Знайте за основните логически порти с таблици на истината

Знайте за основните логически порти с таблици на истината

В днешно време компютрите са се превърнали в неразделна част от живота, тъй като изпълняват много задачи и операции за доста кратък период от време. Една от най-важните функции на процесора в компютъра е да изпълнява логически операции, като използва хардуер като Интегрални схеми софтуерни технологии & електронни схеми ,. Но как този хардуер и софтуер извършват подобни операции е загадъчен пъзел. За да имаме по-добро разбиране на такъв сложен въпрос, трябва да се запознаем с термина Boolean Logic, разработен от George Boole. За проста операция компютрите използват двоични цифри, а не цифрови цифри. Всички операции се извършват от порталите Basic Logic. Тази статия разглежда общ преглед на това, което са основни логически порти в цифровата електроника и тяхната работа.



Какво представляват основните логически порти?

Логическата порта е основен градивен елемент на цифрова схема, която има два входа и един изход. Връзката между i / p и o / p се основава на определена логика. Тези порти се изпълняват с помощта на електронни превключватели като транзистори, диоди. Но на практика основните логически порти се изграждат с помощта на CMOS технология, FETS и MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) s . Логическите порти са използва се в микропроцесори, микроконтролери , вградени системни приложения и в електронни и електрически вериги на проекта . Основните логически порти са категоризирани в седем: И, ИЛИ, XOR, NAND, NOR, XNOR и NOT. Тези логически порти с техните логически символи и таблици на истината са обяснени по-долу.


Основни операции с логически порти

Основни операции с логически порти





Кои са 7-те основни логически порта?

Основните логически порти са класифицирани в седем типа: И порта, ИЛИ порта, XOR порта, NAND порта, NOR порта, XNOR порта и НЕ порта. Таблицата на истината се използва за показване на функцията логически портал. Всички логически порти имат два входа с изключение на NOT порта, който има само един вход.

При изчертаване на таблица на истината се използват двоичните стойности 0 и 1. Всяка възможна комбинация зависи от броя на входовете. Ако не знаете за логическите порти и техните таблици за истинност и се нуждаете от насоки за тях, моля, преминете през следващата инфографика, която дава преглед на логическите порти с техните символи и таблици на истината.



Защо използваме Basic Logic Gates?

Основните логически порти се използват за изпълнение на основни логически функции. Това са основните градивни елементи в цифровите интегрални схеми (интегрални схеми). Повечето логически порти използват два двоични входа и генерират единичен изход като 1 или 0. В някои електронни схеми се използват малко логически порти, докато в някои други вериги микропроцесорите включват милиони логически порти.

Внедряването на логическите порти може да се осъществи чрез диоди, транзистори, релета, молекули и оптика, иначе различни механични елементи. Поради тази причина основните логически портали се използват като електронни схеми.


Двоично и десетично

Преди да говорим за таблиците на истината на логическите порти, е важно да знаем фона на двоични и десетични числа. Всички знаем десетичните числа, които използваме в ежедневните изчисления като 0 до 9. Този вид числова система включва база-10. По същия начин двоични числа като 0 и 1 могат да се използват за означаване на десетични числа навсякъде, където основата на двоичните числа е 2.

Значението на използването на двоични числа тук е да се обозначи превключващата позиция, в противен случай позицията на напрежение на цифров компонент. Тук 1 представлява висок сигнал или високо напрежение, докато “0” определя ниско напрежение или нисък сигнал. Следователно е стартирана булева алгебра. След това всяка логическа порта се обсъжда отделно, това съдържа логиката на портата, таблицата на истината и нейния типичен символ.

Видове логически порти

Различните видове логически порти и символи с таблици на истината са разгледани по-долу.

Основни логически порти

Основни логически порти

И порта

Вратата AND е цифрова логическа порта с ‘n’ i / ps one o / p, който изпълнява логическа връзка на базата на комбинациите от своите входове. Изходът на тази порта е истина само когато всички входове са верни. Когато един или повече входове на i / ps на AND порта са фалшиви, тогава само изходът на AND порта е фалшив. Таблицата на символите и истината на порта И с два входа е показана по-долу.

И Портата и нейната таблица на истината

И Портата и нейната таблица на истината

ИЛИ Порта

Портата OR е цифрова логическа порта с ‘n’ i / ps и една o / p, която изпълнява логическа връзка на базата на комбинациите от своите входове. Изходът на портата ИЛИ е истина само когато един или повече входове са верни. Ако всички i / ps на портата са фалшиви, тогава само изходът на портата ИЛИ е фалшив. Таблицата на символите и истината на ИЛИ порта с два входа е показана по-долу.

ИЛИ Порта и нейната таблица на истината

ИЛИ Порта и нейната таблица на истината

НЕ Порта

Вратата NOT е цифрова логическа порта с един вход и един изход, който управлява инверторна операция на входа. Изходът на портата NOT е обратната страна на входа. Когато входът на портата NOT е вярно, тогава изходът ще бъде фалшив и обратно. Таблицата на символите и истината на NOT порта с един вход е показана по-долу. Чрез използването на тази порта можем да реализираме NOR и NAND порти

НЕ Порта и таблицата на истината

НЕ Порта и таблицата на истината

Порта NAND

Портата NAND е цифрова логическа порта с ‘n’ i / ps и one o / p, която изпълнява операцията на порта AND, последвана от работата на порта NOT. NAND порта е проектирана чрез комбиниране на порта AND и NOT. Ако входът на портата NAND е висок, тогава изходът на портата ще бъде нисък. Таблицата със символи и истинност на портата NAND с два входа е показана по-долу.

NAND Gate и нейната таблица на истината

NAND Gate и нейната таблица на истината

НИ порта

Портата NOR е цифрова логическа порта с n входа и един изход, която изпълнява операцията на OR порта, последвана от NOT порта. NOR порта е проектирана чрез комбиниране на OR или NOT порта. Когато някой от i / ps на NOR порта е истина, тогава изходът на NOR порта ще бъде фалшив. Таблицата на символите и истината на портата NOR с таблицата на истината е показана по-долу.

NOR Gate и нейната таблица на истината

NOR Gate и нейната таблица на истината

Изключително-ИЛИ портал

Портата Exclusive-OR е цифрова логическа порта с два входа и един изход. Кратката форма на тази порта е Ex-OR. Той изпълнява въз основа на работата на OR порта. . Ако някой от входовете на тази порта е висок, тогава изходът на портата EX-OR ще бъде висок. Таблицата на символите и истината на EX-OR са показани по-долу.

Портал EX-OR и неговата таблица на истината

Порта EX-OR и неговата таблица на истината

Ексклузивна порта NOR

Портата Exclusive-NOR е цифрова логическа порта с два входа и един изход. Кратката форма на тази порта е Ex-NOR. Той изпълнява въз основа на работата на портата NOR. Когато и двата входа на тази порта са високи, тогава изходът на портата EX-NOR ще бъде висок. Но ако някой от входовете е висок (но не и двата), тогава изходът ще бъде нисък. Таблицата със символите и истината на EX-NOR са показани по-долу.

Портал EX-NOR и таблицата с неговата истина

Портал EX-NOR и таблицата с неговата истина

Приложенията на логическите порти се определят главно въз основа на тяхната таблица на истината, т.е. техния режим на работа. Основните логически порти се използват в много схеми като заключване с бутон, активирано със светлина аларма за взлом , предпазен термостат, система за автоматично поливане и др.

Таблица на истината за изразяване на логическа верига

Порталната верига може да бъде изразена с помощта на общ метод, известен като таблица на истината. Тази таблица включва всички комбинации от входни логически състояния, високи (1) или ниски (0) за всеки входен терминал на логическата порта през еквивалентното ниво на логика на изхода като високо или ниско. Схемата НЕ логически порта е показана по-горе и нейната таблица на истината наистина е изключително лесна

Таблиците на истината на логическите порти са много сложни, но по-големи от NOT порта. Таблицата на истината на всяка порта трябва да включва много редове, като има възможности за изключителни комбинации за входове. Например за NOT порта има две възможности за входове или 0 или 1, докато за логическия вход с два входа има четири възможности като 00, 01, 10 и 11. Следователно, той включва четири реда за еквивалентна таблица на истината.

За логическа порта с 3 входа има 8 възможни входа като 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111. Следователно се изисква таблица на истината, включваща 8 реда. Математически необходимият брой редове в таблицата на истината е еквивалентен на 2, увеличен до степента на не. на i / p терминали.

Анализ

Сигналите за напрежение в цифровите вериги са представени с двоични стойности като 0 и 1, изчислени по отношение на земята. Дефицитът на напрежение означава главно „0“, докато съществуването на пълно захранващо напрежение означава „1“.

Логическата порта е специален тип усилвателна схема, която е предназначена главно за входно, както и за изходно напрежение на логическо ниво. Веригите на логическите врати най-често се символизират със схематична диаграма чрез собствени изключителни символи Вместо основните им резистори и транзистори.

Точно както при Op-усилвателите (операционни усилватели), връзките на захранването към логическите порти често се заблуждават в схематични диаграми в полза на простотата. Той включва вероятните комбинации от входни логически нива чрез техните конкретни изходни логически нива.

Кой е най-лесният начин да научите логическите порти?

Най-лесният начин да научите функцията на основните логически порти е обяснен по-долу.

  • За AND Gate - Ако и двата входа са високи, тогава изходът също е висок
  • За OR Gate - Ако минимум един вход е висок, тогава изходът е висок
  • За XOR Gate - Ако минималният един вход е висок, тогава само изходът е висок
  • NAND Gate - Ако минималният вход е нисък, тогава изходът е висок
  • NOR Gate - Ако и двата входа са ниски, тогава изходът е висок.

Теоремата на Морган

Първата теорема на DeMorgan гласи, че логическата порта като NAND е равна на OR порта с балон. Логическата функция на портата NAND е

A’B = A ’+ B’

Втората теорема на DeMorgan гласи, че логическата порта NOR е равна на AND порта с балон. Логическата функция на NOR порта е

(A + B) ’= A’. Б ’

Преобразуването на NAND Gate

Портата NAND може да се формира с помощта на И порта и НЕ порта. Булевата таблица на изразите и истината е показана по-долу.

Формиране на логически порти NAND

Формиране на логически порти NAND

Y = (A⋅B) ’

ДА СЕ

Б. Y ′ = A ⋅B

Y.

0

0 0 1

0

1 0 1
1 0 0

1

1 1 1

0

Преобразуване на NOR порта

Портата NOR може да се формира с помощта ИЛИ порта и НЕ порта. Булевата таблица на изразите и истината е показана по-долу.

NOR формиране на логически порти

NOR формиране на логически порти

Y = (A + B) '

ДА СЕ

Б. Y ′ = A + Б Y.

0

0 0 1
0 1 1

0

1 0 1

0

1 1 1

0

Преобразуване Ex-OR Gate

Портата Ex-OR може да се формира с помощта на NOT, AND & OR gate. Булевата таблица на изразите и истината е показана по-долу. Тази логическа порта може да бъде дефинирана като порта, която дава висока мощност, след като всеки вход от нея е висок. Ако и двата входа на тази порта са високи, тогава изходът ще бъде нисък.

Формиране на Ex-OR логически порти

Формиране на Ex-OR логически порти

Y = A⊕B или A’B + AB ’

ДА СЕ Б.

Y.

0

00

0

1

1

10

1

11

0

Преобразуване на Ex-NOR Gate

Портата Ex-NOR може да се формира с помощта на EX-OR gate & NOT gate. Булевата таблица на изразите и истината е показана по-долу. В тази логическа порта, когато изходът е висок „1“, тогава и двата входа ще бъдат „0“ или „1“.

Формиране на Ex-NOR Gate

Формиране на Ex-NOR Gate

Y = (A’B + AB ’)’

ДА СЕ

Б.

Y.

0

01

0

10
10

0

11

1

Основни логически портали, използващи Universal Gates

Универсалните портали като NAND gate и NOR gate могат да бъдат внедрени чрез всеки булев израз, без да се използва друг тип логическа порта. И те също могат да се използват за проектиране на всяка основна логическа порта. Освен това те се използват широко в интегралните схеми, тъй като са лесни и рентабилни за изработване. Основното логическо проектиране на порти, използващо универсални порти, са разгледани по-долу.

Основните логически порти могат да бъдат проектирани с помощта на универсални порти. Той използва грешка, малко тест, в противен случай можете да използвате логическа логика за постигането им чрез уравненията на логическите порти за NAND порта, както и NOR порта. Тук логическата логика се използва за решаване на изхода, който ви е необходим. Отнема известно време, но е необходимо да се извърши това, за да се получи висяща логическа логика, както и основни логически порти.

Основни логически портали, използващи NAND Gate

Проектирането на основни логически порти с помощта на NAND порта е обсъдено по-долу.

НЕ дизайн на порта с помощта на NAND

Проектирането на NOT порта е много просто, като просто свържете двата входа като един.

И Дизайн на порта с NAND

Проектирането на AND порта с помощта на NAND порта може да се направи на изхода на NAND порта, за да го обърне и да получи логиката AND.

ИЛИ Портал Дизайн с помощта на NAND

Проектирането на OR порта с използване на NAND порта може да се извърши чрез свързване на две NOT порта, използващи NAND порта на входовете на NAND, за да се получи ИЛИ логика.

NOR Gate Design с помощта на NAND

Проектирането на NOR порта с помощта на NAND порта може да се извърши чрез просто свързване на друга NOT порта през NAND порта към o / p на OR порта през NAND.

EXOR Gate Design с помощта на NAND

Това е малко сложно. Споделяте двата входа с три порта. Изходът на първия NAND е вторият вход към другите два. И накрая, друг NAND взема изходите на тези две NAND порти, за да даде крайния изход.

Основни логически портали, използващи NOR Gate

Проектирането на основни логически портали с използване на NOR порта е обсъдено по-долу.

НЕ порта с NOR

Проектирането на NOT gate с NOR gate е лесно чрез свързване на двата входа като един.

ИЛИ Порта с NOR

Проектирането на OR Gate с NOR gate е лесно чрез свързване в o / p на NOR портата, за да го обърне и да получи OR логика.

И Gate, използвайки NOR

Проектирането на AND порта, използвайки NOR порта, може да се извърши чрез свързване на две NOT с NOR порта на входовете NOR, за да се получи логика AND.

NAND Gate, използвайки NOR

Проектирането на NAND Gate с помощта на NOR порта може да се извърши чрез просто свързване на друга NOT порта през NOR порта към изхода на AND порта с NOR.

EX-NOR порта с използване на NOR

Този тип връзка е малко труден, тъй като двата входа могат да се споделят с три логически порта. Първият изход на NOR порта е следващият вход към останалите два порта. И накрая, друга NOR порта използва двата изхода на NOR порта, за да осигури последния изход.

Приложения

The приложения на основни логически порти са толкова много, но най-вече зависят от техните таблици на истината, иначе форма на операции. Основни логически порти често се използват във вериги като ключалка с бутон, система за напояване автоматично, аларма за кражба, активирана чрез светлина, предпазен термостат и други видове електронни устройства.

Основното предимство на основните логически порти е, че те могат да се използват в различна комбинирана схема. В допълнение, няма граница за броя на логическите порти, които могат да бъдат използвани в едно електронно устройство. Но това може да бъде ограничено поради посочената физическа празнина в устройството. В цифровите интегрални схеми (интегрални схеми) ще открием колекция от регионалния блок на логическата порта.

Чрез използване на смеси от основни логически порти често се извършват усъвършенствани операции. На теория няма ограничение за броя на портите, които могат да бъдат облицовани по време на едно устройство. В приложението обаче има ограничение за броя на портите, които могат да бъдат опаковани в дадена физическа зона. Масивите на блока на логическата порта се намират в цифрови интегрални схеми (IC). Като IC технология напредъкът, желаният физически обем за всяка отделна порта намалява и цифровите устройства с еквивалентен или по-малък размер стават способни да действат с по-сложни операции при непрекъснато нарастващи скорости.

Инфографика на Logic Gates

Различни видове цифрови логически портали

Това е всичко за преглед на това, което е основна логическа порта , типове като AND gate, OR gate, NAND gate, NOR gate, EX-OR gate и EX-NOR gate. В това портите AND, NOT и OR са основните логически порти. Чрез използването на тези порти можем да създадем всяка логическа порта, като ги комбинираме. Където портите NAND и NOR се наричат ​​универсални порти. Тези порти имат определено свойство, с което могат да създадат всеки логически булев израз, ако са проектирани по подходящ начин. Освен това, за всякакви въпроси относно тази статия или проекти за електроника, моля, дайте отзивите си, като коментирате в раздела за коментари по-долу.