Mi a fél kivonó: áramkör a logikai kapuk használatával

Az elektronika területén a legfontosabb koncepció, amelyen minden alkatrész működik, a „ Logikai kapuk “. Mivel a logikai kapuk koncepciója minden funkcionalitásban megvalósul, például integrált áramkörökben, érzékelőkben, kapcsolási célokra, mikrokontrollerekben és processzorokban, titkosítási és visszafejtési célokban és másokban. Ezek mellett a Logic Gates széles körű alkalmazásai vannak. Sokféle logikai kapu létezik, mint pl. Adder, Subtractor, Full Vipera , Teljes kivonó, Fél kivonó és még sokan mások. Tehát, ez a cikk a fél kivonó áramkör , fél kivonó igazságtáblája , és a kapcsolódó fogalmak.

Mi a félvonó?

Mielőtt megbeszélnénk a fél kivonót, ismernünk kell a bináris kivonást. A bináris kivonásnál a kivonás folyamata hasonló az aritmetikai kivonáshoz. A számtani kivonásnál a 2-es alapú számrendszert használják, míg a bináris kivonásnál a bináris számokat a kivonáshoz. Az eredményül kapott kifejezéseket különbséggel és hitellel lehet jelölni.

A fél kivonó a legfontosabb kombinációs logikai áramkör amelyet ben használnak digitális elektronika . Alapvetően ez egy elektronikus eszköz, vagy más értelemben, logikai áramkörként mondhatjuk. Ezt az áramkört két bináris számjegyű kivonás végrehajtására használják. Az előző cikkben már megvitattuk a félösszeadó és a teljes összeadó áramkör fogalma amely bináris számokat használ a számításhoz. Hasonlóképpen, a kivonó áramkör bináris számokat (0,1) használ a kivonáshoz. A félvonó áramköre kettővel felépíthető logikai kapuk, nevezetesen NAND és EX-OR kapuk . Ez az áramkör két elemet ad, például a különbséget, valamint a kölcsönvételt.

A bináris kivonáshoz hasonlóan a fő számjegy 1, kölcsönöket is elő tudunk állítani, míg az 1 részfogás jobb a 0-as végértéknél, és emiatt kölcsönre lesz szükség. A következő példa két bináris bit bináris kivonását adja meg.

A fenti kivonásnál a két számjegy A-val és B-vel ábrázolható. Ez a két számjegy kivonható, és az eredményül kapott biteket különbségként és kölcsönként adja meg.

Amikor megfigyeljük az első két és negyedik sort, a különbség e sorok között, akkor a különbség és a kölcsön hasonló, mert a részfogó kisebb, mint a minuend. Hasonlóképpen, amikor a harmadik sort megfigyeljük, a minuend értékét kivonjuk a részfogásból. Tehát a különbség és a kölcsön bit 1, mert a részfogó számjegy jobb, mint a minuend számjegy.

Ez a kombinációs áramkör elengedhetetlen eszköz minden típusú áramkör számára digitális áramkör megismerni a bemenetek és kimenetek lehetséges kombinációit. Például, ha a kivonónak két bemenete van, akkor az eredő kimenet négy lesz. A félvonó o / p-jét az alábbi táblázat említi, amely a különbség bitet és a kölcsön bitet is jelzi. Az áramkör igazságtáblázatának magyarázata megtehető az olyan logikai kapuk használatával, mint az EX-OR logikai kapu és az AND kapu működése, majd a NOT kapu.

Az igazságtábla megoldása a segítségével K-Map alább látható.

fél kivonó k térkép

A fél kivonó kifejezés az igazságtábla és a K-térkép felhasználásával levezethető

Különbség (D) = ( x’y + xy ')

= x ⊕ y
Kölcsön (B) = x’y

Logikai áramkör

A fél kivonó logikai áramkör a logikai kapuk használatával magyarázható:

• 1 XOR kapu
• 1 NEM kapu
• 1 ÉS kapu

A reprezentáció az

Fél kivonó logikai áramkör

Félbevonó blokkdiagram

A félvonó blokkvázlata fent látható. Két bemenetre, valamint két kimenetre van szükség. Itt a bemenetek A & B-vel vannak ábrázolva, a kimenetek pedig a Difference és a Borrow.

A fenti áramkör EX-OR & NAND kapukkal tervezhető. Itt a NAND kapu felépíthető az AND és a NOT kapuk használatával. Tehát három logikai kapura van szükségünk egy fél kivonó áramkör elkészítéséhez, nevezetesen az EX-OR kapu, a NEM kapu és a NAND kapu.

Az AND és a NOT kapu kombinációja egy másik kombinált kaput hoz létre, NAND Gate néven. Az Ex-OR kapu kimenete a Difference bit, a NAND Gate kimenete pedig a Borrow bit lesz ugyanazokhoz az A&B bemenetekhez.

ÉS-kapu

Az AND-gate egyfajta digitális logikai kapu, több bemenettel és egyetlen kimenettel, és a bemeneti kombinációk alapján végrehajtja a logikai összekapcsolást. Ha ennek a kapunak az összes bemenete magas, akkor a kimenet magas lesz, különben a kimenet alacsony lesz. Az ÉS kapu és az igazság táblával logikai diagramja az alábbiakban látható.

ÉS Kapu és igazság táblázat

NEM Kapu

A NOT-gate egyfajta digitális logikai kapu, egyetlen bemenettel, és a bemenet alapján a kimenet megfordul. Például, ha a NOT kapu bemenete magas, akkor a kimenet alacsony lesz. A NOT-gate logikai diagramja az igazság táblával az alábbiakban látható. Az ilyen típusú logikai kapu használatával végrehajthatjuk a NAND és a NOR kapukat.

NEM Kapu és igazság táblázat

Ex-OR kapu

Az Exclusive-OR vagy EX-OR kapu egyfajta digitális logikai kapu, 2 bemenettel és egyetlen kimenettel. Ennek a logikai kapunak a működése az OR kaputól függ. Ha ennek a kapunak valamelyik bemenete magas, akkor az EX-OR kapu kimenete magas lesz. Az EX-OR szimbóluma és igazságtáblázata alább látható.

XOR kapu és igazság táblázat

Fél kivonó áramkör a Nand Gate segítségével

A kivonó megtervezése elvégezhető logikai kapukat használva mint a NAND kapu és az Ex-OR kapu. Ennek a félvonó áramkörnek a megtervezéséhez ismernünk kell a két fogalmat, nevezetesen a különbséget és a hitelt.

Fél kivonó áramkör a Nand Gate segítségével

Ha óvatosan figyelünk, akkor teljesen világos, hogy az áramkör által végrehajtott műveletek sokfélesége pontosan összefügg az EX-OR kapu működésével. Ezért egyszerűen használhatjuk az EX-OR kaput a különbségek eléréséhez. Ugyanígy a fél összeadó áramkör által előállított hitelt egyszerűen el lehet érni olyan logikai kapuk keverékével, mint az AND-gate és a NOT-gate.

Ezt a HS-t úgy is meg lehet tervezni, hogy NOR kapukat használ, ahol az építéshez 5 NOR kapu szükséges. A NOR kapukat használó félvonó kapcsolási rajza a következőképpen jelenik meg:

Fél kivonó a Nor Gates használatával

Igazság táblázat

VHDL és Testbench kód

A fél kivonó VHDL kódját a következőképpen magyarázzák:

könyvtár IEEE

használja az IEEE.STD_LOGIC_1164

használja az IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL fájlt

használja az IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL fájlt

a Half_Sub1 entitás

Port (a: STD_LOGIC-ban

b: az STD_LOGIC-ban

HS_Diff: ki STD_LOGIC

HS_Borrow: ki STD_LOGIC)

vége Half_Sub1

architektúra A Half_Sub1 viselkedése az

kezdődik

HS_Diff<=a xor b

HS_Borrow<=(not a) and b

A a teszt teszt kódja az alábbiak szerint magyarázzák:

KÖNYVTÁR IEEE

HASZNÁLJA az ieee.std_logic_1164

ENTITY HS_tb IS

VÉGE HS_tb

ÉPÍTÉSZET HS_tb IS HS_tb

ALKATRÉSZ HS

PORT (a: IN std_logic

b: IN std_logic

HS_Diff: OUT std_logic

HS_Borrow: OUT std_logic

)

VÉGE ALKATRÉSZ

jel a: std_logic: = ’0’

b jel: std_logic: = ’0’

jel HS_Diff: std_logic

jel HS_Borrow: std_logic

KEZDŐDIK

új: HS PORT MAP (

a => a,

b => b,

HS_különbség => HS_különbség,

HS_ kölcsön => HS_ kölcsön

)

stimul_proc: folyamat

kezdődik

nak nek<= ‘0’

b<= ‘0’

várjon 30 ns-t

nak nek<= ‘0’

b<= ‘1’

várjon 30 ns-t

nak nek<= ‘1’

b<= ‘0’

várjon 30 ns-t

nak nek<= ‘1’

b<= ‘1’

várjon

folyamat befejezése

VÉGE

Teljes kivonó a fél kivonó használatával

A teljes kivonó olyan kombinációs eszköz, amely a kivonási funkciót két bit felhasználásával működteti, és egy minuend és subtrahend. Az áramkör az előző kimenetet veszi kölcsön, és három bemenete van két kimenettel. A három bemenet a minuend, subtrahend és az előző kimenetből kapott bemenet, amely kölcsönbe került, és a két kimenet a különbség és a kölcsön.

Teljes kivonó logikai diagram

Az igazságtáblázat teljes kivonó van

A fenti igazságtáblázattal a teljes kivonó fél kivonókkal történő megvalósításának logikai diagramja és az áramkörök diagramja látható az alábbiakban:

Teljes kivonó a HS használatával

A félvonó előnyei és korlátai

A félvonó előnyei:

• Ennek az áramkörnek a megvalósítása és felépítése egyszerű és könnyű
• Ez az áramkör minimális energiát fogyaszt a digitális jelfeldolgozás során
• a számítási funkciók javított sebességi sebességgel hajthatók végre

Ennek a kombinációs áramkörnek a korlátai a következők:

Annak ellenére, hogy a félvonó kiterjedt alkalmazásokat tartalmaz számos műveletben és funkcióban, kevés korlátozás van, és ezek a következők:

• A félbevonó áramkörök nem fogadják el a „kölcsönfelvételt” az előző kimenetekből, ahol ez az áramkör döntő hátránya
• Mivel sok valós idejű alkalmazás számos bit kivonásával működik, a fél kivonóeszközök nem képesek sok bit kivonására

A félvonó alkalmazásai

A fél kivonó alkalmazásai a következőket tartalmazzák.

• A fél kivonót használják az audio vagy rádiójelek erejének csökkentésére
• Lehet erősítőkben használják a hangtorzítás csökkentése érdekében
• A fél kivonó az a processzor ALU-jában használják
• Használható az operátorok növelésére és csökkentésére, és kiszámítja a címeket is
• A legkevesebb oszlopszám kivonására a fél kivonót használják. Többjegyű számok kivonására használható az LSB számára.

Ezért a fenti fél kivonó elméletből végül lezárhatjuk, hogy ennek az áramkörnek a segítségével levonhatunk egy bináris bitet a másikról, hogy olyan kimeneteket nyújtsunk, mint a Difference és a Borrow. Hasonlóképpen megtervezhetjük a fél kivonót a NAND kapuk áramkörével, valamint a NOR kapukkal. A többi ismert fogalom az, ami a fél kivonó verilog kód és hogyan rajzolható meg az RTL vázlatos diagram?