Логические ворота: все, что вам нужно знать

логические ворота

Лас- логические вентили - основа цифровой электроники. По этой причине они очень важны, и если вы хотите начать с ними работать, вы должны знать, что они собой представляют, как они устроены и их функции. Таким образом, вы можете использовать серию микросхем, существующих на рынке, с дверцами этого типа, чтобы вы могли начать создавать свои собственные проекты, работая с этой логикой.

Эти двери в сочетании с другими Электронные компоненты, и даже с пластинами вроде Arduino, они могут дать творцам много возможностей как видите сами.

Что такое логические ворота?

цифровая логическая схема

Лас- логические ворота они являются фундаментальными элементами цифровой логики для реализации цифровых электронных схем. Эти вентили выдают на своих выходах сигналы низкого (0) или высокого (1) напряжения в зависимости от состояния их входов. Обычно они имеют один выход и два входа, но могут быть двери с более чем двумя входами. Кроме того, есть такие особенности, как инвертирующий вентиль или НЕ, у него только один вход и один выход.

Благодаря этим логическим входам и выходам вы можете получить элементарные двоичные логические операции, например, сложение, умножение, отрицание и т. д.

Как они реализованы?

Логические вентили не могут быть реализованы только одним способом. Собственно поэтому и есть разные логические семьи. Каждое из этих семейств будет реализовывать ворота по-своему, используя разные электронные компоненты.

По примерЕсли для микросхемы используется TTL, затворы будут состоять из биполярных транзисторов, в то время как логика CMOS основана исключительно на транзисторах MOSFET. В дополнение к этим двум семействам, которые обычно являются наиболее популярными, есть также другие, такие как BiCMOS (объединяет биполярные и КМОП-транзисторы), RTL (резисторы и биполярные транзисторы), DTL (диоды и транзисторы), ECL, IIL и т. Д.

Нет одной семьи намного лучше другой, это будет зависеть от приложения. НО ТЕМ НЕМЕНЕЕ, CMOS Это одна из наиболее часто используемых в сложных схемах, таких как CPU, MCU, GPU, память и т. Д. Для других более простых схем также часто встречается TTL.

приложений

простой сумматор

Применение этих логических вентилей безгранично. С помощью этих необходимых "кирпичиков" вы можете построить множество цифровых схем. От простого сумматора до сложного процессора и многих других схем, которые вы можете себе представить. Фактически, многие системы, которые вы используете каждый день, такие как ваш компьютер, телевизор, мобильный телефон и т. Д., Имеют миллиарды логических вентилей.

Чтобы создать эти схемы, необходимо знать цифровую логику, булеву алгебру, хорошо знать двоичную систему, упрощать функции и т. Д. Все это дало бы еще несколько статей, но было бы интересно ...

Un практический пример применения логических вентилей будет этот простой сумматор, который вы можете видеть на изображении выше. Это очень простая схема, которая способна добавлять два бита (A и B) на свои входы, чтобы получить результат Sum, а также Carry, то есть то, что вы убираете ... Вы можете увидеть результаты, которые она приведите в следующей таблице:

A B Сумма Проводить Двоичный результат
0 0 0 0 00
0 1 1 0 01
1 0 1 0 01
1 1 0 1 10

Если вы посмотрите на эту таблицу, если вы добавите 0 + 0 в двоичной системе, она даст вам 0, если вы добавите 1 + 0, это будет 1, но если вы добавите 1 + 1, это даст 2, что в двоичной системе соответствует 10.

Типы логических вентилей

СИМВОЛЫ логические ворота

Что касается типы логических вентилей, у вас их довольно много, хотя наиболее часто используются следующие (с их таблицами истинности):

Как вы можете видеть на изображении выше, существует несколько номенклатур для представления логических вентилей в схемах. Наиболее распространенным является ANSI (вторая строка), хотя полезно знать эквиваленты, чтобы иметь возможность интерпретировать другие схемы в других форматах (DIN или немецкий, BS или британский, IEC, NEMA, ...).
  • Буфер (да): он известен как буфер или прямой вентиль, поскольку его выход будет иметь то же состояние, что и его вход. Хотя это может показаться бесполезным, во многих логических схемах он часто используется в качестве усилителя тока или повторителя напряжения.
Заезд Выезд
0 0
1 1
  • НЕ (инвертор): является логическим отрицанием (¬ o '), то есть инвертирует бит на своем выходе.
Заезд Выезд
0 1
1 0
  • И (Y): этот другой вентиль выполняет функцию произведения (·) двоичных битов своего входа. То есть это было бы как умножение A и B. Следовательно, все, что на ноль, равно нулю, оно даст только единицу на его выходе, если оба входа равны 1. Отсюда его имя 1 И 1.
A B S
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
  • ЗОЛОТО): этот другой вентиль выполняет операцию логического сложения (+). То есть, либо один из его выходов, либо другой, ИЛИ оба должны быть на 1, чтобы его выход был равен 1. Когда оба равны 0, выход также равен 0.
A B S
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
  • XOR (или эксклюзивный): Это исключающее ИЛИ выполняет логическую функцию A'B + AB ', а его символ

    . В этом случае, если его два входа равны, на выходе будет 0. Если они разные, то будет 1.

A B S
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
  • И-НЕ (Y отрицательный): является отрицательным логическим произведением, то есть обратным оператору AND. Это похоже на использование НЕ на выходе И для инвертирования выходных битов. Таким образом, результаты следующие:
A B S
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
  • НИ (или отказано): инвертированная логическая сумма, или, что то же самое, ИЛИ с ее инвертированным выходом, что приводит к инверсии ИЛИ.
A B S
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
  • XNOR (исключающее NOR): это похоже на применение двоичного дополнения к вентилю XOR. То есть выполнить операцию AB + A'B '. A раз B добавлен к A раз B отклонен. Следовательно, выходы будут такими же, как у инвертированного XOR:
A B S
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1

И NOR, и NAND - два из самых интересных ворот, так как они известны как универсальные логические вентили. То есть вы можете создавать схемы только с ними, чтобы представлять любой другой тип логического элемента. Это важно, так как, купив фишки с этими дверцами, вы сможете получить все функции. Например, если два входа ИЛИ-ИЛИ соединены мостом или И-НЕ эквивалентно НЕ. Здесь есть еще эквиваленты:

эквивалентные двери

Функции: electronics-tutorials.ws

Te я советуюЧтобы узнать больше, погуглите простую схему с любыми воротами. И чтобы узнать, что он делает, выполните своего рода «обратный инжиниринг», проследите за линиями входов и выходов и посмотрите состояние каждой строки в соответствии с входами, заданными выходу.

По примерЕсли вы посмотрите на изображение выше, диаграмму эквивалентности логического элемента ИЛИ с вентилями NAND, вы увидите, что он состоит из двух вентилей NAND, выход которых соединен мостом, и оба выхода идут к другому NAND. Помните следующее:

  • Если вы перейдете к таблице истинности И-НЕ, вы увидите, что когда его два входа равны 0, выход равен 1, а когда его два входа равны 1, выход равен 0.
  • Поскольку они соединены мостом, если вход равен 1 (один входит в оба), результат равен 0. А когда вход равен 0 (оба нуля), выход будет 1, что эквивалентно НЕ.
  • Следовательно, у нас есть два НЕ для битов A и B. Следовательно, на их выходе мы будем иметь A 'и B'.
  • Эти два отрицания входят в последнюю NAND, которая выполняет обратное логическое произведение этих двух битов.
  • По законам логики это равняется прямой сумме, то есть A + B. Следовательно, конечный результат будет таким, как если бы это было ИЛИ ...

Серия микросхем логического затвора - Где купить

В специализированных магазинах электроники вы можете купить дешевые чипсы с логическими воротами, которые можно использовать в своих проектах. Эти микросхемы не являются одним логическим вентилем, но они позволяют вам иметь несколько из них, чтобы вы могли связывать их входы и выходы по мере необходимости. Например, на схеме на изображении выше вы можете увидеть типичную распиновку DIP-микросхемы с 4 вентилями NAND. Кроме того, он также имеет два контакта для питания (Vcc и GND).

Вот некоторые рекомендации по покупке:

Otros recursos

Чтобы узнать больше о том, как реализовать эти ворота и как начать создавать схемы с ними, вы можете использовать эти Otros Recursos что рекомендую:

Цифровая логика с Arduino

Arduino UNO Миллис функции

Другой ресурс что у тебя в руках, если у тебя уже есть плита Arduino UNO в твоих руках использовать Arduino IDE для создания эскизов которые имитируют эти логические функции, например, чтобы увидеть результат более наглядно с помощью светодиода, имитирующего выход двери. Например, если подключить светодиод к контакту 7 и использовать 8 и 9 в качестве входов A и 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);
}

Здесь использовалась функция И (&), как вы можете видеть, но вы можете заменить эту строку кода под строкой // И другими, чтобы использовать другие логические функции:

//OR
pinOutState = pinAState | pinBState;

//NOT
pinOutState = !pinAState;

//XOR
pinOutState = pinAState ^ pinBState;

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

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

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


Будьте первым, чтобы комментировать

Оставьте свой комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные для заполнения поля помечены *

*

*

  1. Ответственный за данные: Мигель Анхель Гатон
  2. Назначение данных: контроль спама, управление комментариями.
  3. Легитимация: ваше согласие
  4. Передача данных: данные не будут переданы третьим лицам, кроме как по закону.
  5. Хранение данных: база данных, размещенная в Occentus Networks (ЕС)
  6. Права: в любое время вы можете ограничить, восстановить и удалить свою информацию.