastavalt GND ja Vcc. See töötab 5 V pingel.

Paljundamise viivitus:

Paljunemisviivitus on aeg, mis kulub väljundi muutmiseks LOW-st HIGH-iks ja vastupidi pärast sisendi andmist.
Levimise viivitus LOW-st HIGH-i on 23 nanosekundit.
Levimise viivitus HIGH-st LOW-ni on 17 nanosekundit.

Üldkasutatavad värava IC-d EX-OR:

• 74LS86 Quad 2-sisend
• CD4030 Quad 2 sisend

Loodan, et ülaltoodud üksikasjalik selgitus oleks võinud aidata teil mõista, mis on loogikaväravad ja kuidas loogikaväravad töötavad, kui teil on veel küsimusi? Palun öelge kommentaaride jaotises, võite saada kiire vastuse.