Les les portes logiques sont la base de l'électronique numérique. Pour cette raison, ils sont très importants, et si vous voulez commencer à travailler avec eux, vous devez savoir ce qu'ils sont, comment ils sont constitués et leur fonction. Vous pouvez donc utiliser la série de puces qui existent sur le marché et qui ont ce type de portes afin que vous puissiez commencer à créer vos propres projets en travaillant avec cette logique.
Ces portes, combinées à d'autres composants électroniques, et même avec des assiettes comme Arduino, ils peuvent donner beaucoup de jeu aux fabricants comme vous pouvez le constater par vous-même.
Que sont les portes logiques ?
Les des portes logiques ce sont des éléments fondamentaux de la logique numérique pour la mise en oeuvre des circuits électroniques numériques. Ces portes fournissent des signaux de tension basse (0) ou haute (1) à leur sortie selon l'état de leurs entrées. Ils ont généralement une sortie et deux entrées, mais il peut y avoir des portes avec plus de 2 entrées. De plus, il existe des particularités telles que la porte inverseuse ou NON, elle n'a qu'une entrée et une sortie.
Grâce à ces entrées et sorties booléennes, vous pouvez obtenir opérations logiques binaires élémentaires, comme l'addition, la multiplication, la négation, etc.
Comment sont-ils mis en œuvre?
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- Porte NAND en TTL
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- Porte NAND dans CMOS
Les portes logiques ne peuvent pas être mises en œuvre que d'une seule manière. En fait, c'est pourquoi il existe différents familles logiques. Chacune de ces familles implémentera le portail d'une manière, en utilisant des composants électroniques différents.
Par exempleSi TTL est utilisé pour la puce, les grilles seront constituées de transistors bipolaires, tandis que la logique CMOS est basée uniquement sur des transistors MOSFET. En plus de ces deux familles, qui sont généralement les plus populaires, il en existe aussi d'autres comme les BiCMOS (combinant transistors bipolaires et CMOS), RTL (résistances et transistors bipolaires), DTL (diodes et transistors), ECL, IIL, etc.
Il n'y a pas une famille bien meilleure qu'une autre, cela dépendra de l'application. Cependant, CMOS C'est l'un des circuits les plus utilisés dans les circuits avancés, tels que CPU, MCU, GPU, mémoire, etc. Pour d'autres circuits plus simples, il est également courant de trouver le TTL.
applications
Les applications de ces portes logiques sont infinies. Avec ces « briques » essentielles, vous pouvez construire multitude de circuits numériques. D'un simple additionneur, à un processeur complexe, en passant par de nombreux autres circuits que vous pouvez imaginer. En fait, de nombreux systèmes que vous utilisez quotidiennement, tels que votre PC, votre téléviseur, votre mobile, etc., ont des milliards de portes logiques.
Un exemple pratique d'application des portes logiques serait ce simple additionneur que vous pouvez voir dans l'image ci-dessus. C'est un circuit très simple, qui est capable d'ajouter deux bits (A et B) dans ses entrées pour donner le résultat Sum, et aussi le Carry, c'est-à-dire ce que vous en retirez... Vous pouvez voir les résultats qu'il donnerait donner dans le tableau suivant :
| A | B | Somme | Porter | Résultat binaire |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 00 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 10 |
Si vous regardez ce tableau, si vous ajoutez 0 + 0 en binaire cela vous donne 0, si vous ajoutez 1 + 0 c'est 1, mais si vous ajoutez 1 + 1 cela donnerait 2, ce qui en système binaire correspond à 10.
Types de portes logiques
En ce qui concerne types de portes logiques, vous en avez un bon nombre, bien que les plus utilisées soient les suivantes (avec leurs tables de vérité) :
- Tampon (Oui) : il est connu sous le nom de buffer ou de porte directe, car sa sortie aura le même état que son entrée. Bien que cela puisse sembler inutile, dans de nombreux circuits logiques, il est souvent utilisé comme amplificateur de courant ou comme suiveur de tension.
| entrée | Départ |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
- NON (onduleur): est la négation logique (¬ o '), c'est-à-dire qu'elle inverse le bit à sa sortie.
| entrée | Départ |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
- ANDY): cette autre porte réalise une fonction produit (·) des bits binaires de son entrée. C'est-à-dire que ce serait comme multiplier A et B. Par conséquent, tout par zéro est zéro, cela ne donnerait qu'un à sa sortie si les deux entrées sont 1. D'où son nom 1 ET 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
- OR): cette autre porte effectue une opération d'addition logique (+). C'est-à-dire que l'une de ses sorties OU l'autre, OU les deux doivent être à 1 pour que sa sortie soit à 1. Lorsque les deux sont à 0, la sortie est également à 0.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
- XOR (ou exclusif) : Ce OU exclusif exécute la fonction booléenne A'B + AB', et son symbole est
. Dans ce cas, si ses deux entrées sont égales, la sortie est 0. Si elles sont différentes, alors ce sera 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NAND (Y nié) : est le produit logique nié, c'est-à-dire l'inverse du ET. C'est comme utiliser un NOT sur la sortie AND pour inverser les bits de sortie. Par conséquent, les résultats sont :
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NOR (Ou refusé) : la somme logique niée, ou ce qui est le même, un OU avec sa sortie négative, résultant en l'inverse du OU.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
- XNOR (exclus NOR) : c'est comme appliquer le complément binaire à une porte XOR. C'est-à-dire effectuer l'opération AB + A'B'. A fois B ajouté à A fois B refusé. Par conséquent, les sorties seront comme celles du XOR inversé :
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
NOR et NAND sont deux des portes les plus intéressantes, car elles sont connues sous le nom de portes logiques universelles. C'est-à-dire que vous ne pouvez créer des circuits qu'avec eux pour représenter tout autre type de porte logique. C'est important, car si vous achetez des puces avec ces portes, vous pouvez avoir toutes les fonctions. Par exemple, si les deux entrées d'un NOR sont pontées ou si un NAND est équivalent à un NOT. Vous avez plus d'équivalents ici :
Fonctions : electronics-tutorials.ws
Te je vous conseillePour en savoir plus, recherchez sur Google un circuit simple avec toutes les portes. Et pour savoir ce qu'il fait, faites une sorte de "reverse engineering", suivez les lignes des entrées et des sorties et voyez l'état de chaque ligne en fonction des entrées données à la sortie.
Par exempleSi vous regardez l'image ci-dessus, le diagramme d'équivalence d'un OU avec des portes NAND, vous verrez qu'il se compose de deux portes NAND avec leur sortie pontée et les deux sorties vont à une autre NAND. Gardez ce qui suit à l'esprit :
- Si vous allez à la table de vérité NAND, vous verrez que lorsque ses deux entrées sont à 0, la sortie est à 1, et lorsque ses deux entrées sont à 1, la sortie est à 0.
- Comme ils sont pontés, si l'entrée est 1 (on entre les deux), le résultat est 0. Et quand l'entrée est 0 (les deux zéro), la sortie sera 1, ce qui équivaut à un NON.
- On a donc deux NOT pour les bits A et B. A leur sortie on aura donc A' et B'.
- Ces deux négations vont dans la dernière NAND, qui effectuera un produit logique inverse de ces deux bits.
- Selon les lois de la logique, cela équivaut à la somme directe, c'est-à-dire A + B. Par conséquent, le résultat final sera comme s'il s'agissait d'une salle d'opération ...
Série de puces Logic Gate - Où acheter
-
- Puce DIP de porte logique
-
- Schéma interne de la puce
Dans les magasins spécialisés en électronique, vous pouvez acheter des chips pas cher avec des portes logiques pour commencer à utiliser dans vos projets. Ces puces ne sont pas une seule porte logique, mais elles vous permettent d'en avoir plusieurs afin de pouvoir lier leurs entrées et sorties selon vos besoins. Par exemple, dans le schéma de l'image ci-dessus, vous pouvez voir un brochage typique d'une puce DIP avec 4 portes NAND. De plus, il dispose également de deux broches pour l'alimentation (Vcc et GND).
En voici quelques uns recommandations d'achat:
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- Huaban : kit de 30 puces avec portes NAND universelles.
- Zebulon : kit de puces 120 CMOS.
D'autre resources:
Pour en savoir plus sur la mise en œuvre de ces portes et comment commencer à créer des circuits avec elles, vous pouvez utiliser ces Une autre ressource qu'est-ce que je recommande :
- Logiciel SimulIDE pouvoir simuler le fonctionnement de ces circuits à portes. C'est gratuit, open source et multiplateforme.
- Calculatrice binaire en ligne (Vous pouvez également utiliser la calculatrice de votre système d'exploitation en mode binaire).
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- Livre de circuits logiques numériques : de la conception à l'expérimentation.
Logique numérique avec Arduino
Autre ressource qu'avez-vous entre les mains si vous avez déjà une assiette Arduino UNO dans tes mains est utiliser Arduino IDE pour créer des croquis qui simulent ces fonctions logiques pour, par exemple, voir le résultat d'une manière plus visuelle avec une LED qui simule la sortie de la porte. Par exemple, en mettant une LED sur la broche 7 et en utilisant 8 et 9 comme entrées A et 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);
}
Une fonction AND (&) a été utilisée ici, comme vous pouvez le voir, mais vous pouvez remplacer cette ligne de code sous la ligne // AND par d'autres à utiliser autres fonctions logiques:
//OR pinOutState = pinAState | pinBState; //NOT pinOutState = !pinAState; //XOR pinOutState = pinAState ^ pinBState; //NAND pinOutState = !(pinAState & pinBState); //NOR pinOutState = !(pinAState | pinBState); //XNOR pinOutState = !(pinAState ^ pinBState);