Las porțile logice sunt baza electronicii digitale. Din acest motiv, sunt foarte importante, iar dacă vrei să începi să lucrezi cu ei, ar trebui să știi ce sunt, cum sunt constituite și funcția lor. Așa că poți folosi seria de cipuri care există pe piață care au acest tip de uși astfel încât să poți începe să faci propriile proiecte lucrând cu această logică.
Aceste uși, combinate cu altele Componente electronice, si chiar si cu farfurii ca Arduino, pot da mult joc creatorilor după cum puteți vedea singur.
Ce sunt porțile logice?
Las porți logice sunt elemente fundamentale ale logicii digitale pentru implementarea circuitelor electronice digitale. Aceste porți furnizează semnale de tensiune joasă (0) sau înaltă (1) la ieșirea lor, în funcție de starea intrărilor lor. În general, au o ieșire și două intrări, dar pot exista uși cu mai mult de 2 intrări. În plus, există particularități precum poarta inversoare sau NOT, are o singură intrare și o singură ieșire.
Datorită acestor intrări și ieșiri booleene, puteți obține operații logice binare elementare, cum ar fi adunarea, înmulțirea, negația etc.
Cum sunt implementate?
Porțile logice nu pot fi implementate doar într-un singur fel. De fapt, de aceea există diferite familii logice. Fiecare dintre aceste familii va implementa poarta într-un singur mod, folosind diferite componente electronice.
De exempluDacă se folosește TTL pentru cip, porțile vor fi formate din tranzistori bipolari, în timp ce logica CMOS se bazează exclusiv pe tranzistoare MOSFET. Pe lângă aceste două familii, care sunt de obicei cele mai populare, mai există și altele precum BiCMOS (combină tranzistoare bipolare și CMOS), RTL (rezistoare și tranzistoare bipolare), DTL (diode și tranzistori), ECL, IIL etc.
Nu există o familie mult mai bună decât alta, va depinde de aplicație. Dar cu toate acestea, CMOS Este unul dintre cele mai utilizate în circuitele avansate, precum CPU, MCU, GPU, memorie etc. Pentru alte circuite mai simple este, de asemenea, obișnuit să găsiți TTL.
aplicatii
Aplicațiile acestor porți logice sunt nesfârșite. Cu aceste „cărămizi” esențiale poți construi multitudine de circuite digitale. De la un simplu sumator, la un CPU complex, prin multe alte circuite pe care vi le puteti imagina. De fapt, multe dintre sistemele pe care le folosiți în fiecare zi, cum ar fi computerul, televizorul, mobilul etc., au miliarde de porți logice.
Un exemplu practic de aplicare a porților logice ar fi acest simplu sumator pe care îl puteți vedea în imaginea de mai sus. Este un circuit foarte simplu, care este capabil să adauge doi biți (A și B) în intrările sale pentru a da rezultatul Sum, și, de asemenea, Carry, adică ceea ce luați... Puteți vedea rezultatele pe care le-ar avea dați în următorul tabel:
A | B | Sumă | Transporta | Rezultat binar |
---|---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 0 | 00 |
0 | 1 | 1 | 0 | 01 |
1 | 0 | 1 | 0 | 01 |
1 | 1 | 0 | 1 | 10 |
Daca te uiti la acest tabel, daca adaugi 0 + 0 in binar iti da 0, daca adaugi 1 + 0 este 1, dar daca adaugi 1 + 1 ar da 2, care in sistem binar corespunde cu 10.
Tipuri de porți logice
în ceea ce privește tipuri de porți logiceAveți un număr bun dintre ele, deși cele mai utilizate sunt următoarele (cu tabelele lor de adevăr):
- Buffer (Da): este cunoscut ca buffer sau poartă directă, deoarece ieșirea sa va avea aceeași stare ca și intrarea sa. Deși poate părea inutil, în multe circuite logice este adesea folosit ca amplificator de curent sau ca urmăritor de tensiune.
Intrare | Ieșire |
---|---|
0 | 0 |
1 | 1 |
- NU (invertor): este negația logică (¬ o '), adică inversează bitul la ieșire.
Intrare | Ieșire |
---|---|
0 | 1 |
1 | 0 |
- ȘI (Y): această altă poartă îndeplinește o funcție de produs (·) a biților binari ai intrării sale. Adică, ar fi ca și cum ar fi înmulțirea lui A și B. Prin urmare, orice cu zero este zero, ar da numai unu la ieșire dacă ambele intrări sunt 1. De aici și numele său 1 ȘI 1.
A | B | S |
---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
- AUR): această altă poartă efectuează o operație de adăugare logică (+). Adică, oricare dintre ieșirile sale SAU cealaltă, SAU ambele trebuie să fie la 1 pentru ca ieșirea sa să fie 1. Când ambele sunt 0, ieșirea este de asemenea 0.
A | B | S |
---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
- XOR (sau exclusiv): Acest OR exclusiv efectuează funcția booleană A'B + AB ', iar simbolul său este
. În acest caz, dacă cele două intrări ale sale sunt egale, ieșirea este 0. Dacă sunt diferite, atunci va fi 1.
A | B | S |
---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
- NAND (Y negat): este produsul logic negat, adică inversul AND. Este ca și cum ai folosi un NOT pe ieșirea AND pentru a inversa biții de ieșire. Prin urmare, rezultatele sunt:
A | B | S |
---|---|---|
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
- NOR (Sau negat): suma logica negata, sau ceea ce este acelasi lucru, un OR cu iesirea sa negata, rezultand inversul OR.
A | B | S |
---|---|---|
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 0 |
- XNOR (exclusiv NOR): este ca și cum ai aplica complementul binar la o poartă XOR. Adică, efectuați operația AB + A'B. A ori B adăugat la A ori B negat. Prin urmare, ieșirile vor fi ca cele ale XOR inversat:
A | B | S |
---|---|---|
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Atât NOR, cât și NAND sunt două dintre cele mai interesante porți, deoarece sunt cunoscute ca porți logice universale. Adică puteți face circuite numai cu ele pentru a reprezenta orice alt tip de poartă logică. Acest lucru este important, deoarece dacă cumpărați jetoane cu aceste uși, puteți avea toate funcțiile. De exemplu, dacă cele două intrări ale unui NOR sunt conectate sau un NAND este echivalent cu un NOT. Ai mai multe echivalente aici:
Te recomandPentru a afla mai multe, Google un circuit simplu cu orice porți. Și pentru a afla ce face, faceți un fel de „inginerie inversă”, urmați liniile intrărilor și ieșirilor și vedeți starea fiecărei linii în funcție de intrările date la ieșire.
De exempluDacă vă uitați la imaginea de mai sus, diagrama de echivalență a unui SAU cu porți NAND, veți vedea că este format din două porți NAND cu ieșirea lor în punte și ambele ieșiri merg la un alt NAND. Țineți cont de următoarele:
- Dacă mergeți la tabelul de adevăr NAND, veți vedea că atunci când cele două intrări ale sale sunt 0, ieșirea este 1, iar când cele două intrări ale sale sunt 1, ieșirea este 0.
- Pe măsură ce sunt conectate, dacă intrarea este 1 (se introduce pe ambele), rezultatul este 0. Și când intrarea este 0 (ambele zero), ieșirea va fi 1, ceea ce este echivalent cu un NOT.
- Prin urmare, avem doi NOT-uri pentru biții A și B. La ieșirea lor vom avea așadar A „și B”.
- Cele două negații intră în ultimul NAND, care va realiza un produs logic invers al acelor doi biți.
- Conform legilor logicii, aceasta este echivalentă cu suma directă, adică A + B. Prin urmare, rezultatul final va fi ca și cum ar fi un SAU...
Seria de cipuri Logic Gate - De unde să cumpăr
În magazinele specializate în electronice poți cumpara chipsuri ieftine cu porți logice pentru a începe să le utilizați în proiectele dvs. Aceste cipuri nu sunt o singură poartă logică, dar vă permit să aveți mai multe dintre ele, astfel încât să le puteți conecta intrările și ieșirile după cum aveți nevoie. De exemplu, în diagrama din imaginea de mai sus puteți vedea un pinout tipic al unui cip DIP cu 4 porți NAND. În plus, are și doi pini pentru alimentare (Vcc și GND).
Iată câteva recomandări de cumpărare:
- Nu au fost găsite produse..
- Huaban: kit de 30 de cipuri cu porți NAND universale.
- Zebulon: kit de cipuri CMOS 120.
Alte resurse
Pentru a afla mai multe despre cum să implementați aceste porți și despre cum să începeți să creați circuite cu ele, puteți utiliza aceste Alte resurse ce recomand:
- Software-ul SimulIDE pentru a putea simula funcţionarea acestor circuite cu porţi. Este gratuit, open source și multiplatformă.
- Calculator binar online (De asemenea, puteți utiliza calculatorul sistemului de operare în modul binar).
- Nu au fost găsite produse..
- Cartea de circuite logice digitale: de la proiectare la experiment.
Logica digitala cu Arduino
O altă resursă ce ai în mâini dacă ai deja o farfurie Arduino UNO în mâinile tale este utilizați Arduino IDE pentru a crea schițe care simulează aceste funcții logice, de exemplu, pentru a vedea rezultatul într-un mod mai vizual cu un LED care simulează ieșirea ușii. De exemplu, puneți un LED pe pinul 7 și folosiți 8 și 9 ca intrări A și 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); }
O funcție AND (&) a fost folosită aici, după cum puteți vedea, dar puteți înlocui acea linie de cod sub linia // AND cu altele de utilizat alte funcții logice:
//OR pinOutState = pinAState | pinBState; //NOT pinOutState = !pinAState; //XOR pinOutState = pinAState ^ pinBState; //NAND pinOutState = !(pinAState & pinBState); //NOR pinOutState = !(pinAState | pinBState); //XNOR pinOutState = !(pinAState ^ pinBState);