Logische poorten: alles wat u moet weten

De logische poorten vormen de basis van digitale elektronica. Om deze reden zijn ze erg belangrijk, en als je ermee wilt gaan werken, moet je weten wat ze zijn, hoe ze zijn samengesteld en wat hun functie is. U kunt dus de reeks chips die op de markt zijn met dit type deuren gebruiken, zodat u kunt beginnen met het maken van uw eigen projecten die met deze logica werken.

Deze deuren, gecombineerd met andere Elektronische componenten, en zelfs met platen als Arduino, ze kunnen makers veel speelplezier geven zoals je zelf kunt zien.

Wat zijn logische poorten?

De logische poorten het zijn fundamentele elementen van digitale logica voor de implementatie van digitale elektronische schakelingen. Deze poorten leveren lage (0) of hoge (1) spanningssignalen aan hun uitgang, afhankelijk van de toestand van hun ingangen. Ze hebben over het algemeen één uitgang en twee ingangen, maar er kunnen deuren zijn met meer dan 2 ingangen. Daarnaast zijn er eigenaardigheden zoals de inverterende poort of NIET, deze heeft maar één ingang en één uitgang.

Dankzij deze Booleaanse in- en uitgangen kun je elementaire binaire logische bewerkingen, zoals optellen, vermenigvuldigen, ontkenning, etc.

Hoe worden ze uitgevoerd?

Logische poorten kunnen niet alleen op één manier worden geïmplementeerd. In feite zijn er daarom verschillende logische families. Elk van deze families zal de poort op één manier implementeren, met verschillende elektronische componenten.

door voorbeeld bekijkenAls TTL wordt gebruikt voor de chip, zullen de poorten bestaan ​​uit bipolaire transistors, terwijl de CMOS-logica uitsluitend gebaseerd is op MOSFET-transistoren. Naast deze twee families, die meestal het populairst zijn, zijn er ook andere zoals BiCMOS (combineert bipolaire en CMOS-transistoren), RTL (weerstanden en bipolaire transistors), DTL (diodes en transistors), ECL, IIL, enz.

Er is geen familie die veel beter is dan de andere, het hangt af van de toepassing. Desalniettemin, CMOS Het is een van de meest gebruikte in geavanceerde circuits, zoals CPU, MCU, GPU, geheugen, enz. Voor andere eenvoudigere circuits is het ook gebruikelijk om de TTL te vinden.

toepassingen

De toepassingen van deze logische poorten zijn eindeloos. Met deze essentiële "stenen" kun je bouwen veelvoud aan digitale circuits. Van een simpele opteller tot een complexe CPU, via vele andere circuits die je maar kunt bedenken. In feite hebben veel van de systemen die u elke dag gebruikt, zoals uw pc, uw tv, mobiel enz., miljarden logische poorten.

Un praktisch voorbeeld van toepassing van logische poorten zou deze eenvoudige opteller zijn die u in de bovenstaande afbeelding kunt zien. Het is een heel eenvoudig circuit, dat in staat is om twee bits (A en B) aan zijn ingangen toe te voegen om het Sum-resultaat te geven, en ook de Carry, dat wil zeggen, wat je weghaalt ... Je kunt de resultaten zien die het zou hebben geef in de volgende tabel:

Als je naar deze tabel kijkt, als je 0 + 0 in binair getal optelt, krijg je 0, als je 1 + 0 optelt, is het 1, maar als je 1 + 1 optelt, zou het 2 opleveren, wat in binair systeem overeenkomt met 10.

Soorten logische poorten

Wat soorten logische poorten, je hebt er een groot aantal, hoewel de meest gebruikte de volgende zijn (met hun waarheidstabellen):

• Buffer (Ja): het staat bekend als buffer of directe poort, omdat de uitvoer dezelfde status heeft als de invoer. Hoewel het misschien nutteloos lijkt, wordt het in veel logische circuits vaak gebruikt als stroomversterker of als spanningsvolger.

• NIET (omvormer): is de logische ontkenning (¬ o '), dat wil zeggen, het inverteert het bit aan de uitgang.

• EN (J): deze andere poort voert een productfunctie (·) uit van de binaire bits van zijn invoer. Dat wil zeggen, het zou zijn als het vermenigvuldigen van A en B. Daarom is alles met nul nul, het zou alleen één aan de uitvoer geven als beide ingangen 1 zijn. Vandaar de naam 1 EN 1.

• GOUD): deze andere poort voert een logische optelbewerking uit (+). Dat wil zeggen, een van de uitgangen OF de andere, OF beide moeten op 1 staan ​​om de uitgang 1 te laten zijn. Als beide 0 zijn, is de uitgang ook 0.

• XOR (of exclusief): Deze exclusieve OF voert de Booleaanse functie A'B + AB ' uit, en het symbool is

  . In dit geval, als de twee ingangen gelijk zijn, is de uitgang 0. Als ze verschillend zijn, is het 1.

• NAND (Y genegeerd): is het ontkende logische product, dat wil zeggen, de inverse van de AND. Het is alsof je een NOT op de AND-uitgang gebruikt om de uitgangsbits om te keren. Daarom zijn de resultaten:

• NOR (of geweigerd): de ontkende logische som, of wat hetzelfde is, een OF met zijn ontkende uitvoer, wat resulteert in de inverse van de OF.

• XNOR (exclusief NOR): het is alsof je het binaire complement op een XOR-poort toepast. Dat wil zeggen, voer de AB + A'B 'bewerking uit. A maal B toegevoegd aan A maal B geweigerd. Daarom zullen de uitgangen zijn zoals die van de geïnverteerde XOR:

Zowel NOR als NAND zijn twee van de meest interessante poorten, omdat ze bekend staan ​​als universele logische poorten. Dat wil zeggen, u kunt er alleen circuits mee maken om elk ander type logische poort te vertegenwoordigen. Dit is belangrijk, want als je chips koopt met deze deuren, kun je alle functies hebben. Als bijvoorbeeld de twee ingangen van een NOR zijn overbrugd of een NAND gelijk is aan een NOT. Je hebt hier meer equivalenten:

Functies: electronics-tutorials.ws

Te ik adviseerGoogle voor meer informatie een eenvoudig circuit met eventuele poorten. En om erachter te komen wat het doet, doe een soort "reverse engineering", volg de lijnen van de ingangen en uitgangen en bekijk de status van elke regel volgens de ingangen die aan de uitgang zijn gegeven.

door voorbeeld bekijkenAls je naar de afbeelding hierboven kijkt, het equivalentiediagram van een OF met NAND-poorten, zul je zien dat het bestaat uit twee NAND-poorten waarvan de uitgang overbrugd is en beide uitgangen gaan naar een andere NAND. Houd het volgende in gedachten:

• Als je naar de NAND-waarheidstabel gaat, zul je zien dat wanneer de twee ingangen 0 zijn, de uitgang 1 is en wanneer de twee ingangen 1 zijn, de uitgang 0 is.
• Omdat ze overbrugd zijn, als de invoer 1 is (één voert beide in), is het resultaat 0. En wanneer de invoer 0 is (beide nul), is de uitvoer 1, wat gelijk is aan een NIET.
• Daarom hebben we twee NOT's voor bits A en B. Op hun output hebben we dus A 'en B'.
• Die twee ontkenningen gaan naar de laatste NAND, die een invers logisch product van die twee bits zal uitvoeren.
• Volgens de wetten van de logica is dit gelijk aan de directe som, dat wil zeggen, A + B. Daarom zal het eindresultaat zijn alsof het een OK is ...

Logic Gate Chip-serie - Waar te koop

In winkels gespecialiseerd in elektronica kun je goedkope chips kopen met logische poorten om te gebruiken in uw projecten. Deze chips zijn geen enkele logische poort, maar u kunt er meerdere hebben, zodat u hun in- en uitgangen naar behoefte kunt koppelen. In het diagram in de afbeelding hierboven ziet u bijvoorbeeld een typische pinout van een DIP-chip met 4 NAND-poorten. Daarnaast heeft het ook twee pinnen voor voeding (Vcc en GND).

Dit zijn er een paar aankoop aanbevelingen:

• Geen producten gevonden..
• Huaban: 30-chipset met universele NAND-poorten.
• Zebulon: 120 CMOS-chipkit.

Andere bronnen

Om meer te weten te komen over het implementeren van deze poorten en het maken van circuits ermee, kunt u deze gebruiken Een andere middelen wat raad ik aan:

• SimulIDE-software om de werking van deze schakelingen met poorten te kunnen simuleren. Het is gratis, open source en platformonafhankelijk.
• Online binaire rekenmachine (U kunt de rekenmachine van uw besturingssysteem ook in binaire modus gebruiken).
• Geen producten gevonden..
• Digital Logic Circuits Book: van ontwerp tot experiment.

Digitale logica met Arduino

andere bron wat heb je in handen als je dat al hebt? een bord Arduino UNO in jouw handen is gebruik Arduino IDE om schetsen te maken die deze logische functies simuleren om bijvoorbeeld het resultaat op een meer visuele manier te zien met een LED die de output van de deur simuleert. Bijvoorbeeld een LED op pin 7 plaatsen en 8 en 9 gebruiken als input A en 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);
}

Hier is een AND (&)-functie gebruikt, zoals je kunt zien, maar je kunt die regel code onder de // AND-regel vervangen door andere om te gebruiken andere logische functies:

//OR
pinOutState = pinAState | pinBState;

//NOT
pinOutState = !pinAState;

//XOR
pinOutState = pinAState ^ pinBState;

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

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

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