ال البوابات المنطقية هي أساس الإلكترونيات الرقمية. لهذا السبب ، فهي مهمة جدًا ، وإذا كنت تريد البدء في العمل معهم ، فيجب أن تعرف ما هي ، وكيف يتم تكوينها ، ووظيفتها. لذا يمكنك استخدام سلسلة الرقائق الموجودة في السوق والتي تحتوي على هذا النوع من الأبواب حتى تتمكن من البدء في إنشاء مشاريعك الخاصة التي تعمل بهذا المنطق.
هذه الأبواب مجتمعة مع الأخرى مكونات الكترونية، وحتى مع لوحات مثل اردوينو, يمكنهم تقديم الكثير من اللعب للصانعين كما ترى بنفسك.
ما هي البوابات المنطقية؟
ال بوابات المنطق، بوابات منطقية هم العناصر الأساسية للمنطق الرقمي لتنفيذ الدوائر الإلكترونية الرقمية. توفر هذه البوابات إشارات جهد منخفض (0) أو مرتفع (1) عند خرجها اعتمادًا على حالة مدخلاتها. لديهم بشكل عام مخرج واحد ومدخلان ، ولكن قد تكون هناك أبواب بها أكثر من مدخلين. بالإضافة إلى ذلك ، هناك خصائص مثل البوابة المقلوبة أم لا ، فهي تحتوي على مدخل واحد ومخرج واحد فقط.
بفضل هذه المدخلات والمخرجات المنطقية يمكنك الحصول عليها عمليات المنطق الثنائي الأولي، مثل الجمع والضرب والنفي وما إلى ذلك.
كيف يتم تنفيذها؟
-
- بوابة NAND في TTL
-
- بوابة NAND في CMOS
لا يمكن تنفيذ البوابات المنطقية بطريقة واحدة فقط. في الواقع ، هذا هو سبب وجود اختلاف عائلات منطقية. ستقوم كل من هذه العائلات بتنفيذ البوابة بطريقة واحدة ، باستخدام مكونات إلكترونية مختلفة.
من قبل مثالإذا تم استخدام TTL للرقاقة ، فستتكون البوابات من ترانزستورات ثنائية القطب ، بينما يعتمد منطق CMOS فقط على ترانزستورات MOSFET. بالإضافة إلى هاتين العائلتين ، والتي عادة ما تكون الأكثر شعبية ، هناك أيضًا عائلات أخرى مثل BiCMOS (يجمع بين الترانزستورات ثنائية القطب و CMOS) ، و RTL (المقاومات والترانزستورات ثنائية القطب) ، و DTL (الثنائيات والترانزستورات) ، و ECL ، و IIL ، إلخ.
لا توجد عائلة أفضل بكثير من الأخرى ، فستعتمد على التطبيق. ولكن مع ذلك، CMOS إنها واحدة من أكثر الدوائر المتقدمة استخدامًا ، مثل CPU و MCU و GPU والذاكرة وما إلى ذلك. بالنسبة للدوائر الأبسط الأخرى ، من الشائع أيضًا العثور على TTL.
التطبيقات
تطبيقات هذه البوابات المنطقية لا حصر لها. مع هذه "الطوب" الأساسية يمكنك البناء العديد من الدوائر الرقمية. من أداة تثبيت بسيطة ، إلى وحدة معالجة مركزية معقدة ، عبر العديد من الدوائر الأخرى التي يمكنك تخيلها. في الواقع ، العديد من الأنظمة التي تستخدمها كل يوم ، مثل جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، والتلفزيون ، والجوال ، وما إلى ذلك ، بها مليارات من البوابات المنطقية.
Un مثال عملي تطبيق البوابات المنطقية سيكون هذا الأفعى البسيط الذي يمكنك رؤيته في الصورة أعلاه. إنها دائرة بسيطة للغاية ، قادرة على إضافة بتتين (A و B) في مدخلاتها لإعطاء نتيجة الجمع ، وكذلك Carry ، أي ما تأخذه بعيدًا ... يمكنك رؤية النتائج التي ستحصل عليها استسلم في الجدول التالي:
| A | B | مجموع | حمل | نتيجة ثنائية |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 00 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 10 |
إذا نظرت إلى هذا الجدول ، إذا أضفت 0 + 0 في النظام الثنائي ، فستحصل على 0 ، وإذا أضفت 1 + 0 فسيكون 1 ، ولكن إذا أضفت 1 + 1 ، فستعطي 2 ، وهو ما يتوافق مع 10 في النظام الثنائي.
أنواع البوابات المنطقية
أما بالنسبة لل أنواع البوابات المنطقية، لديك عدد كبير منهم ، على الرغم من أن الأكثر استخدامًا هو ما يلي (مع جداول الحقيقة الخاصة بهم):
- عازلة (نعم): تُعرف باسم المخزن المؤقت أو البوابة المباشرة ، حيث سيكون لإخراجها نفس حالة الإدخال. على الرغم من أنه قد يبدو عديم الفائدة ، فإنه غالبًا ما يستخدم في العديد من الدوائر المنطقية كمكبر للصوت الحالي أو كمتابع للجهد.
| مدخل | إنتاج |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
- ليس (العاكس): هو النفي المنطقي (¬ o ') ، أي أنه يعكس البت عند خرجه.
| مدخل | إنتاج |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
- و (ص): تؤدي هذه البوابة الأخرى وظيفة منتج (·) للبتات الثنائية لمدخلاتها. وهذا يعني أنه سيكون مثل ضرب A و B. لذلك ، أي شيء في الصفر يساوي صفرًا ، فإنه سيعطي واحدًا فقط لمخرجاته إذا كان كلا المدخلين 1. ومن هنا جاء اسمه 1 و 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
- ذهب): تقوم هذه البوابة الأخرى بعملية إضافة منطقية (+). أي ، إما أن يكون أحد مخرجاته أو الآخر ، أو كلاهما يجب أن يكون عند 1 لكي يكون ناتجه 1. عندما يكون كلاهما 0 ، يكون الناتج 0 أيضًا.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
- XOR (أو حصريًا): يؤدي OR الحصري هذا الدالة المنطقية A'B + AB '، ورمزها هو
. في هذه الحالة ، إذا كان مدخلاها متساويين ، يكون الناتج 0. إذا كانا مختلفين ، فسيكون 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NAND (Y نفي): هو المنتج المنطقي المنفي ، أي معكوس AND. يشبه استخدام NOT في الإخراج AND لعكس بتات الإخراج. لذلك فإن النتائج هي:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- ولا (أو مرفوض): المجموع المنطقي المنفي ، أو ما هو نفسه ، OR مع ناتجها السالب ، مما يؤدي إلى معكوس OR.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
- XNOR (حصريًا NOR): إنه مثل تطبيق المكمل الثنائي على بوابة XOR. أي ، قم بإجراء عملية AB + A'B. مرات B المضافة إلى A مرات B تم رفضها. لذلك ، ستكون النواتج مثل تلك الخاصة بـ XOR المقلوب:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
تعد كل من NOR و NAND من أكثر البوابات إثارة للاهتمام ، حيث تُعرف باسم بوابات منطقية عالمية. أي أنه يمكنك إنشاء دوائر معهم فقط لتمثيل أي نوع آخر من البوابات المنطقية. هذا مهم ، لأنه إذا اشتريت رقائق بهذه الأبواب ، يمكنك الحصول على جميع الوظائف. على سبيل المثال ، إذا تم تجسير مدخلي NOR أو كانت NAND مكافئة لـ NOT. لديك المزيد من المعادلات هنا:
الوظائف: Electronics-tutorials.ws
Te انا انصحلمعرفة المزيد ، استخدم Google دائرة بسيطة مع أي بوابات. ولمعرفة ما يفعله ، قم بعمل نوع من "الهندسة العكسية" ، واتبع خطوط المدخلات والمخرجات وشاهد حالة كل سطر وفقًا للمدخلات المعطاة للمخرجات.
من قبل مثالإذا نظرت إلى الصورة أعلاه ، مخطط التكافؤ لـ OR مع بوابات NAND ، فسترى أنه يتكون من بوابتين NAND مع توصيل مخرجهما وكلا المخرجين ينتقلان إلى NAND أخرى. ضع في اعتبارك ما يلي:
- إذا ذهبت إلى جدول الحقيقة NAND ، فسترى أنه عندما يكون مدخلاه 0 يكون الناتج 1 ، وعندما يكون مدخلاه 1 يكون الناتج 0.
- عندما يتم ربطهما ، إذا كان الإدخال هو 1 (أحدهما يدخل كليهما) ، تكون النتيجة 0. وعندما يكون الإدخال 0 (كلاهما صفر) ، سيكون الناتج 1 ، وهو ما يعادل NOT.
- لذلك ، لدينا اثنين من NOT للبتين A و B. عند إخراجهما ، سيكون لدينا بالتالي A 'و B'.
- يذهب هذان النفيان إلى NAND الأخيرة ، والتي ستؤدي إلى حاصل ضرب منطقي عكسي لهاتين البتتين.
- وفقًا لقوانين المنطق ، فإن هذا يساوي المجموع المباشر ، أي A + B. لذلك ستكون النتيجة النهائية كما لو كانت OR ...
سلسلة رقاقة بوابة المنطق - من أين تشتري
-
- شريحة DIP لبوابة المنطق
-
- رسم تخطيطي داخلي للرقاقة
يمكنك في المتاجر المتخصصة في الإلكترونيات شراء رقائق رخيصة مع بوابات منطقية لبدء استخدامها في مشاريعك. هذه الرقائق ليست بوابة منطقية واحدة ، لكنها تسمح لك بالحصول على العديد منها بحيث يمكنك ربط مدخلاتها ومخرجاتها حسب حاجتك. على سبيل المثال ، في الرسم البياني في الصورة أعلاه ، يمكنك رؤية pinout النموذجي لشريحة DIP ذات 4 بوابات NAND. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي أيضًا على دبابيس للطاقة (Vcc و GND).
هنا بعض توصيات الشراء:
- لا توجد منتجات.
- Huaban: مجموعة مكونة من 30 شريحة مع بوابات NAND عالمية.
- Zebulon: مجموعة شرائح 120 CMOS.
الموارد الأخرى
لمعرفة المزيد حول كيفية تنفيذ هذه البوابات وكيفية البدء في إنشاء دوائر معهم ، يمكنك الاستفادة من هذه الموارد البشرية ماذا أنصح:
- برنامج SimulIDE لتكون قادرة على محاكاة عمل هذه الدوائر مع البوابات. إنه مجاني ومفتوح المصدر ومتعدد المنصات.
- آلة حاسبة ثنائية على الإنترنت (يمكنك أيضًا استخدام حاسبة نظام التشغيل في الوضع الثنائي).
- لا توجد منتجات.
- كتاب دوائر المنطق الرقمي: من التصميم إلى التجربة.
المنطق الرقمي مع اردوينو
موارد أخرى ماذا لديك بين يديك إذا كان لديك بالفعل لوحة Arduino UNO بين يديك استخدم Arduino IDE لإنشاء الرسومات التي تحاكي هذه الوظائف المنطقية ، على سبيل المثال ، لرؤية النتيجة بطريقة أكثر وضوحًا باستخدام مصباح LED يحاكي إخراج الباب. على سبيل المثال ، وضع مؤشر LED على الطرف 7 واستخدام 8 و 9 كمدخلات A و B:
int pinOut = 7;
int pinA = 8;
int pinB = 9;
void setup()
{
pinMode(pinOut, OUTPUT);
pinMode(pinA, INPUT);
pinMode(pinB, INPUT);
}
void loop()
{
boolean pinAState = digitalRead(pinA);
boolean pinBState = digitalRead(pinB);
boolean pinOutState;
//AND
pinOutState =pinAState & pinBState;
digitalWrite(pinOut, pinOutState);
}
هنا تم استخدام وظيفة AND (&) ، كما ترى ، ولكن يمكنك استبدال هذا السطر من التعليمات البرمجية تحت // AND سطر بآخرين لاستخدامه وظائف المنطق الأخرى:
//OR pinOutState = pinAState | pinBState; //NOT pinOutState = !pinAState; //XOR pinOutState = pinAState ^ pinBState; //NAND pinOutState = !(pinAState & pinBState); //NOR pinOutState = !(pinAState | pinBState); //XNOR pinOutState = !(pinAState ^ pinBState);