Te bramki logiczne to podstawa elektroniki cyfrowej. Z tego powodu są one bardzo ważne, a chcąc rozpocząć z nimi współpracę, warto wiedzieć, czym one są, jak się tworzą i jaką pełnią funkcję. Możesz więc użyć serii chipów, które istnieją na rynku, które mają tego typu drzwi, dzięki czemu możesz zacząć tworzyć własne projekty pracujące z tą logiką.
Te drzwi w połączeniu z innymi Części elektroniczne, a nawet z talerzami takimi jak Arduino, mogą dać dużo zabawy twórcom jak sam widzisz.
Czym są bramki logiczne?
Te bramki logiczne są podstawowymi elementami logiki cyfrowej do implementacji cyfrowych obwodów elektronicznych. Bramki te dostarczają na swoich wyjściach sygnały niskiego (0) lub wysokiego (1) napięcia w zależności od stanu ich wejść. Zazwyczaj mają jedno wyjście i dwa wejścia, ale mogą istnieć drzwi z więcej niż dwoma wejściami. Ponadto istnieją szczególne cechy, takie jak bramka odwracająca lub NIE, ma tylko jedno wejście i jedno wyjście.
Dzięki tym boolowskim wejściom i wyjściom możesz uzyskać elementarne operacje logiczne binarne, takich jak dodawanie, mnożenie, negacja itp.
Jak są realizowane?
-
- Bramka NAND w TTL
-
- Bramka NAND w CMOS
Bramki logiczne mogą być realizowane nie tylko w jeden sposób. Właściwie dlatego są różne rodziny logiczne. Każda z tych rodzin będzie realizowała bramkę w jeden sposób, używając różnych elementów elektronicznych.
przez ejemploJeśli w układzie zastosowano TTL, bramki będą składały się z tranzystorów bipolarnych, podczas gdy logika CMOS będzie oparta wyłącznie na tranzystorach MOSFET. Oprócz tych dwóch rodzin, które są zazwyczaj najbardziej popularne, istnieją również inne, takie jak BiCMOS (łączy tranzystory bipolarne i CMOS), RTL (rezystory i tranzystory bipolarne), DTL (diody i tranzystory), ECL, IIL itp.
Nie ma jednej rodziny o wiele lepszej od drugiej, będzie to zależeć od zastosowania. Niemniej jednak, CMOS Jest to jeden z najczęściej używanych w zaawansowanych obwodach, takich jak CPU, MCU, GPU, pamięć itp. W przypadku innych prostszych obwodów często znajduje się również TTL.
aplikacje
Zastosowania tych bramek logicznych są nieograniczone. Z tych podstawowych „cegieł” możesz budować mnogość obwodów cyfrowych. Od prostego sumatora do złożonego procesora, przez wiele innych układów, które możesz sobie wyobrazić. W rzeczywistości wiele systemów, z których korzystasz na co dzień, takich jak komputer, telewizor, telefon komórkowy itp., ma miliardy bramek logicznych.
Un praktyczny przykład zastosowania bramek logicznych byłby prostym sumatorem, który widać na powyższym obrazku. Jest to bardzo prosty obwód, który jest w stanie dodać dwa bity (A i B) do swoich danych wejściowych, aby dać wynik Sum, a także Carry, czyli to, co zabierasz ... Możesz zobaczyć wyniki, jakie by to dało podać w poniższej tabeli:
| A | B | Suma | Nieść | Wynik binarny |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 00 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 10 |
Jeśli spojrzysz na tę tabelę, jeśli dodasz 0 + 0 w systemie binarnym, otrzymasz 0, jeśli dodasz 1 + 0, to będzie 1, ale jeśli dodasz 1 + 1, otrzymamy 2, co w systemie binarnym odpowiada 10.
Rodzaje bramek logicznych
Jeśli chodzi o rodzaje bramek logicznychMasz ich dużą liczbę, chociaż najczęściej używane są następujące (z ich tabelami prawdy):
- Bufor (Tak): jest znany jako bufor lub bramka bezpośrednia, ponieważ jego wyjście będzie miało ten sam stan, co wejście. Chociaż może wydawać się bezużyteczny, w wielu obwodach logicznych jest często używany jako wzmacniacz prądu lub jako wtórnik napięcia.
| Wejście | Wyjście |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
- NIE (falownik): jest logiczną negacją (¬o'), to znaczy odwraca bit na swoim wyjściu.
| Wejście | Wyjście |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
- ORAZ (T): ta inna bramka wykonuje funkcję iloczynu (·) bitów binarnych swojego wejścia. Oznacza to, że byłoby to jak pomnożenie A i B. W związku z tym, cokolwiek przez zero wynosi zero, dałoby jedynkę na wyjściu, jeśli oba wejścia mają wartość 1. Stąd jego nazwa 1 AND 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
- ZŁOTO): ta druga bramka wykonuje logiczną operację dodawania (+). Oznacza to, że albo jedno z jego wyjść LUB drugie, LUB oba muszą mieć wartość 1, aby wyjście miało wartość 1. Gdy oba mają wartość 0, wyjście również wynosi 0.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
- XOR (lub wyłączne): Ten wyłączny OR wykonuje funkcję Boole'a A'B + AB', a jego symbolem jest
. W tym przypadku, jeśli jego dwa wejścia są równe, wyjście wynosi 0. Jeśli są różne, to będzie 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NAND (Y zanegowane): jest zanegowanym iloczynem logicznym, czyli odwrotnością AND. To tak, jakby użyć NOT na wyjściu AND do odwrócenia bitów wyjściowych. Dlatego wyniki są następujące:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NOR (lub odmowa): zanegowana suma logiczna, czyli to samo, OR z zanegowanym wyjściem, co daje w wyniku odwrotność OR.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
- XNOR (wyłączny NOR): to jak zastosowanie dopełnienia binarnego do bramki XOR. Oznacza to, że wykonaj operację AB + A'B '. A razy B dodane do A razy B odrzucone. Dlatego wyniki będą takie jak w odwróconym XOR:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Zarówno NOR, jak i NAND to dwie najciekawsze bramki, ponieważ są znane jako uniwersalne bramki logiczne. Oznacza to, że możesz tworzyć obwody tylko z nimi, aby reprezentować dowolny inny typ bramki logicznej. Jest to ważne, ponieważ kupując żetony z tymi drzwiami, możesz mieć wszystkie funkcje. Na przykład, jeśli dwa wejścia NOR są zmostkowane lub NAND jest równoważne NOT. Masz więcej odpowiedników tutaj:
Funkcje: electronics-tutorials.ws
Te radzęAby dowiedzieć się więcej, wygoogluj prosty obwód z dowolnymi bramkami. Aby dowiedzieć się, co robi, wykonaj rodzaj „inżynierii wstecznej”, śledź linie wejść i wyjść i zobacz stan każdej linii zgodnie z danymi wejściowymi podanymi na wyjście.
przez ejemploJeśli spojrzysz na powyższy obrazek, diagram równoważności OR z bramkami NAND, zobaczysz, że składa się on z dwóch bramek NAND z ich zmostkowanym wyjściem i oba wyjścia przechodzą do innej NAND. Pamiętaj o następujących kwestiach:
- Jeśli przejdziesz do tabeli prawdy NAND, zobaczysz, że gdy jej dwa wejścia mają wartość 0, wyjście wynosi 1, a gdy jej dwa wejścia mają wartość 1, wyjście wynosi 0.
- Ponieważ są one zmostkowane, jeśli wejście ma wartość 1 (jeden wpisuje oba), wynikiem jest 0. A gdy wejście ma wartość 0 (oba zero), wyjściem będzie 1, co jest równoważne NIE.
- Dlatego mamy dwa NIE dla bitów A i B. Na ich wyjściu będziemy mieli zatem A 'i B'.
- Te dwie negacje przechodzą do ostatniej pamięci NAND, która wykona odwrotny logiczny iloczyn tych dwóch bitów.
- Zgodnie z prawami logiki równa się to sumie bezpośredniej, czyli A + B. Dlatego ostateczny wynik będzie taki, jakby był OR ...
Seria układów logicznych bramek — gdzie kupić
-
- Układ DIP bramki logicznej
-
- Schemat wewnętrzny chipa
W sklepach specjalizujących się w elektronice można kup tanie żetony z bramkami logicznymi, które możesz zacząć wykorzystywać w swoich projektach. Te układy nie są pojedynczą bramką logiczną, ale pozwalają mieć ich kilka, dzięki czemu można łączyć ich wejścia i wyjścia według potrzeb. Na przykład na schemacie na powyższym obrazku widać typowy pinout układu DIP z 4 bramkami NAND. Dodatkowo posiada również dwa piny do zasilania (Vcc i GND).
Oto niektóre zalecenia dotyczące zakupów:
- Nie znaleziono produktów.
- Huaban: 30-chipowy zestaw z uniwersalnymi bramkami NAND.
- Zebulon: zestaw chipów 120 CMOS.
Inne zasoby
Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak wdrożyć te bramki i jak zacząć tworzyć z nimi obwody, możesz skorzystać z tych Inne zasoby co polecam:
- Oprogramowanie SimulIDE aby móc zasymulować działanie tych obwodów z bramkami. Jest darmowy, open source i wieloplatformowy.
- Kalkulator binarny online (Możesz również użyć kalkulatora systemu operacyjnego w trybie binarnym).
- Nie znaleziono produktów.
- Książka układów logicznych cyfrowych: od projektu do eksperymentu.
Logika cyfrowa z Arduino
Inne zasoby co masz w rękach, jeśli już masz talerz Arduino UNO w twoich rękach jest użyj Arduino IDE do tworzenia szkiców które symulują te funkcje logiczne, aby na przykład zobaczyć wynik w bardziej wizualny sposób za pomocą diody LED, która symuluje wyjście drzwi. Na przykład umieszczenie diody LED na styku 7 i użycie 8 i 9 jako wejść A i 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);
}
Tutaj została użyta funkcja AND (&), jak widać, ale możesz zastąpić ten wiersz kodu pod // wierszem AND innymi do użycia inne funkcje logiczne:
//OR pinOutState = pinAState | pinBState; //NOT pinOutState = !pinAState; //XOR pinOutState = pinAState ^ pinBState; //NAND pinOutState = !(pinAState & pinBState); //NOR pinOutState = !(pinAState | pinBState); //XNOR pinOutState = !(pinAState ^ pinBState);