Logické brány: vše, co potřebujete vědět

the logická hradla jsou základem digitální elektroniky. Z tohoto důvodu jsou velmi důležité, a pokud s nimi chcete začít pracovat, měli byste vědět, co jsou zač, jak se konstituují a jakou mají funkci. Takže můžete použít řadu čipů, které existují na trhu a které mají tento typ dveří, abyste mohli začít vytvářet své vlastní projekty pracující s touto logikou.

Tyto dveře v kombinaci s jinými Elektronické komponentya dokonce i s talíři jako Arduino, mohou tvůrcům hodně zahrát jak můžete sami vidět.

Co jsou to logická hradla?

the logické brány jsou základními prvky číslicové logiky pro implementaci číslicových elektronických obvodů. Tato hradla poskytují na svém výstupu signály nízkého (0) nebo vysokého (1) napětí v závislosti na stavu jejich vstupů. Obvykle mají jeden východ a dva vchody, ale mohou existovat dveře s více než 2 vchody. Navíc jsou tu zvláštnosti jako invertující hradlo nebo NOT, má pouze jeden vstup a jeden výstup.

Díky těmto booleovským vstupům a výstupům můžete získat základní binární logické operace, jako je sčítání, násobení, negace atd.

Jak jsou implementovány?

Logická hradla nelze implementovat pouze jedním způsobem. Ve skutečnosti proto existují různé logické rodiny. Každá z těchto rodin bude bránu implementovat jedním způsobem s použitím různých elektronických součástek.

Por ejemploPokud se pro čip použije TTL, budou hradla tvořena bipolárními tranzistory, zatímco logika CMOS je založena pouze na tranzistorech MOSFET. Kromě těchto dvou rodin, které jsou obvykle nejoblíbenější, existují ještě další jako BiCMOS (kombinuje bipolární a CMOS tranzistory), RTL (odpory a bipolární tranzistory), DTL (diody a tranzistory), ECL, IIL atd.

Není jedna rodina o moc lepší než druhá, bude záležet na aplikaci. Ale přesto, CMOS Je to jeden z nejpoužívanějších v pokročilých obvodech, jako je CPU, MCU, GPU, paměti atd. Pro jiné jednodušší obvody je také běžné najít TTL.

aplikace

Aplikace těchto logických hradel jsou nekonečné. S těmito základními "cihlami" můžete stavět množství digitálních obvodů. Od jednoduché sčítačky, přes složitý CPU, přes mnoho dalších obvodů, které si dokážete představit. Ve skutečnosti mnoho systémů, které používáte každý den, jako je váš počítač, televize, mobil atd., má miliardy logických hradel.

Un praktický příklad aplikace logických hradel by byla tato jednoduchá sčítačka, kterou můžete vidět na obrázku výše. Je to velmi jednoduchý obvod, který je schopen přidat dva bity (A a B) na své vstupy a dát výsledek Sum a také Carry, tedy to, co odeberete... Můžete vidět výsledky, které by uveďte v následující tabulce:

Když se podíváte na tuto tabulku, když sečtete 0 + 0 v binárním systému, dostanete 0, když sečtete 1 + 0, je to 1, ale když sečtete 1 + 1, dostanete 2, což v binárním systému odpovídá 10.

Typy logických hradel

Pokud jde o typy logických hradel, máte jich spoustu, i když nejpoužívanější jsou následující (s jejich pravdivostními tabulkami):

• Vyrovnávací paměť (Ano): je známá jako vyrovnávací paměť nebo přímá brána, protože její výstup bude mít stejný stav jako vstup. I když se to může zdát zbytečné, v mnoha logických obvodech se často používá jako proudový zesilovač nebo jako sledovač napětí.

• NE (střídač): je logická negace (¬ o '), to znamená, že invertuje bit na svém výstupu.

• A (Y): toto druhé hradlo vykonává funkci součinu (·) binárních bitů svého vstupu. To znamená, že by to bylo jako násobení A a B. Proto cokoli nulou je nula, na výstupu by to dalo jedničku, pokud jsou oba vstupy 1. Odtud název 1 AND 1.

• ZLATO): toto druhé hradlo provádí operaci logického sčítání (+). To znamená, že buď jeden z jeho výstupů NEBO druhý, NEBO oba musí být na 1, aby jeho výstup byl 1. Když jsou oba 0, výstup je také 0.

• XOR (nebo exkluzivní): Toto exkluzivní OR provádí booleovskou funkci A'B + AB ' a jeho symbol je

  . V tomto případě, pokud jsou jeho dva vstupy stejné, výstup je 0. Pokud jsou různé, bude to 1.

• NAND (Y negováno): je negovaný logický součin, tj. inverze k AND. Je to jako použití NOT na výstupu AND k invertování výstupních bitů. Proto jsou výsledky:

• NOR (Nebo zamítnuto): negovaný logický součet, nebo co je totéž, OR s jeho negovaným výstupem, což má za následek inverzní hodnotu OR.

• XNOR (exkluzivní NOR): je to jako aplikovat binární doplněk na hradlo XOR. To znamená, že proveďte operaci AB + A'B'. A krát B přidáno k A krát B zamítnuto. Proto budou výstupy jako u invertovaného XOR:

NOR i NAND jsou dvě nejzajímavější brány, protože jsou známé jako univerzální logická hradla. To znamená, že pouze s nimi můžete vytvářet obvody, které reprezentují jakýkoli jiný typ logického hradla. To je důležité, protože pokud si koupíte čipy s těmito dvířky, můžete mít všechny funkce. Například, pokud jsou dva vstupy NOR přemostěny nebo NAND je ekvivalentní NOT. Zde máte více ekvivalentů:

Funkce: electronics-tutorials.ws

Te radímChcete-li se dozvědět více, zadejte do Googlu jednoduchý obvod s libovolnými hradly. A abyste zjistili, co to dělá, proveďte jakousi "reverzní inženýrství", sledujte řádky vstupů a výstupů a podívejte se na stav každého řádku podle vstupů zadaných na výstup.

Por ejemploPokud se podíváte na obrázek výše, diagram ekvivalence OR s hradly NAND, uvidíte, že se skládá ze dvou hradel NAND s přemostěným výstupem a oba výstupy jdou do jiné NAND. Mějte na paměti následující:

• Pokud přejdete na pravdivostní tabulku NAND, uvidíte, že když jsou její dva vstupy 0, výstup je 1, a když jsou jeho dva vstupy 1, výstup je 0.
• Protože jsou přemostěny, je-li vstup 1 (jeden zadá oba), výsledek je 0. A když je vstup 0 (oba nula), výstup bude 1, což je ekvivalentní NE.
• Máme tedy dvě NOT pro bity A a B. Na jejich výstupu tedy budeme mít A 'a B'.
• Tyto dvě negace jdou do poslední NAND, která provede inverzní logický součin těchto dvou bitů.
• Podle zákonů logiky se to rovná přímému součtu, tedy A + B. Konečný výsledek tedy bude, jako by to bylo NEBO ...

Řada čipů Logic Gate – kde koupit

V obchodech specializovaných na elektroniku můžete koupit levné chipsy s logickými hradly, které můžete začít používat ve svých projektech. Tyto čipy nejsou jediným logickým hradlem, ale umožňují vám jich mít několik, abyste mohli propojit jejich vstupy a výstupy, jak potřebujete. Například na schématu na obrázku výše můžete vidět typický pinout DIP čipu se 4 hradly NAND. Kromě toho má také dva kolíky pro napájení (Vcc a GND).

Zde je několik doporučení k nákupu:

• Nebyly nalezeny žádné produkty..
• Huaban: 30čipová sada s univerzálními hradly NAND.
• Zebulon: čipová sada 120 CMOS.

Jiné zdroje

Chcete-li se dozvědět více o tom, jak implementovat tyto brány a jak s nimi začít vytvářet obvody, můžete použít tyto Další zdroje co doporučuji:

• Software SimulIDE aby bylo možné simulovat činnost těchto obvodů s hradly. Je to zdarma, open source a multiplatformní.
• Online binární kalkulačka (Můžete také použít kalkulačku operačního systému v binárním režimu).
• Nebyly nalezeny žádné produkty..
• Kniha Digital Logic Circuits: od návrhu k experimentu.

Digitální logika s Arduinem

Jiný zdroj co máš v rukou, když už máš talíř Arduino UNO ve vašich rukou je k vytváření náčrtů použijte Arduino IDE které simulují tyto logické funkce, abyste například viděli výsledek vizuálněji s LED, která simuluje výstup dveří. Například umístění LED na kolík 7 a použití 8 a 9 jako vstupů A a 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);
}

Zde byla použita funkce AND (&), jak vidíte, ale tento řádek kódu pod řádkem // AND můžete nahradit jinými. další logické funkce:

//OR
pinOutState = pinAState | pinBState;

//NOT
pinOutState = !pinAState;

//XOR
pinOutState = pinAState ^ pinBState;

//NAND
pinOutState = !(pinAState & pinBState);

//NOR
pinOutState = !(pinAState | pinBState);

//XNOR
pinOutState = !(pinAState ^ pinBState);