Teadke põhiloogika väravaid tõetabelitega

Tänapäeval on arvutitest saanud elu lahutamatu osa, kuna nad täidavad paljusid ülesandeid ja toiminguid üsna lühikese aja jooksul. Arvuti keskprotsessori üks olulisemaid funktsioone on loogiliste toimingute tegemine riistvara abil Integraallülitused tarkvaratehnoloogiad ja elektroonilised ahelad ,. Kuid see, kuidas see riist- ja tarkvara selliseid toiminguid teeb, on mõistatuslik mõistatus. Sellisest keerulisest probleemist paremaks mõistmiseks peame tutvuma George Boole väljatöötatud mõistega Boolean Logic. Lihtsa toimingu jaoks kasutavad arvutid pigem binaarseid kui digitaalseid numbreid. Kõik toimingud viivad läbi Basic Logic väravad. Selles artiklis käsitletakse ülevaadet sellest, mis on põhiloogika väravad digitaalses elektroonikas ja nende töös.

Mis on põhiloogika väravad?

Loogikavärav on digitaalse vooluahela põhiline ehitusplokk, millel on kaks sisendit ja üks väljund. I / p ja o / p suhe põhineb teatud loogikal. Neid väravaid kasutatakse elektrooniliste lülitite abil, nagu transistorid, dioodid. Kuid praktikas ehitatakse loogika põhiväravad CMOS-tehnoloogia, FETS-i ja MOSFET (metalloksiidist pooljuht FET) s . Loogikaväravad on kasutatakse mikroprotsessorites, mikrokontrollerites , manustatud süsteemirakendused ning elektroonilised ja elektriprojektide ahelad . Põhiloogika väravad on jaotatud seitsmeks: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR ja NOT. Neid loogikaväravaid koos loogikavärava sümbolite ja tõetabelitega selgitatakse allpool.

Põhiline loogika väravate töö

Mis on 7 põhilist loogikaväravat?

Põhiloogika väravad liigitatakse seitsmesse tüüpi: AND gate, OR gate, XOR gate, NAND gate, NOR gate, XNOR gate ja NOT gate. Tõe tabelit kasutatakse loogikavärava funktsiooni näitamiseks. Kõigil loogikaväravatel on kaks sisendit, välja arvatud NOT-värav, millel on ainult üks sisend.

Tõetabeli joonistamisel kasutatakse binaarseid väärtusi 0 ja 1. Iga võimalik kombinatsioon sõltub sisendite arvust. Kui te ei tea loogikaväravatest ja nende tõetabelitest ning vajate nende kohta juhiseid, siis külastage palun järgmist infograafikat, mis annab ülevaate loogikaväravatest koos nende sümbolite ja tõetabelitega.

Miks me kasutame Basic Logic Gatesi?

Põhilisi loogikaväravaid kasutatakse põhiliste loogiliste funktsioonide täitmiseks. Need on digitaalsete integraallülituste (integraallülituste) põhilised ehitusplokid. Enamik loogikaväravaid kasutab kahte binaarsisendit ja genereerib ühe väljundi nagu 1 või 0. Mõnes elektroonilises ahelas kasutatakse vähe loogikaväravaid, samas kui mõnes muus vooluringis sisaldavad mikroprotsessorid miljoneid loogikaväravaid.

Loogikaväravate rakendamine võib toimuda dioodide, transistoride, releede, molekulide ja optika abil, muidu erinevate mehaaniliste elementide abil. Seetõttu kasutatakse põhilisi loogikaväravaid nagu elektroonilisi vooluringe.

Binaarne ja kümnendkoht

Enne loogikaväravate tõetabelitest rääkimist on hädavajalik teada kahend- ja kümnendarvude tausta. Me kõik teame kümnendarvusid, mida kasutame igapäevastes arvutustes nagu 0 kuni 9. Selline arvusüsteem sisaldab baas-10. Samamoodi saab kümnendarvude tähistamiseks kasutada kahendarvusid nagu 0 ja 1, kusjuures kahendarvude alus on 2.

Binaararvude kasutamise tähendus on siin tähistada digitaalse komponendi lülitusasendit, muidu pingeasendit. Siin tähistab 1 kõrge signaali või kõrgepinget, samas kui “0” tähistab madalat või madalat signaali. Seetõttu alustati Boole'i ​​algebrat. Pärast seda arutatakse iga loogikaväravat eraldi, see sisaldab värava loogikat, tõetabelit ja selle tüüpilist sümbolit.

Loogikaväravate tüübid

Allpool käsitletakse tõetabelitega erinevat tüüpi loogikaväravaid ja sümboleid.

Põhiloogika väravad

JA värav

JA värav on a digitaalse loogika värav koos 'n' i / ps one o / p-ga, mis täidab loogilist sidet selle sisendite kombinatsioonide põhjal. Selle värava väljund on tõene ainult siis, kui kõik sisendid on tõesed. Kui üks või mitu AND gate i / ps sisendit on valed, siis on vale ainult AND gate värava väljund. Allpool on näidatud kahe sisendiga AND-värava sümbol ja tõetabel.

JA värav ja selle tõetabel

VÕI värav

OR-värav on digitaalse loogikavärav, millel on n-d i / ps ja üks o / p, mis täidab loogilist ühendust sisendite kombinatsioonide põhjal. OR-värava väljund on tõene ainult siis, kui üks või mitu sisendit on tõene. Kui kõik värava i / ps on valed, siis on vale ainult OR-värava väljund. Allpool on näidatud kahe sisendiga OR-värava sümbol ja tõetabel.

VÕI värav ja selle tõetabel

EI väravat

NOT-värav on ühe sisendi ja ühe väljundiga digitaalne loogikavärav, mis töötab sisendi inverteriga. NOT-värava väljund on sisendi tagurpidi. Kui NOT-värava sisend on tõene, on väljund vale ja vastupidi. Ühe sisendiga EI värava sümbol ja tõevustabel on näidatud allpool. Selle värava abil saame rakendada NOR ja NAND väravaid

EI värava ja selle tõetabel

NAND värav

NAND-värav on digitaalse loogikavärav, millel on ‘n’ i / ps ja üks o / p, mis täidab JA-värava toimimist, millele järgneb NOT-värava töö. NAND-värav on loodud väravate AND ja NOT ühendamisel. Kui NAND-värava sisend on kõrge, siis on värava väljund madal. Allpool on näidatud kahe sisendiga NAND-värava sümbol ja tõetabel.

NAND Gate ja selle tõetabel

NOR värav

NOR-värav on n-sisendiga ja ühe väljundiga digitaalne loogikavärav, mis teostab OR-värava, millele järgneb NOT-värav, tööd. NOR-värav on loodud OR- ja NOT-väravate ühendamisel. Kui mõni NOR-värava i / ps on tõene, on NOR-värava väljund vale. NOR-värava sümbol- ja tõetabel koos tõetabeliga on näidatud allpool.

NOR värav ja selle tõetabel

Eksklusiivne VÕI värav

Exclusive-OR gate on digitaalse loogika värav, millel on kaks sisendit ja üks väljund. Selle värava lühike vorm on Ex-OR. See toimib OR-värava toimimise põhjal. . Kui selle värava mõni sisend on kõrge, on EX-OR värava väljund kõrge. Allpool on näidatud EX-OR-i sümbol ja tõetabel.

EX-OR värav ja selle tõetabel

Eksklusiivne NOR-värav

Exclusive-NOR-värav on kahe sisendi ja ühe väljundiga digitaalse loogika värav. Selle värava lühivorm on Ex-NOR. See toimib NOR-värava toimimise põhjal. Kui selle värava mõlemad sisendid on suured, on EX-NOR värava väljund kõrge. Kuid kui mõni sisenditest on kõrge (kuid mitte mõlemad), on väljund madal. Allpool on näidatud EX-NORi sümbolite ja tõetabel.

EX-NOR värav ja selle tõetabel

Loogikaväravate rakendused määratakse peamiselt nende tõetabeli, st toimimisviisi põhjal. Põhilisi loogikaväravaid kasutatakse paljudes vooluringides, näiteks nupuvajutuslukk, valgusega aktiveeritav signalisatsioon , ohutustermostaat, automaatne kastmissüsteem jne.

Tõe tabel loogikavärava vooluringi väljendamiseks

Värava vooluahelat saab väljendada tavalise meetodi abil, mida nimetatakse tõetabeliks. See tabel sisaldab kõiki sisendloogika oleku kombinatsioone kas kõrge (1) või madal (0) iga loogikavärava sisendterminali jaoks samaväärse väljundloogika taseme kaudu, nagu kõrge või madal. NOT loogikavärava ahel on näidatud ülal ja selle tõetabel on tõepoolest äärmiselt lihtne

Loogikaväravate tõetabelid on väga keerulised, kuid suuremad kui EI värav. Iga värava tõetabel peab sisaldama paljusid ridu, nagu sisendite jaoks on eksklusiivsete kombinatsioonide võimalused. Näiteks NOT-värava jaoks on sisendiks kas 0 või 1 kaks võimalust, samas kui kahe sisendiga loogikavärava jaoks on neli võimalust nagu 00, 01, 10 ja 11. Seetõttu sisaldab see nelja rida samaväärne tõetabel.

3-sisendilise loogikavärava jaoks on 8 võimalikku sisendit nagu 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 ja 111. Seetõttu on vaja 8 rida sisaldavat tõetabelit. Matemaatiliselt võrdub tõetabeli nõutav ridade arv 2-ga, mis on suurendatud no-arvuga. i / p terminalidest.

Analüüs

Digitaalahelates olevad pingesignaalid on kujutatud kahendväärtustega, nagu 0 ja 1, mis arvutatakse maapinna suhtes. Pinge defitsiit tähistab peamiselt '0', samas kui täisvoolu toitepinge olemasolu tähendab '1'.

Loogikavärav on spetsiaalne võimendusahela tüüp, mis on mõeldud peamiselt nii sisend- kui ka väljundloogika taseme pingete jaoks. Loogiliste väravate vooluahelaid sümboliseeritakse kõige olulisemate takistite ja transistoride asemel skemaatilise diagrammiga oma eksklusiivsete sümbolite kaudu.

Täpselt nagu Op-Amps (operatsioonivõimendid), on ka toiteallika ühendused loogikaväravatega lihtsuse huvides sageli skemaatilistes skeemides valesti paigutatud. See sisaldab tõenäolisi sisendloogika taseme kombinatsioone nende konkreetsete väljundloogika tasemete kaudu.

Kuidas on kõige lihtsam viis loogikaväravaid õppida?

Lihtsaim viis põhiloogika väravate funktsiooni õppimiseks on selgitatud allpool.

• AND Gate jaoks - kui mõlemad sisendid on suured, on ka väljund suur
• OR värava jaoks - kui vähemalt üks sisend on kõrge, siis on väljund kõrge
• XOR Gate puhul - kui minimaalselt üks sisend on kõrge, on ainult väljund kõrge
• NAND Gate - kui minimaalselt üks sisend on madal, on väljund kõrge
• NOR Gate - kui mõlemad sisendid on madalad, on väljund kõrge.

Morgani teoreem

DeMorgani esimene teoreem väidab, et loogikavärav nagu NAND on võrdne mulliga OR-väravaga. NAND-värava loogikafunktsioon on

A’B = A ’+ B’

DeMorgani teine ​​teoreem väidab, et NOR loogikavärav on võrdne mulliga JA väravaga. NOR-värava loogikafunktsioon on

(A + B) ’= A’. B ’

NAND Gate'i teisendamine

NAND-värava saab moodustada AND gate & NOT gate abil. Boole'i ​​väljendi ja tõe tabel on toodud allpool.

NANDi loogika väravate moodustamine

Y = (A⋅B) ”

NOR värava teisendamine

NOR-värava saab moodustada OR gate & NOT gate abil. Boole'i ​​väljendi ja tõe tabel on toodud allpool.

NOR Logic Gates Formation

Y = (A + B) '

Ex-OR värava teisendamine

Ex-OR värava saab moodustada värava NOT, AND & OR abil. Boole'i ​​väljendi ja tõe tabel on toodud allpool. Seda loogikaväravat saab defineerida kui väravat, mis annab suure väljundi, kui selle mis tahes sisend on kõrge. Kui selle värava mõlemad sisendid on suured, on väljund madal.

Ex-VÕI loogiliste väravate moodustamine

Y = A⊕B või A’B + AB ”

Ex-NOR värava teisendamine

Ex-NOR värava saab moodustada EX-OR gate & NOT gate abil. Boole'i ​​väljendi ja tõe tabel on toodud allpool. Selles väljundväravas on väljundiks '1', siis on mõlemad sisendid kas '0' või '1'.

Ex-NOR väravate moodustamine

Y = (A’B + AB ’)’

Põhiloogika väravad universaalsete väravate abil

Universaalseid väravaid, nagu NAND gate ja NOR gate, saab rakendada mis tahes tõeväärtuse avaldise kaudu, ilma et kasutataks muud tüüpi loogikaväravaid. Ja neid saab kasutada ka mis tahes põhiloogika värava kujundamisel. Lisaks kasutatakse neid laialdaselt integraallülitustes, kuna nende valmistamine on nii lihtne kui ka kulutõhus. Allpool käsitletakse universaalsete väravate abil loogika põhivärvide kujundamist.

Põhiloogika väravaid saab kujundada universaalsete väravate abil. See kasutab viga, natuke testi, muidu võite kasutada logomeetrilist loogikat nende saavutamiseks nii NAND-värava kui ka NOR-värava loogikaväravate võrrandite kaudu. Siin kasutatakse Boole'i ​​loogikat vajaliku väljundi lahendamiseks. See võtab natuke aega, kuid selle täitmiseks on vaja nii Boole'i ​​loogikat kui ka põhiloogika väravaid.

Põhilised loogikaväravad NAND Gate'i abil

NAND-värava abil põhiliste loogikaväravate kavandamist käsitletakse allpool.

EI värava kujundamine, kasutades NAND-i

NOT-värava kujundamine on väga lihtne, ühendades mõlemad sisendid lihtsalt üheks.

JA värava kujundamine NANDi abil

NAND-värava abil saab JA-värava kujundada NAND-värava väljundis, et see ümber pöörata ja AND-loogika saada.

VÕI värava kujundamine NAND-i abil

NAND-värava abil saab OR-värava kujundada, ühendades NAND-i sisenditel kaks NAND-väravat, kasutades NAND-i väravaid NAND-i loogika saamiseks.

NOR värava kujundamine NANDi abil

NOR-värava saab NAND-värava abil kujundada, ühendades teise NAND-värava kaudu teise NOT-värava lihtsalt NAND-i kaudu OR-i värava o / p-ga.

EXOR värava kujundamine NANDi abil

See on natuke keeruline. Jagate kahte sisendit kolme väravaga. Esimese NAND-i väljund on teine ​​sisend kahele muule. Lõpuks võtab teine ​​NAND nende kahe NAND-värava väljundid, et anda lõplik väljund.

Põhilised loogikaväravad NOR Gate abil

NOR-värava abil põhiliste loogikaväravate kavandamist käsitletakse allpool.

EI väravat NOR-i kasutades

NOR-väravaga NOT-värava kujundamine on lihtne, ühendades mõlemad sisendid ühtsena.

VÕI värav NORi abil

OR-värava kavandamine NOR-väravaga on lihtne, ühendades selle NOR-i värava o / p juures selle ümberpööramiseks ja OR-loogika saamiseks.

JA värav NORi abil

NOR-värava abil saab NOR-värava kujundada, ühendades NOR-i sisendites kaks NOT-i NOR-väravaga, et saada AND-loogikat.

NAND Gate, kasutades NOR-i

NOR-värava kujundamise NOR-värava abil saab lihtsalt ühendada teise NOT-värava NOR-värava kaudu AND-värava väljundiga NOR-ga.

EX-NOR värav NORi abil

Seda tüüpi ühendus on natuke keeruline, kuna kahte sisendit saab jagada kolme loogikaväravaga. Esimene NOR-värava väljund on järgmine sisend ülejäänud kahele väravale. Lõpuks kasutab teine ​​NOR-värav viimase NOR-väljundi saamiseks kahte NOR-värava väljundit.

Rakendused

The põhiloogika väravate rakendused on nii palju, kuid sõltuvad enamasti oma tõetabelitest, muidu toiminguvorm. Põhilisi loogikaväravaid kasutatakse sageli vooluringides, näiteks nupuga lukk, jootmissüsteem automaatselt, valgustuse abil aktiveeritav sissemurdmishäire, turvatermostaat ja muud tüüpi elektroonilised seadmed.

Põhiloogika väravate peamine eelis on see, et neid saab kasutada erinevas kombinatsioonahelas. Lisaks puudub piir ühes elektroonilises seadmes kasutatavate loogikaväravate arvuga. Kuid seda saab piirata seadme füüsilise tühiku tõttu. Digitaalsetes IC-des (integraallülitused) avastame loogikavärava piirkonna üksuse kogu.

Kasutades põhiloogika väravate segusid, viiakse sageli läbi arenenud toimingud. Teoreetiliselt ei ole piiratud ühe värava arvuga väravate arvu, mis võivad ühe seadme ajal olla kaetud. Kuid rakenduses on piiratud väravate arv, mida võib antud füüsilisse piirkonda pakkida. Loogikavärava piirkonna massiivid asuvad digitaalsetes integraallülitustes (IC). As IC-tehnoloogia edasiliikumisel väheneb iga üksiku värava jaoks soovitud füüsiline maht ja samaväärse või väiksema suurusega digitaalseadmed saavad keerukamate toimingutega pidevalt suurema kiirusega tegutseda.

Loogikaväravate infograafika

See kõik puudutab ülevaadet sellest, mis on a põhiline loogikavärav , tüübid nagu AND gate, OR gate, NAND gate, NOR gate, EX-OR gate and EX-NOR gate. Selles on AND, NOT ja OR väravad loogika põhiväravad. Nende väravate abil saame neid kombineerides luua mis tahes loogikavärava. Seal, kus NAND ja NOR väravaid nimetatakse universaalseteks väravateks. Nendel väravatel on kindel omadus, millega nad saavad korralikult kujundatuna luua mis tahes loogilise Boole'i ​​avaldise. Lisaks sellele, kui teil on selle artikliga seotud küsimusi või elektroonika projektid, andke oma tagasiside, kommenteerides allpool olevat kommentaaride jaotist.