Ismerje meg az alapvető logikai kapukat az igazságtáblákkal

Napjainkban a számítógépek az élet szerves részévé váltak, mivel sok feladatot és műveletet végeznek rövid idő alatt. A CPU egyik legfontosabb funkciója a számítógépen az, hogy logikai műveleteket hajtson végre, például hardver használatával Integrált áramkörök szoftver technológiák és elektronikus áramkörök ,. Az azonban, hogy ez a hardver és szoftver hogyan hajtja végre az ilyen műveleteket, rejtélyes rejtvény. Annak érdekében, hogy jobban megértsük egy ilyen összetett kérdést, meg kell ismerkednünk a Boolean Logic kifejezéssel, amelyet George Boole fejlesztett ki. Egy egyszerű művelethez a számítógépek bináris számjegyeket használnak, nem pedig digitális számjegyeket. Az összes műveletet a Basic Logic kapuk hajtják végre. Ez a cikk áttekintést nyújt a mikről alapvető logikai kapuk a digitális elektronikában és azok működésében.

Mik azok az alapvető logikai kapuk?

A logikai kapu egy digitális áramkör alapvető építőköve, amely két bemenettel és egy kimenettel rendelkezik. Az i / p és az o / p kapcsolata egy bizonyos logikán alapul. Ezeket a kapukat elektronikus kapcsolók, például tranzisztorok, diódák segítségével valósítják meg. De a gyakorlatban az alapvető logikai kapukat CMOS technológia, FETS és MOSFET (Fémoxid-félvezető FET) s . A logikai kapuk vannak mikroprocesszorokban, mikrokontrollerekben használják , beágyazott rendszeralkalmazások, valamint elektronikus és elektromos projekt áramkörök . Az alapvető logikai kapukat hét kategóriába sorolják: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR és NOT. Ezeket a logikai kapukat a logikai kapu szimbólumaikkal és az igazságtáblákkal az alábbiakban fejtjük ki.

Logikai kapuk alapművelete

Mi a 7 alapvető logikai kapu?

Az alapvető logikai kapukat hét típusba sorolják: ÉS kapu, VAGY kapu, XOR kapu, NAND kapu, NOR kapu, XNOR kapu és NEM kapu. Az igazságtábla a logikai kapu függvény bemutatására szolgál. Az összes logikai kapunak két bemenete van, kivéve a NOT kaput, amelynek csak egy bemenete van.

Az igazságtábla rajzolásakor a 0 és 1 bináris értékeket használjuk. Minden lehetséges kombináció a bemenetek számától függ. Ha nem tud a logikai kapukról és azok igazságtábláiról, és útmutatásra van szüksége rájuk vonatkozóan, kérjük, olvassa el a következő infografikát, amely áttekintést nyújt a logikai kapukról szimbólumaikkal és igazságtábláikkal együtt.

Miért használjuk az alapvető logikai kapukat?

Az alapvető logikai kapukat alapvető logikai funkciók végrehajtására használják. Ezek a digitális IC-k (integrált áramkörök) alapvető építőkövei. A logikai kapuk többsége két bináris bemenetet használ, és egyetlen kimenetet generál, például 1 vagy 0. Egyes elektronikus áramkörökben kevés logikai kaput használnak, míg más áramkörökben a mikroprocesszorok milliónyi logikai kaput tartalmaznak.

A logikai kapuk megvalósítása diódák, tranzisztorok, relék, molekulák és optikák segítségével történhet, különben különböző mechanikai elemekkel. Emiatt az alapvető logikai kapukat elektronikus áramkörökhöz hasonlóan használják.

Bináris és tizedes

Mielőtt a logikai kapuk igazságtábláiról beszélnénk, feltétlenül ismerni kell a bináris és tizedes számok hátterét. Mindannyian ismerjük a decimális számokat, amelyeket a mindennapi számításokban használunk, például 0 és 9 között. Ez a fajta számrendszer magában foglalja a 10 alapot. Ugyanígy olyan bináris számok is felhasználhatók, mint a 0 és az 1, a decimális számok jelölésére, ahol a bináris számok alapja 2.

A bináris számok használatának jelentősége itt egy digitális alkatrész kapcsolási helyzetének jelzése, egyébként feszültségpozíciója. Itt az 1 a magas jelet vagy a nagy feszültséget jelenti, míg a „0” az alacsony vagy alacsony jelet jelöli. Ezért Boolean algebra indult. Ezután minden logikai kaput külön megvitatunk, ez tartalmazza a kapu logikáját, az igazságtáblát és annak tipikus szimbólumát.

A logikai kapuk típusai

Az alábbiakban a logikai kapuk és az igazságtáblák különböző típusait tárgyaljuk.

Alapvető logikai kapuk

ÉS Kapu

Az ÉS kapu a digitális logikai kapu ’n’ i / ps one o / p-vel, amely a bemeneteinek kombinációi alapján logikai összefüggést hajt végre. Ennek a kapunak a kimenete csak akkor igaz, ha az összes bemenet igaz. Ha az AND gate i / ps egy vagy több bemenete hamis, akkor csak az AND gate kimenete hamis. A két bemenettel rendelkező AND kapu szimbóluma és igazságtáblázata az alábbiakban látható.

ÉS Kapu és igazságtáblája

VAGY Kapu

Az OR kapu egy digitális logikai kapu ’n’ i / ps-vel és egy o / p-vel, amely logikai összefüggést hajt végre a bemeneteinek kombinációi alapján. Az OR kapu kimenete csak akkor igaz, ha egy vagy több bemenet igaz. Ha a kapu összes i / ps értéke hamis, akkor csak az OR kapu kimenete hamis. A két bemenettel rendelkező OR kapu szimbóluma és igazságtáblázata az alábbiakban látható.

VAGY Kapu és annak igazságtáblája

NEM Kapu

A NOT kapu egy logikai kapu egy bemenettel és egy kimenettel, amely a bemenet inverteres működését működteti. A NOT kapu kimenete a bemenet fordítottja. Ha a NOT kapu bemenete igaz, akkor a kimenet hamis lesz, és fordítva. A NOT kapu szimbóluma és igazságtáblája egy bemenettel az alábbiakban látható. A kapu használatával megvalósíthatjuk a NOR és a NAND kapukat

NEM Kapu és igazságtáblázata

NAND Gate

A NAND kapu egy digitális logikai kapu ’n’ i / ps-vel és egy o / p-vel, amely végrehajtja az ÉS kapu, majd a NOT kapu működését. A NAND kaput az AND és a NOT kapuk kombinálásával tervezték. Ha a NAND kapu bemenete magas, akkor a kapu kimenete alacsony lesz. Az alábbi két bemenettel rendelkező NAND kapu szimbólum és igazság táblázata látható.

NAND Gate és annak igazságtáblája

NOR kapu

A NOR kapu egy digitális logikai kapu, n bemenettel és egy kimenettel, amely végrehajtja az OR kapu, majd a NOT kapu működését. A NOR kaput az OR és a NOT kapu kombinálásával tervezték. Amikor a NOR kapu i / ps bármelyike ​​igaz, akkor a NOR kapu kimenete hamis lesz. A NOR kapu szimbóluma és igazságtáblája az igazságtáblával az alábbiakban látható.

NOR kapu és igazságtáblázata

Exkluzív VAGY kapu

Az Exclusive-OR kapu egy digitális logikai kapu, két bemenettel és egy kimenettel. A kapu rövid formája Ex-OR. Az OR kapu működése alapján végez. . Ha ennek a kapunak valamelyik bemenete magas, akkor az EX-OR kapu kimenete magas lesz. Az EX-OR szimbóluma és igazságtáblázata alább látható.

EX-OR kapu és annak igazságtáblája

Exkluzív-NOR kapu

Az Exclusive-NOR kapu egy digitális logikai kapu két bemenettel és egy kimenettel. A kapu rövid alakja az Ex-NOR. A NOR kapu működése alapján végez. Amikor ennek a kapunak mindkét bemenete magas, akkor az EX-NOR kapu kimenete magas lesz. De ha az egyik bemenet magas (de nem mindkettő), akkor a kimenet alacsony lesz. Az EX-NOR szimbólumát és igazságtáblázatát az alábbiakban mutatjuk be.

EX-NOR kapu és igazságtáblázata

A logikai kapuk alkalmazását elsősorban igazságtáblázatuk, azaz működési módjuk alapján határozzák meg. Az alapvető logikai kapukat számos áramkörben használják, például nyomógombos zárral, világítással riasztó , biztonsági termosztát, automatikus öntözőrendszer stb.

Igazságtábla a logikai kapu áramkörének kifejezéséhez

A kapu áramköre kifejezhető egy általános módszerrel, amelyet igazságtáblának nevezünk. Ez a táblázat tartalmazza a logikai kapu minden bemeneti termináljának magas (1) vagy alacsony (0) összes bemeneti logikai állapotkombinációját az egyenértékű kimeneti logikai szinten keresztül, például magas vagy alacsony. A NOT logikai kapu áramköre fent látható, és az igazságtáblája valóban rendkívül egyszerű

A logikai kapuk igazságtáblái nagyon összetettek, de nagyobbak, mint a NOT kapu. Minden kapu igazságtáblájának sok sort kell tartalmaznia, például lehetőség van exkluzív kombinációkra a bemeneteknél. Például a NOT kapu esetében kétféle lehetőség van 0 vagy 1 bemenetre, míg a két bemeneti logikai kapu esetében négy lehetőség van, például 00, 01, 10 és 11. Ezért négy sort tartalmaz a egyenértékű igazságtáblázat.

A 3 bemeneti logikai kapu esetében 8 lehetséges bemenet létezik, például 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 és 111. Ezért 8 soros igazságtáblára van szükség. Matematikailag az igazságtáblázatban a szükséges sorok száma megegyezik 2-vel, amelyet a nem hatványával növelnek. i / p terminálok.

Elemzés

A digitális áramkörök feszültségjelei bináris értékekkel vannak ábrázolva, például 0 és 1 értékei, amelyeket a földre számolunk. A feszültséghiány elsősorban „0” -t jelent, míg a teljes DC tápfeszültség megléte „1” -et.

A logikai kapu egy speciális típusú erősítő áramkör, amelyet elsősorban bemeneti és kimeneti logikai szintű feszültségekre terveztek. A logikai kapu áramköröket általában vázlatos ábrával szimbolizálják a saját kizárólagos szimbólumaikon keresztül, az alapvető ellenállások és tranzisztorok helyett.

Csakúgy, mint az Op-Amps (operációs erősítők) esetében, az áramellátás és a logikai kapuk csatlakozásai sematikus ábrákon az egyszerűség kedvéért gyakran el vannak tévesztve. Ez magában foglalja a valószínű bemeneti logikai szint kombinációkat az adott kimeneti logikai szintjükön keresztül.

Mi a legegyszerűbb módja a logikai kapuk elsajátításának?

Az alapvető logikai kapuk funkciójának elsajátításának legegyszerűbb módját az alábbiakban ismertetjük.

• AND Gate esetén - Ha mindkét bemenet magas, akkor a kimenet is magas
• VAGY kapu esetén - Ha legalább egy bemenet magas, akkor a kimenet magas
• XOR Gate esetén - Ha a minimum egy bemenet magas, akkor csak a kimenet magas
• NAND Gate - Ha a minimum egy bemenet alacsony, akkor a kimenet magas
• NOR Gate - Ha mindkét bemenet alacsony, akkor a kimenet magas.

A Morgan-tétel

A DeMorgan első tétele szerint a logikai kapu, mint a NAND, megegyezik egy buborékos OR kapuval. A NAND kapu logikai funkciója

A’B = A ’+ B’

A DeMorgan második tétele szerint az NOR logikai kapu egyenlő egy buborékos ÉS kapuval. A NOR kapu logikai funkciója

(A + B) ’= A’. B ’

A NAND Gate átalakítása

A NAND kapu az AND gate & NOT gate használatával alakítható ki. A logikai kifejezés és igazság táblázat az alábbiakban látható.

NAND Logic Gates Formation

Y = (A⋅B) ”

NOR kapu átalakítás

A NOR kapu OR gate & NOT gate használatával alakítható ki. A logikai kifejezés és igazság táblázat az alábbiakban látható.

NOR Logic Gates Formation

Y = (A + B) '

Ex-OR Gate Conversion

Az Ex-OR kapu létrehozható a NOT, AND & OR kapu használatával. A logikai kifejezés és igazság táblázat az alábbiakban látható. Ez a logikai kapu úgy definiálható, mint egy kapu, amely nagy kimenetet ad, ha ennek bármelyik bemenete magas. Ha ennek a kapunak mindkét bemenete magas, akkor a kimenet alacsony lesz.

Ex-OR Logic Gates Formation

Y = A⊕B vagy A’B + AB ”

Ex-NOR kapu átalakítás

Az Ex-NOR kaput az EX-OR gate & NOT gate használatával lehet kialakítani. A logikai kifejezés és igazság táblázat az alábbiakban látható. Ebben a logikai kapuban, ha a kimenet magas „1”, akkor mindkét bemenet „0” vagy „1” lesz.

Ex-NOR kapuképzés

Y = (A’B + AB ’)’

Alapvető logikai kapuk az univerzális kapuk használatával

Az univerzális kapuk, mint például a NAND gate és a NOR gate, bármely logikai kifejezésen keresztül megvalósíthatók más típusú logikai kapu használata nélkül. És felhasználhatók bármilyen alapvető logikai kapu tervezésére is. Ezenkívül ezeket széles körben használják az integrált áramkörökben, mivel egyszerűek és költséghatékonyak is. Az alábbiakban az univerzális kapukkal történő logikai kapuk tervezését tárgyaljuk.

Az alapvető logikai kapuk univerzális kapuk segítségével alakíthatók ki. Egy hibát használ, egy kis tesztet, különben a logikai logikát felhasználhatja ezek elérésére a logikai kapu egyenletein keresztül egy NAND kapu, valamint egy NOR kapu esetén. Itt logikai logikát használnak a kívánt kimenet megoldására. Időbe telik, de ennek végrehajtásához szükség van a logikai logika, valamint az alapvető logikai kapuk összekapcsolására.

Alapvető logikai kapuk a NAND Gate használatával

Az alapvető logikai kapuk NAND gate használatával történő tervezését az alábbiakban tárgyaljuk.

NEM NAND használatával kaputervezés

A NOT kapu megtervezése nagyon egyszerű, mivel egyszerűen összeköti mindkét bemenetet.

ÉS kapu tervezés a NAND segítségével

Az ÉS kapu NAND kapu használatával történő megtervezése a NAND kapu kimenetén elvégezhető annak megfordítására és az ÉS logika megszerzésére.

VAGY Kapu tervezés a NAND segítségével

Az OR kapu megtervezése a NAND kapu segítségével úgy történhet, hogy két NOT kaput NAND kapukkal összekötünk a NAND bemeneteinél az OR logika megszerzéséhez.

NOR Gate Design a NAND segítségével

A NOR kapu megtervezése a NAND kapu segítségével úgy történhet, hogy egyszerűen összekapcsol egy másik NOT kaput a NAND kapun keresztül egy OR kapu o / p-jével a NAND-on keresztül.

EXOR kaputervezés a NAND segítségével

Ez egy kicsit trükkös. Három kapuval osztja meg a két bemenetet. Az első NAND kimenete a másik bemenet a másik kettőhöz. Végül egy másik NAND veszi e két NAND kapu kimenetét, hogy megkapja a végső kimenetet.

Alapvető logikai kapuk a NOR Gate segítségével

Az alapvető logikai kapuk NOR kapu használatával történő tervezését az alábbiakban tárgyaljuk.

NEM kapu a NOR használatával

A NOT kapu NOR kapuval történő megtervezése egyszerű, mivel mindkét bemenetet egyként kapcsolja össze.

VAGY Gate a NOR használatával

Az OR kapu NOR kapuval történő megtervezése egyszerű, ha a NOR kapu o / p-jén csatlakozik annak megfordításához és az OR logika megszerzéséhez.

AND Gate a NOR használatával

Az AND kapu megtervezése a NOR kapu segítségével úgy történhet, hogy két NOT-t összekötünk a NOR kapukkal a NOR bemeneteknél az AND logika megszerzéséhez.

NAND Gate a NOR használatával

A NAND kapu megtervezése a NOR kapu segítségével úgy történhet, hogy egyszerűen összekapcsol egy másik NOT kaput a NOR kapun keresztül az AND kapu kimenetéhez a NOR segítségével.

EX-NOR kapu a NOR használatával

Ez a típusú kapcsolat kissé nehéz, mert a két bemenet három logikai kapuval osztható meg. Az első NOR kapu kimenet a következő bemenet a maradék két kapuhoz. Végül egy másik NOR kapu a két NOR kapu kimenetet használja az utolsó kimenet megadásához.

Alkalmazások

Az az alapvető logikai kapuk alkalmazásai olyan sok, de leginkább az igazságtáblázatuktól függenek, különben a műveletek formája. Az alapvető logikai kapukat gyakran használják olyan áramkörökben, mint a nyomógombos zár, az öntözőrendszer automatikusan, a fényjelzéssel aktivált betörésjelző, biztonsági termosztát és más típusú elektronikus eszközök.

Az alapvető logikai kapuk fő előnye, hogy ezeket egy másik kombinációs áramkörben lehet használni. Ezenkívül nincs határa az egyetlen elektronikus eszközben felhasználható logikai kapuk számának. De korlátozható az eszközön belül megadott fizikai rés miatt. A digitális IC-kben (integrált áramkörök) felfedezzük a logikai kapu régió egységének gyűjteményét.

Az alapvető logikai kapuk keverékeinek használatával gyakran fejlett műveleteket hajtanak végre. Elméletileg nincs korlátozva azon kapuk száma, amelyeket egy eszköz alatt be lehet burkolni. Az alkalmazásban azonban korlátozva van az adott fizikai területre csomagolható kapuk száma. A logikai kaputér egység tömbjei megtalálhatók a digitális integrált áramkörökben (IC). Mint IC technológia előrehalad, az egyes kapuk kívánt fizikai térfogata csökken, és az ekvivalens vagy kisebb méretű digitális eszközök bonyolultabb műveletekkel képesek folyamatosan nagyobb sebességgel működni.

A logikai kapuk infográfiája

Ez egy áttekintés arról, hogy mi a alapvető logikai kapu , típusok, mint például AND kapu, VAGY kapu, NAND kapu, NOR kapu, EX-OR kapu és EX-NOR kapu. Ebben az AND, a NOT és a OR kapuk az alapvető logikai kapuk. Ezeknek a kapuknak a segítségével kombinálva bármilyen logikai kaput létrehozhatunk. Ahol a NAND és NOR kapukat univerzális kapuknak nevezik. Ezeknek a kapuknak van egy sajátos tulajdonságuk, amellyel bármilyen logikai logikai kifejezést létrehozhatnak, ha megfelelő módon vannak megtervezve. Továbbá a cikkel kapcsolatos bármilyen kérdése, vagy elektronikai projektek, kérjük, adja meg visszajelzését az alábbi megjegyzés részben kommentálva.