L logické hradla sú základom digitálnej elektroniky. Z tohto dôvodu sú veľmi dôležité a ak s nimi chcete začať pracovať, mali by ste vedieť, aké sú, ako sa tvoria a akú majú funkciu. Takže môžete použiť sériu čipov, ktoré existujú na trhu a ktoré majú tento typ dverí, aby ste mohli začať vytvárať svoje vlastné projekty pracujúce s touto logikou.
Tieto dvere v kombinácii s inými Elektronické komponenty, a dokonca aj s taniermi ako Arduino, môžu dať tvorcom veľa hry ako môžete sami vidieť.
Čo sú logické brány?
L logické brány sú základnými prvkami digitálnej logiky na implementáciu digitálnych elektronických obvodov. Tieto brány poskytujú na svojom výstupe signály nízkeho (0) alebo vysokého (1) napätia v závislosti od stavu ich vstupov. Vo všeobecnosti majú jeden východ a dva vchody, ale môžu existovať dvere s viac ako 2 vchodmi. Okrem toho sú tu zvláštnosti ako invertná brána alebo NOT, má len jeden vstup a jeden výstup.
Vďaka týmto booleovským vstupom a výstupom môžete získať základné binárne logické operácie, ako je sčítanie, násobenie, negácia atď.
Ako sa implementujú?
-
- Brána NAND v TTL
-
- Brána NAND v CMOS
Logické brány nie je možné realizovať len jedným spôsobom. V skutočnosti preto existujú rôzne logické rodiny. Každá z týchto rodín bude bránu implementovať jedným spôsobom pomocou rôznych elektronických komponentov.
Podľa ejemploAk sa pre čip použije TTL, hradla budú tvorené bipolárnymi tranzistormi, zatiaľ čo logika CMOS je založená výlučne na tranzistoroch MOSFET. Okrem týchto dvoch rodín, ktoré sú zvyčajne najobľúbenejšie, existujú aj ďalšie ako BiCMOS (kombinuje bipolárne a CMOS tranzistory), RTL (odpory a bipolárne tranzistory), DTL (diódy a tranzistory), ECL, IIL atď.
Nie je jedna rodina oveľa lepšia ako druhá, bude to závisieť od aplikácie. Ale napriek tomu, CMOS Je jedným z najpoužívanejších v pokročilých obvodoch, ako sú CPU, MCU, GPU, pamäte atď. Pre iné jednoduchšie obvody je tiež bežné nájsť TTL.
aplikácie
Aplikácie týchto logických brán sú nekonečné. S týmito nevyhnutnými „tehlami“ môžete stavať množstvo digitálnych obvodov. Od jednoduchej sčítačky, cez zložitý CPU, cez mnoho ďalších obvodov, ktoré si viete predstaviť. V skutočnosti mnohé zo systémov, ktoré používate každý deň, ako napríklad váš počítač, televízor, mobil atď., majú miliardy logických brán.
Un praktický príklad aplikácie logických brán by bola táto jednoduchá sčítačka, ktorú môžete vidieť na obrázku vyššie. Je to veľmi jednoduchý obvod, ktorý je schopný pridať dva bity (A a B) na svoje vstupy, aby dal výsledok Sum, a tiež Carry, teda to, čo odoberiete ... Môžete vidieť výsledky, ktoré by uveďte v nasledujúcej tabuľke:
| A | B | Súčet | Niesť | Binárny výsledok |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 00 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 10 |
Ak sa pozriete na túto tabuľku, ak pridáte 0 + 0 v binárnom systéme, dostanete 0, ak pridáte 1 + 0, je to 1, ale ak spočítate 1 + 1, dostanete 2, čo v binárnom systéme zodpovedá 10.
Typy logických brán
pokiaľ ide o typy logických brán, máte ich veľa, aj keď najpoužívanejšie sú tieto (s ich pravdivostnými tabuľkami):
- Vyrovnávacia pamäť (Áno): je známy ako vyrovnávacia pamäť alebo priame hradlo, pretože jeho výstup bude mať rovnaký stav ako jeho vstup. Aj keď sa to môže zdať zbytočné, v mnohých logických obvodoch sa často používa ako prúdový zosilňovač alebo ako sledovač napätia.
| Entrada | výkon |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
- NIE (invertor): je logická negácia (¬ o '), to znamená, že invertuje bit na svojom výstupe.
| Entrada | výkon |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
- A (Y): toto druhé hradlo vykonáva funkciu súčinu (·) binárnych bitov svojho vstupu. To znamená, že by to bolo ako násobenie A a B. Preto čokoľvek nulou je nula, na výstupe by to dalo jednotku len vtedy, ak sú oba vstupy 1. Odtiaľ pochádza jeho názov 1 AND 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
- ZLATO): toto druhé hradlo vykoná operáciu logického sčítania (+). To znamená, že Buď jeden z jeho výstupov ALEBO druhý, ALEBO oba musia byť na 1, aby bol jeho výstup 1. Keď sú oba 0, výstup je tiež 0.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
- XOR (alebo exkluzívne): Toto exkluzívne OR vykonáva booleovskú funkciu A'B + AB ' a jeho symbol je
. V tomto prípade, ak sú jeho dva vstupy rovnaké, výstup je 0. Ak sú rôzne, bude to 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NAND (Y negované): je negovaný logický súčin, teda prevrátená hodnota AND. Je to ako použitie NOT na výstupe AND na invertovanie výstupných bitov. Preto sú výsledky:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- ANI (alebo zamietnuté): negovaný logický súčet, alebo čo je to isté, ALEBO s jeho negovaným výstupom, výsledkom čoho je prevrátená hodnota OR.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
- XNOR (exkluzívne NOR): je to ako aplikovanie binárneho doplnku na hradlo XOR. To znamená, že vykonajte operáciu AB + A'B'. A krát B pridané k A krát B zamietnuté. Preto budú výstupy ako výstupy invertovaného XOR:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
NOR aj NAND sú dve z najzaujímavejších brán, pretože sú známe ako univerzálne logické brány. To znamená, že s nimi môžete vytvoriť obvody, ktoré budú reprezentovať akýkoľvek iný typ logickej brány. To je dôležité, pretože ak si kúpite čipy s týmito dverami, môžete mať všetky funkcie. Napríklad, ak sú dva vstupy NOR premostené alebo NAND je ekvivalentné NOT. Tu máte viac ekvivalentov:
Funkcie: electronics-tutorials.ws
Te radímAk sa chcete dozvedieť viac, vygooglite si jednoduchý okruh s ľubovoľnými bránami. A aby ste zistili, čo to robí, urobte druh „reverzného inžinierstva“, sledujte riadky vstupov a výstupov a pozrite si stav každého riadku podľa vstupov zadaných na výstup.
Podľa ejemploAk sa pozriete na obrázok vyššie, diagram ekvivalencie OR s hradlami NAND, uvidíte, že pozostáva z dvoch hradel NAND s premosteným výstupom a oba výstupy idú do inej NAND. Majte na pamäti nasledovné:
- Ak prejdete na pravdivostnú tabuľku NAND, uvidíte, že keď sú jej dva vstupy 0, výstup je 1 a keď sú jej dva vstupy 1, výstup je 0.
- Keďže sú premostené, ak je vstup 1 (jeden vstúpi do oboch), výsledok je 0. A keď je vstup 0 (oba nula), výstup bude 1, čo je ekvivalent NIE.
- Preto máme dva NOT pre bity A a B. Na ich výstupe teda budeme mať A 'a B'.
- Tieto dve negácie idú do poslednej NAND, ktorá vykoná inverzný logický súčin týchto dvoch bitov.
- Podľa zákonov logiky sa to rovná priamemu súčtu, teda A + B. Preto bude konečný výsledok taký, ako keby to bolo ALEBO ...
Séria čipov Logic Gate – kde kúpiť
-
- DIP čip logickej brány
-
- Vnútorná schéma čipu
V predajniach špecializovaných na elektroniku môžete kúpiť lacné chipsy s logickými bránami, ktoré môžete začať používať vo svojich projektoch. Tieto čipy nie sú jedným logickým hradlom, ale umožňujú vám ich mať niekoľko, takže ich vstupy a výstupy môžete prepojiť tak, ako potrebujete. Napríklad na schéme na obrázku vyššie môžete vidieť typický pinout DIP čipu so 4 hradlami NAND. Okrem toho má tiež dva kolíky pre napájanie (Vcc a GND).
Tu je niekoľko nákupné odporúčania:
- Nenašli sa žiadne produkty..
- Huaban: 30-čipová súprava s univerzálnymi bránami NAND.
- Zebulon: čipová súprava CMOS 120.
Iné zdroje
Ak sa chcete dozvedieť viac o tom, ako implementovať tieto brány a ako s nimi začať vytvárať obvody, môžete použiť tieto Ďalšie zdroje co odporucam:
- Softvér SimulIDE aby bolo možné simulovať činnosť týchto obvodov s hradlami. Je to zadarmo, open source a multiplatformové.
- Online binárna kalkulačka (V binárnom režime môžete použiť aj kalkulačku operačného systému).
- Nenašli sa žiadne produkty..
- Kniha Digital Logic Circuits: od návrhu po experiment.
Digitálna logika s Arduino
Iný zdroj čo máš v rukách ak už máš tanier Arduino UNO vo vašich rukách je použite Arduino IDE na vytváranie náčrtov ktoré simulujú tieto logické funkcie, aby ste napríklad videli výsledok viac vizuálne s LED, ktorá simuluje výstup dverí. Napríklad umiestnenie LED na kolík 7 a použitie 8 a 9 ako vstupov A a 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);
}
Ako vidíte, bola tu použitá funkcia AND (&), ale tento riadok kódu pod riadkom // AND môžete nahradiť inými. iné logické funkcie:
//OR pinOutState = pinAState | pinBState; //NOT pinOutState = !pinAState; //XOR pinOutState = pinAState ^ pinBState; //NAND pinOutState = !(pinAState & pinBState); //NOR pinOutState = !(pinAState | pinBState); //XNOR pinOutState = !(pinAState ^ pinBState);