Λογικές πύλες: όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε

λογικές πύλες

ο Οι λογικές πύλες είναι η βάση των ψηφιακών ηλεκτρονικών. Για το λόγο αυτό, είναι πολύ σημαντικά και αν θέλετε να ξεκινήσετε να εργάζεστε μαζί τους, θα πρέπει να γνωρίζετε τι είναι, πώς συγκροτούνται και τη λειτουργία τους. Μπορείτε λοιπόν να χρησιμοποιήσετε τη σειρά από μάρκες που υπάρχουν στην αγορά που έχουν τέτοιου τύπου πόρτες ώστε να ξεκινήσετε να φτιάχνετε τα δικά σας έργα λειτουργώντας με αυτή τη λογική.

Αυτές οι πόρτες, σε συνδυασμό με άλλες ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ, και μάλιστα με πιάτα όπως Arduino, μπορούν να δώσουν πολύ παιχνίδι στους δημιουργούς όπως μπορείτε να δείτε και μόνοι σας.

Τι είναι οι λογικές πύλες;

ψηφιακό λογικό κύκλωμα

ο λογικές πύλες αποτελούν θεμελιώδη στοιχεία της ψηφιακής λογικής για την υλοποίηση ψηφιακών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Αυτές οι πύλες παρέχουν σήματα χαμηλής (0) ή υψηλής (1) τάσης στην έξοδο τους ανάλογα με την κατάσταση των εισόδων τους. Γενικά έχουν μία έξοδο και δύο εισόδους, αλλά μπορεί να υπάρχουν πόρτες με περισσότερες από 2 εισόδους. Επιπλέον, υπάρχουν ιδιαιτερότητες όπως η πύλη αναστροφής ή ΟΧΙ, έχει μόνο μία είσοδο και μία έξοδο.

Χάρη σε αυτές τις εισόδους και εξόδους Boolean μπορείτε να λάβετε στοιχειώδεις δυαδικές λογικές πράξεις, όπως πρόσθεση, πολλαπλασιασμός, άρνηση κ.λπ.

Πώς εφαρμόζονται;

Οι λογικές πύλες δεν μπορούν να εφαρμοστούν μόνο με έναν τρόπο. Στην πραγματικότητα, γι' αυτό υπάρχουν διαφορετικά λογικές οικογένειες. Κάθε μία από αυτές τις οικογένειες θα εφαρμόσει την πύλη με έναν τρόπο, χρησιμοποιώντας διαφορετικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

Με παράδειγμαΕάν χρησιμοποιείται TTL για το τσιπ, οι πύλες θα αποτελούνται από διπολικά τρανζίστορ, ενώ η λογική CMOS βασίζεται αποκλειστικά σε τρανζίστορ MOSFET. Εκτός από αυτές τις δύο οικογένειες, που είναι συνήθως οι πιο δημοφιλείς, υπάρχουν και άλλες όπως BiCMOS (συνδυάζει διπολικά και CMOS τρανζίστορ), RTL (αντιστάσεις και διπολικά τρανζίστορ), DTL (δίοδοι και τρανζίστορ), ECL, IIL κ.λπ.

Δεν υπάρχει μια οικογένεια πολύ καλύτερη από μια άλλη, θα εξαρτηθεί από την εφαρμογή. Αλλά παρόλα αυτά, CMOS Είναι ένα από τα πιο χρησιμοποιούμενα σε προηγμένα κυκλώματα, όπως CPU, MCU, GPU, μνήμη κ.λπ. Για άλλα απλούστερα κυκλώματα είναι επίσης σύνηθες να βρεθεί το TTL.

εφαρμογές

απλός αθροιστής

Οι εφαρμογές αυτών των λογικών πυλών είναι ατελείωτες. Με αυτά τα απαραίτητα «τούβλα» μπορείτε να χτίσετε πλήθος ψηφιακών κυκλωμάτων. Από έναν απλό αθροιστή, σε μια πολύπλοκη CPU, μέσα από πολλά άλλα κυκλώματα που μπορείτε να φανταστείτε. Στην πραγματικότητα, πολλά από τα συστήματα που χρησιμοποιείτε καθημερινά, όπως ο υπολογιστής σας, η τηλεόραση, το κινητό σας κ.λπ., διαθέτουν δισεκατομμύρια λογικές πύλες.

Για να δημιουργηθούν αυτά τα κυκλώματα, είναι απαραίτητο να έχουμε γνώσεις ψηφιακής λογικής, άλγεβρας Boole, καλή γνώση του δυαδικού συστήματος, απλοποίησης συναρτήσεων κ.λπ. Όλα αυτά θα έδιναν πολλά ακόμα άρθρα, αλλά θα ήταν ενδιαφέρον...

Un πρακτικό παράδειγμα της εφαρμογής των λογικών πυλών θα ήταν αυτός ο απλός αθροιστής που μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα. Είναι ένα πολύ απλό κύκλωμα, το οποίο μπορεί να προσθέσει δύο bit (Α και Β) στις εισόδους του για να δώσει το αποτέλεσμα Sum, και επίσης το Carry, δηλαδή αυτό που αφαιρείς… Μπορείτε να δείτε τα αποτελέσματα που θα δώστε στον παρακάτω πίνακα:

A B Άθροισμα Carry Δυαδικό αποτέλεσμα
0 0 0 0 00
0 1 1 0 01
1 0 1 0 01
1 1 0 1 10

Αν κοιτάξετε αυτόν τον πίνακα, αν προσθέσετε 0 + 0 σε δυαδικό σύστημα, σας δίνει 0, αν προσθέσετε 1 + 0 είναι 1, αλλά αν προσθέσετε 1 + 1 θα έδινε 2, το οποίο στο δυαδικό σύστημα αντιστοιχεί στο 10.

Τύποι λογικών πυλών

ΣΥΜΒΟΛΑ λογικές πύλες

Όσο για τύπους λογικών πυλών, έχετε έναν καλό αριθμό από αυτά, αν και τα πιο χρησιμοποιημένα είναι τα ακόλουθα (με τους πίνακες αλήθειας):

Όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, υπάρχουν αρκετές ονοματολογίες που αναπαριστούν λογικές πύλες σε κυκλώματα. Το πιο διαδεδομένο είναι το ANSI (δεύτερη σειρά), αν και καλό είναι να γνωρίζετε τα ισοδύναμα για να μπορείτε να ερμηνεύετε άλλα κυκλώματα με άλλες μορφές (DIN ή γερμανικά, BS ή βρετανικά, IEC, NEMA, ...).
  • Buffer (Ναι): είναι γνωστό ως buffer ή direct gate, αφού η έξοδος του θα έχει την ίδια κατάσταση με την είσοδο του. Αν και μπορεί να φαίνεται άχρηστο, σε πολλά λογικά κυκλώματα χρησιμοποιείται συχνά ως ενισχυτής ρεύματος ή ως ακολουθητής τάσης.
Είσοδος Έξοδος
0 0
1 1
  • ΟΧΙ (inverter): είναι η λογική άρνηση (¬ o '), δηλαδή αντιστρέφει το bit στην έξοδο του.
Είσοδος Έξοδος
0 1
1 0
  • ΚΑΙ (Y): αυτή η άλλη πύλη εκτελεί μια συνάρτηση προϊόντος (·) των δυαδικών bit της εισόδου της. Δηλαδή, θα ήταν σαν να πολλαπλασιάζαμε το Α και το Β. Επομένως, οτιδήποτε με το μηδέν είναι μηδέν, θα έδινε μόνο ένα στην έξοδο του εάν και οι δύο είσοδοι είναι 1. Εξ ου και το όνομά του 1 ΚΑΙ 1.
A B S
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
  • ΧΡΥΣΟΣ): Αυτή η άλλη πύλη εκτελεί μια λειτουργία λογικής πρόσθεσης (+). Δηλαδή, Είτε η μία έξοδος είτε η άλλη, Ή και οι δύο πρέπει να είναι στο 1 για να είναι 1. Όταν και οι δύο είναι 0, η έξοδος είναι επίσης 0.
A B S
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
  • XOR (ή αποκλειστικό): Αυτό το αποκλειστικό OR εκτελεί τη συνάρτηση Boole A'B + AB ', και το σύμβολο του είναι

    . Στην περίπτωση αυτή, αν οι δύο είσοδοι του είναι ίσες, η έξοδος είναι 0. Αν είναι διαφορετικές, τότε θα είναι 1.

A B S
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
  • NAND (Υ αρνήθηκε): είναι το αρνητικό λογικό γινόμενο, δηλαδή το αντίστροφο του ΚΑΙ. Είναι σαν να χρησιμοποιείτε ένα NOT στην έξοδο AND για να αντιστρέψετε τα bit εξόδου. Επομένως, τα αποτελέσματα είναι:
A B S
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
  • ΟΥΤΕ (Ή απορρίφθηκε): το αναιρεθέν λογικό άθροισμα, ή ό,τι είναι το ίδιο, ένα OR με την αρνούμενη έξοδο του, με αποτέλεσμα το αντίστροφο του OR.
A B S
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
  • XNOR (αποκλειστικό NOR): είναι σαν να εφαρμόζεις το δυαδικό συμπλήρωμα σε μια πύλη XOR. Δηλαδή, εκτελέστε τη λειτουργία AB + A'B '. Το Α φορές το Β προστέθηκε στο Α και το Β απορρίφθηκε. Επομένως, οι έξοδοι θα είναι όπως αυτές του ανεστραμμένου XOR:
A B S
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Τόσο το NOR όσο και το NAND είναι δύο από τις πιο ενδιαφέρουσες πύλες, αφού είναι γνωστές ως καθολικές λογικές πύλες. Δηλαδή, μπορείτε να φτιάξετε κυκλώματα μόνο με αυτά για να αντιπροσωπεύσετε οποιοδήποτε άλλο είδος λογικής πύλης. Αυτό είναι σημαντικό, αφού αν αγοράσετε μάρκες με αυτές τις πόρτες, μπορείτε να έχετε όλες τις λειτουργίες. Για παράδειγμα, εάν οι δύο είσοδοι ενός NOR γεφυρώνονται ή ένα NAND είναι ισοδύναμο με ένα NOT. Έχετε περισσότερα ισοδύναμα εδώ:

ισοδύναμες πόρτες

Λειτουργίες: electronics-tutorials.ws

Te ΣυμβουλεύωΓια να μάθετε περισσότερα, αναζητήστε στο Google ένα απλό κύκλωμα με οποιεσδήποτε πύλες. Και για να μάθετε τι κάνει, κάντε ένα είδος "αντίστροφης μηχανικής", ακολουθήστε τις γραμμές των εισόδων και εξόδων και δείτε την κατάσταση κάθε γραμμής σύμφωνα με τις εισόδους που δίνονται στην έξοδο.

Με παράδειγμαΑν κοιτάξετε την παραπάνω εικόνα, το διάγραμμα ισοδυναμίας ενός OR με πύλες NAND, θα δείτε ότι αποτελείται από δύο πύλες NAND με την έξοδο τους γεφυρωμένη και και οι δύο έξοδοι πηγαίνουν σε μια άλλη NAND. Έχετε υπόψη σας τα εξής:

  • Αν πάτε στον πίνακα αλήθειας NAND, θα δείτε ότι όταν οι δύο είσοδοι του είναι 0, η έξοδος είναι 1 και όταν οι δύο είσοδοι είναι 1, η έξοδος είναι 0.
  • Καθώς γεφυρώνονται, εάν η είσοδος είναι 1 (το ένα εισάγει και τα δύο), το αποτέλεσμα είναι 0. Και όταν η είσοδος είναι 0 (και τα δύο μηδέν), η έξοδος θα είναι 1, που ισοδυναμεί με ένα ΟΧΙ.
  • Επομένως, έχουμε δύο NOT για τα bit A και B. Στην έξοδο τους θα έχουμε ως εκ τούτου A 'και B'.
  • Αυτές οι δύο άρνηση πηγαίνουν στο τελευταίο NAND, το οποίο θα εκτελέσει ένα αντίστροφο λογικό γινόμενο αυτών των δύο bit.
  • Σύμφωνα με τους νόμους της λογικής, αυτό ισοδυναμεί με το άμεσο άθροισμα, δηλαδή Α + Β. Επομένως, το τελικό αποτέλεσμα θα είναι σαν να ήταν ένα Ή ...

Logic Gate Chip Series - Πού να αγοράσετε

Σε καταστήματα εξειδικευμένα στα ηλεκτρονικά μπορείτε αγοράστε φτηνές μάρκες με λογικές πύλες για να αρχίσετε να χρησιμοποιείτε στα έργα σας. Αυτά τα τσιπ δεν είναι μια ενιαία λογική πύλη, αλλά σας επιτρέπουν να έχετε πολλά από αυτά, ώστε να μπορείτε να συνδέσετε τις εισόδους και τις εξόδους τους όπως χρειάζεστε. Για παράδειγμα, στο διάγραμμα στην παραπάνω εικόνα μπορείτε να δείτε ένα τυπικό pinout ενός τσιπ DIP με 4 πύλες NAND. Επιπλέον, διαθέτει επίσης δύο ακροδέκτες για τροφοδοσία (Vcc και GND).

Εδώ είναι μερικοί προτάσεις αγοράς:

Άλλοι πόροι

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με το πώς να εφαρμόσετε αυτές τις πύλες και πώς να ξεκινήσετε τη δημιουργία κυκλωμάτων με αυτές, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτές τις Άλλοι πόροι τι προτείνω:

Ψηφιακή λογική με το Arduino

Arduino UNO λειτουργίες millis

Άλλος πόρος τι έχεις στα χέρια σου αν έχεις ήδη Ενα πιατο Arduino UNO στα χέρια σου είναι χρησιμοποιήστε το Arduino IDE για να δημιουργήσετε σκίτσα που προσομοιώνουν αυτές τις λογικές λειτουργίες για να δείτε, για παράδειγμα, το αποτέλεσμα με πιο οπτικό τρόπο με ένα LED που προσομοιώνει την έξοδο της πόρτας. Για παράδειγμα, τοποθετώντας ένα LED στον ακροδέκτη 7 και χρησιμοποιώντας τα 8 και 9 ως εισόδους Α και Β:

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);
}

Μια συνάρτηση AND (&) έχει χρησιμοποιηθεί εδώ, όπως μπορείτε να δείτε, αλλά μπορείτε να αντικαταστήσετε αυτήν τη γραμμή κώδικα κάτω από τη γραμμή // AND με άλλες προς χρήση άλλες λογικές συναρτήσεις:

//OR
pinOutState = pinAState | pinBState;

//NOT
pinOutState = !pinAState;

//XOR
pinOutState = pinAState ^ pinBState;

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

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

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


Γίνε ο πρώτος που θα σχολιάσει

Αφήστε το σχόλιό σας

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

*

*

  1. Υπεύθυνος για τα δεδομένα: Miguel Ángel Gatón
  2. Σκοπός των δεδομένων: Έλεγχος SPAM, διαχείριση σχολίων.
  3. Νομιμοποίηση: Η συγκατάθεσή σας
  4. Κοινοποίηση των δεδομένων: Τα δεδομένα δεν θα κοινοποιούνται σε τρίτους, εκτός από νομική υποχρέωση.
  5. Αποθήκευση δεδομένων: Βάση δεδομένων που φιλοξενείται από τα δίκτυα Occentus (ΕΕ)
  6. Δικαιώματα: Ανά πάσα στιγμή μπορείτε να περιορίσετε, να ανακτήσετε και να διαγράψετε τις πληροφορίες σας.