Die Logikgatter sind die Basis der digitalen Elektronik. Aus diesem Grund sind sie sehr wichtig, und wenn Sie mit ihnen arbeiten möchten, sollten Sie wissen, was sie sind, wie sie beschaffen sind und welche Funktion sie haben. Sie können also die auf dem Markt erhältlichen Chipserien mit dieser Art von Türen verwenden, um Ihre eigenen Projekte mit dieser Logik zu erstellen.
Diese Türen, kombiniert mit anderen Elektronische Bauteile, und sogar mit Tellern wie Arduino, Sie können den Machern viel Spiel geben wie Sie selbst sehen können.
Was sind Logikgatter?
Die Logikgatter sie sind grundlegende Elemente der digitalen Logik für die Implementierung digitaler elektronischer Schaltungen. Diese Gatter liefern je nach Zustand ihrer Eingänge niedrige (0) oder hohe (1) Spannungssignale an ihrem Ausgang. Sie haben in der Regel einen Ausgang und zwei Eingänge, es kann jedoch auch Türen mit mehr als 2 Eingängen geben. Hinzu kommen Besonderheiten wie das invertierende Gatter oder NOT, es hat nur einen Eingang und einen Ausgang.
Dank dieser booleschen Ein- und Ausgänge erhalten Sie elementare binäre logische Verknüpfungen, wie Addition, Multiplikation, Negation usw.
Wie werden sie umgesetzt?
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- NAND-Gatter in TTL
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- NAND-Gatter im CMOS
Logische Gatter können nicht nur auf eine Weise implementiert werden. Tatsächlich gibt es deshalb verschiedene logische Familien. Jede dieser Familien wird das Gate auf eine Weise implementieren, wobei unterschiedliche elektronische Komponenten verwendet werden.
von ejemploWird TTL für den Chip verwendet, bestehen die Gates aus Bipolartransistoren, während die CMOS-Logik ausschließlich auf MOSFET-Transistoren basiert. Neben diesen beiden Familien, die normalerweise die beliebtesten sind, gibt es noch andere wie BiCMOS (kombiniert Bipolar- und CMOS-Transistoren), RTL (Widerstände und Bipolartransistoren), DTL (Dioden und Transistoren), ECL, IIL usw.
Es gibt keine Familie, die viel besser ist als eine andere, es hängt von der Anwendung ab. Aber trotzdem, CMOS Es ist eines der am häufigsten verwendeten in fortschrittlichen Schaltungen wie CPU, MCU, GPU, Speicher usw. Für andere einfachere Schaltungen ist es auch üblich, die TTL zu finden.
Anwendungen
Die Anwendungen dieser Logikgatter sind endlos. Mit diesen essentiellen "Steinen" kannst du bauen Vielzahl von digitalen Schaltungen. Von einem einfachen Addierer über eine komplexe CPU bis hin zu vielen anderen Schaltungen, die Sie sich vorstellen können. Tatsächlich verfügen viele der Systeme, die Sie täglich verwenden, wie Ihr PC, Ihr Fernseher, Ihr Mobiltelefon usw., über Milliarden von Logikgattern.
Un praktisches Beispiel Anwendung von Logikgattern wäre dieser einfache Addierer, den Sie im obigen Bild sehen können. Es ist eine sehr einfache Schaltung, die in der Lage ist, zwei Bits (A und B) in ihren Eingängen zu addieren, um das Summenergebnis und auch den Übertrag zu erhalten, d gib in die folgende Tabelle ein:
| A | B | Sum | Tragen | Binäres Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 00 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 10 |
Wenn Sie sich diese Tabelle ansehen, erhalten Sie, wenn Sie 0 + 0 im Binärsystem addieren, 0, wenn Sie 1 + 0 hinzufügen, ist es 1, aber wenn Sie 1 + 1 hinzufügen, würde es 2 ergeben, was im Binärsystem 10 entspricht.
Arten von Logikgattern
Wie für Arten von Logikgattern, Sie haben eine gute Anzahl davon, obwohl die folgenden am häufigsten verwendet werden (mit ihren Wahrheitstabellen):
- Puffer (Ja): es wird als Puffer oder direktes Gate bezeichnet, da sein Ausgang den gleichen Zustand wie sein Eingang hat. Obwohl es nutzlos erscheinen mag, wird es in vielen Logikschaltungen oft als Stromverstärker oder als Spannungsfolger verwendet.
| Eingang | Ausgang |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
- NICHT (Wechselrichter): ist die logische Negation (¬ o'), dh sie invertiert das Bit an ihrem Ausgang.
| Eingang | Ausgang |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
- ANDY): dieses andere Gatter führt eine Produktfunktion (·) der binären Bits seines Eingangs aus. Das heißt, es wäre, als würde man A und B multiplizieren. Daher ist alles mit Null Null, es würde nur eins an seinen Ausgang geben, wenn beide Eingänge 1 sind. Daher der Name 1 UND 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
- GOLD): dieses andere Gatter führt eine logische Additionsoperation (+) durch. Das heißt, entweder einer seiner Ausgänge ODER der andere ODER beide müssen auf 1 sein, damit sein Ausgang 1 ist. Wenn beide 0 sind, ist auch der Ausgang 0.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
- XOR (oder exklusiv): Dieses exklusive ODER führt die boolesche Funktion A'B + AB ' aus, und sein Symbol ist
. In diesem Fall, wenn die beiden Eingänge gleich sind, ist der Ausgang 0. Wenn sie unterschiedlich sind, ist er 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NAND (Y negiert): ist das negierte logische Produkt, d. h. die Umkehrung von UND. Es ist, als ob Sie ein NOT am UND-Ausgang verwenden, um die Ausgangsbits zu invertieren. Daher sind die Ergebnisse:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NOR (Oder verweigert): die negierte logische Summe, oder was gleich ist, ein ODER mit seinem negierten Ausgang, was die Umkehrung des ODERs ergibt.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
- XNOR (exklusives NOR): es ist, als würde man das binäre Komplement auf ein XOR-Gatter anwenden. Das heißt, führen Sie die Operation AB + A'B' durch. A mal B addiert zu A mal B verweigert. Daher sind die Ausgaben wie beim invertierten XOR:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Sowohl NOR als auch NAND sind zwei der interessantesten Gatter, da sie bekannt sind als universelle Logikgatter. Das heißt, Sie können nur mit ihnen Schaltungen erstellen, um jede andere Art von Logikgatter darzustellen. Dies ist wichtig, denn wenn Sie Chips mit diesen Türen kaufen, können Sie alle Funktionen haben. Zum Beispiel, wenn die beiden Eingänge eines NOR gebrückt sind oder ein NAND einem NICHT entspricht. Sie haben hier mehr Äquivalente:
Funktionen: electronics-tutorials.ws
Te ich rateUm mehr zu erfahren, googeln Sie eine einfache Schaltung mit beliebigen Toren. Und um herauszufinden, was es tut, führen Sie eine Art "Reverse Engineering" durch, folgen Sie den Zeilen der Ein- und Ausgänge und sehen Sie den Status jeder Zeile entsprechend den Eingaben an den Ausgang.
von ejemploWenn Sie sich das obige Bild ansehen, das Äquivalenzdiagramm eines ODER mit NAND-Gattern, sehen Sie, dass es aus zwei NAND-Gattern besteht, deren Ausgang gebrückt ist und beide Ausgänge zu einem anderen NAND gehen. Beachten Sie Folgendes:
- Wenn Sie zur NAND-Wahrheitstabelle gehen, sehen Sie, dass der Ausgang 0 ist, wenn seine beiden Eingänge 1 sind, und wenn seine beiden Eingänge 1 sind, ist der Ausgang 0.
- Da sie gebrückt sind, ist das Ergebnis 1, wenn die Eingabe 0 ist (einer gibt beide ein), und wenn die Eingabe 0 ist (beide Null), ist die Ausgabe 1, was einem NICHT entspricht.
- Daher haben wir zwei NOTs für die Bits A und B. An deren Ausgang haben wir also A 'und B'.
- Diese beiden Negationen gehen in das letzte NAND, das ein inverses logisches Produkt dieser beiden Bits ausführt.
- Nach den Gesetzen der Logik entspricht dies der direkten Summe, also A + B. Daher wird das Endergebnis so aussehen, als ob es ein ODER wäre ...
Logic Gate Chip-Serie – Bezugsquellen
-
- DIP-Chip für Logikgatter
-
- Internes Diagramm des Chips
In Elektrofachgeschäften können Sie billige Chips kaufen mit Logikgattern, die Sie in Ihren Projekten verwenden können. Diese Chips sind kein einzelnes Logikgatter, aber sie ermöglichen es Ihnen, mehrere davon zu haben, damit Sie ihre Ein- und Ausgänge nach Bedarf verknüpfen können. Im Diagramm im obigen Bild sehen Sie beispielsweise eine typische Pinbelegung eines DIP-Chips mit 4 NAND-Gattern. Darüber hinaus hat es auch zwei Pins für die Stromversorgung (Vcc und GND).
Hier sind einige Kaufempfehlungen:
- Keine Produkte gefunden.
- Huaban: 30-Chip-Kit mit universellen NAND-Gates.
- Zebulon: 120 CMOS-Chip-Kit.
Otros recursos
Um mehr darüber zu erfahren, wie Sie diese Gatter implementieren und wie Sie damit beginnen, Schaltungen zu erstellen, können Sie diese verwenden Weitere Ressourcen was empfehle ich:
- SimulIDE-Software um den Betrieb dieser Schaltungen mit Gattern simulieren zu können. Es ist kostenlos, Open Source und plattformübergreifend.
- Online-Binärrechner (Sie können den Rechner Ihres Betriebssystems auch im Binärmodus verwenden).
- Keine Produkte gefunden.
- Digital Logic Circuits Book: Vom Design zum Experiment.
Digitale Logik mit Arduino
Andere Ressource was hast du in den händen wenn du es schon hast ein Teller Arduino UNO in deinen Händen ist Verwenden Sie Arduino IDE, um Skizzen zu erstellen die diese Logikfunktionen simulieren, um beispielsweise das Ergebnis mit einer LED, die den Ausgang der Tür simuliert, visueller zu sehen. Beispiel: An Pin 7 eine LED anbringen und 8 und 9 als Eingänge A und B verwenden:
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);
}
Hier wurde eine AND (&)-Funktion verwendet, wie Sie sehen können, aber Sie können diese Codezeile unter der // AND-Zeile durch andere ersetzen, die Sie verwenden können andere logische Funktionen:
//OR pinOutState = pinAState | pinBState; //NOT pinOutState = !pinAState; //XOR pinOutState = pinAState ^ pinBState; //NAND pinOutState = !(pinAState & pinBState); //NOR pinOutState = !(pinAState | pinBState); //XNOR pinOutState = !(pinAState ^ pinBState);