Aflați despre porțile logice de bază cu tabelele adevărului

În zilele noastre, computerele au devenit o parte integrantă a vieții, deoarece îndeplinesc multe sarcini și operații într-un interval de timp destul de scurt. Una dintre cele mai importante funcții ale procesorului într-un computer este de a efectua operațiuni logice utilizând hardware cum ar fi Circuite integrate tehnologii software & circuite electronice ,. Dar modul în care acest hardware și software efectuează astfel de operațiuni este un puzzle misterios. Pentru a înțelege mai bine o problemă atât de complexă, trebuie să ne familiarizăm cu termenul de logică booleană, dezvoltat de George Boole. Pentru o operație simplă, computerele utilizează cifre binare, mai degrabă decât cifre digitale. Toate operațiunile sunt efectuate de porțile logice de bază. Acest articol discută o prezentare generală a ceea ce sunt porți logice de bază în electronică digitală și funcționarea lor.

Ce sunt porțile logice de bază?

O poartă logică este un bloc de bază al unui circuit digital care are două intrări și o ieșire. Relația dintre i / p și o / p se bazează pe o anumită logică. Aceste porți sunt implementate folosind comutatoare electronice cum ar fi tranzistoare, diode. Dar, în practică, porțile logice de bază sunt construite folosind tehnologia CMOS, FETS și MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) s . Porțile logice sunt utilizat în microprocesoare, microcontrolere , aplicații de sistem încorporate, și în sisteme electronice și circuite electrice de proiect . Porțile logice de bază sunt clasificate în șapte: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR și NOT. Aceste porți logice cu simbolurile lor de poartă logică și tabelele de adevăr sunt explicate mai jos.

Funcționarea de bază a porților logice

Care sunt cele 7 porți logice de bază?

Porțile logice de bază sunt clasificate în șapte tipuri: poarta ȘI, poarta SAU, poarta XOR, poarta NAND, poarta NOR, poarta XNOR și poarta NOT. Tabelul adevărului este folosit pentru a arăta funcția de poartă logică. Toate porțile logice au două intrări, cu excepția porții NOT, care are o singură intrare.

La desenarea unei tabele de adevăr, se utilizează valorile binare 0 și 1. Fiecare combinație posibilă depinde de numărul de intrări. Dacă nu știți despre porțile logice și tabelele lor de adevăr și aveți nevoie de îndrumări despre ele, vă rugăm să parcurgeți următoarea infografică care oferă o imagine de ansamblu a porților logice cu simbolurile și tabelele lor de adevăr.

De ce folosim Basic Logic Gates?

Porțile logice de bază sunt utilizate pentru a îndeplini funcții logice fundamentale. Acestea sunt elementele de bază ale circuitelor integrate digitale (circuite integrate). Majoritatea porților logice utilizează două intrări binare și generează o singură ieșire, cum ar fi 1 sau 0. În unele circuite electronice, sunt utilizate puține logice, în timp ce în alte circuite, microprocesoarele includ milioane de porți logice.

Implementarea porților logice se poate face prin diode, tranzistoare, relee, molecule și elemente optice, altfel diferite. Din acest motiv, porțile logice de bază sunt utilizate ca circuitele electronice.

Binare și zecimale

Înainte de a vorbi despre tabelele de adevăr ale porților logice, este esențial să cunoaștem fundalul numerelor binare și zecimale. Știm cu toții numerele zecimale pe care le folosim în calculele zilnice, de la 0 la 9. Acest tip de sistem numeric include baza-10. În același mod, numerele binare cum ar fi 0 și 1 pot fi utilizate pentru a semnifica numere zecimale oriunde baza numerelor binare este 2.

Semnificația utilizării numerelor binare aici este de a semnifica poziția de comutare, altfel poziția de tensiune a unei componente digitale. Aici 1 reprezintă semnalul înalt sau tensiunea înaltă, în timp ce „0” specifică tensiunea joasă sau semnalul scăzut. Prin urmare, a început algebra booleană. După aceea, fiecare poartă logică este discutată separat, aceasta conține logica porții, tabelul adevărului și simbolul său tipic.

Tipuri de porți logice

Diferitele tipuri de porți logice și simboluri cu tabele de adevăr sunt discutate mai jos.

Porți logice de bază

ȘI Poartă

Poarta ȘI este o poarta logica digitala cu ‘n’ i / ps one o / p, care efectuează conjuncție logică pe baza combinațiilor intrărilor sale. Ieșirea acestei porți este adevărată numai atunci când toate intrările sunt adevărate. Când una sau mai multe intrări ale i / ps ale porții AND sunt false, atunci doar ieșirea porții AND este falsă. Simbolul și tabelul de adevăr al unei porți ȘI cu două intrări sunt prezentate mai jos.

ȘI Poarta și tabelul său de adevăr

SAU Poartă

Poarta OR este o poartă logică digitală cu „n” i / ps și o o / p, care efectuează conjuncție logică pe baza combinațiilor intrărilor sale. Ieșirea porții OR este adevărată numai atunci când una sau mai multe intrări sunt adevărate. Dacă toate i / ps ale porții sunt false, atunci doar ieșirea porții SA este falsă. Simbolul și tabelul de adevăr al unei porți SAU cu două intrări sunt prezentate mai jos.

SAU Poarta și tabelul său de adevăr

NU Poarta

Poarta NOT este o poartă logică digitală cu o singură intrare și o ieșire care operează o operație invertor a intrării. Ieșirea porții NOT este inversa intrării. Când intrarea porții NOT este adevărată, atunci ieșirea va fi falsă și invers. Simbolul și tabelul de adevăr al unei porți NOT cu o singură intrare sunt prezentate mai jos. Folosind această poartă, putem implementa porțile NOR și NAND

NOT Gate și tabelul său de adevăr

Poarta NAND

Poarta NAND este o poartă logică digitală cu „n” i / ps și o o / p, care efectuează operația porții ȘI urmată de funcționarea porții NOT. Poarta NAND este proiectată prin combinarea porților AND și NOT. Dacă intrarea porții NAND este ridicată, atunci ieșirea porții va fi scăzută. Tabelul cu simboluri și adevăr al porții NAND cu două intrări este prezentat mai jos.

Poarta NAND și tabelul său de adevăr

NOR Gate

Poarta NOR este o poartă logică digitală cu n intrări și o ieșire, care efectuează operația porții SAU urmată de poarta NOT. Poarta NOR este proiectată prin combinarea porții OR și NOT. Când oricare dintre i / ps ale porții NOR este adevărată, atunci ieșirea porții NOR va fi falsă. Tabelul cu simboluri și adevăr al porții NOR cu tabelul adevărului este prezentat mai jos.

NOR Gate și tabelul său de adevăr

Poartă exclusivă-SAU

Poarta Exclusive-OR este o poartă logică digitală cu două intrări și o ieșire. Forma scurtă a acestei porți este Ex-OR. Funcționează pe baza funcționării porții SAU. . Dacă oricare dintre intrările acestei porți este mare, atunci ieșirea porții EX-OR va fi mare. Simbolul și tabelul de adevăr al EX-OR sunt prezentate mai jos.

Poarta EX-OR și tabelul său de adevăr

Exclusiv-Poarta NOR

Poarta Exclusive-NOR este o poartă logică digitală cu două intrări și o ieșire. Forma scurtă a acestei porți este Ex-NOR. Funcționează pe baza funcționării porții NOR. Când ambele intrări ale acestei porți sunt mari, atunci ieșirea porții EX-NOR va fi mare. Dar, dacă oricare dintre intrări este mare (dar nu ambele), atunci ieșirea va fi scăzută. Simbolul și tabelul de adevăr al EX-NOR sunt prezentate mai jos.

Poarta EX-NOR și tabelul său de adevăr

Aplicațiile porților logice sunt determinate în principal pe baza tabelului lor de adevăr, adică a modului lor de operare. Porțile logice de bază sunt utilizate în multe circuite, cum ar fi un buton de blocare, cu lumină activată alarmă anti-efracție , termostat de siguranță, un sistem de udare automată etc.

Tabelul adevărului pentru a exprima circuitul de poartă logică

Circuitul de poartă poate fi exprimat folosind o metodă comună cunoscută sub numele de tabel de adevăr. Acest tabel include toate combinațiile de stări logice de intrare fie ridicate (1), fie scăzute (0) pentru fiecare terminal de intrare al porții logice prin nivelul logic echivalent de ieșire, cum ar fi ridicat sau scăzut. Circuitul cu poartă logică NU este prezentat mai sus, iar tabelul său de adevăr este într-adevăr extrem de ușor

Tabelele de adevăr ale porților logice sunt foarte complexe, dar mai mari decât poarta NOT. Tabelul de adevăr al fiecărei porți trebuie să includă mai multe rânduri, așa cum există posibilități pentru combinații exclusive pentru intrări. De exemplu, pentru poarta NOT, există două posibilități de intrări fie 0, fie 1, în timp ce, pentru poarta logică cu două intrări, există patru posibilități precum 00, 01, 10 și 11. Prin urmare, include patru rânduri pentru tabel de adevăr echivalent.

Pentru o poartă logică cu 3 intrări, există 8 intrări posibile precum 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 și 111. Prin urmare, este necesară o tabelă de adevăr care să includă 8 rânduri. Din punct de vedere matematic, numărul necesar de rânduri din tabelul adevărului este echivalent cu 2 crescut la puterea nr. a terminalelor i / p.

Analiză

Semnalele de tensiune din circuitele digitale sunt reprezentate cu valori binare precum 0’s & 1’s calculate în raport cu masa. Deficiența de tensiune semnifică în principal un „0”, în timp ce existența tensiunii de alimentare DC completă înseamnă „1”.

O poartă logică este un tip special de circuit amplificator care este conceput în principal pentru tensiuni de nivel logice de intrare și de ieșire. Circuitele de poartă logice sunt cel mai frecvent simbolizate cu o diagramă schematică prin propriile lor simboluri exclusive în loc de rezistențele și tranzistoarele lor esențiale.

La fel ca în cazul amplificatoarelor operaționale (amplificatoare operaționale), conexiunile de alimentare cu energie la porțile logice sunt frecvent înlocuite în diagrame schematice în beneficiul simplității. Include combinațiile probabile de niveluri logice de intrare prin nivelurile lor logice de ieșire particulare.

Care este cel mai simplu mod de a învăța porțile logice?

Cel mai simplu mod de a învăța funcția porților logice de bază este explicat mai jos.

• Pentru poarta AND - Dacă ambele intrări sunt mari, atunci și ieșirea este mare
• Pentru poarta SAU - Dacă cel puțin o intrare este ridicată, atunci ieșirea este ridicată
• Pentru XOR Gate - Dacă cel puțin o intrare este mare, atunci doar ieșirea este mare
• NAND Gate - Dacă cel puțin o intrare este scăzută, atunci ieșirea este mare
• NOR Gate - Dacă ambele intrări sunt scăzute, atunci ieșirea este mare.

Teorema lui Morgan

Prima teoremă a lui DeMorgan afirmă că poarta logică ca NAND este egală cu o poartă SAU cu o bulă. Funcția logică a porții NAND este

A’B = A ’+ B’

A doua teoremă a lui DeMorgan afirmă că poarta logică NOR este egală cu o poartă ȘI cu o bulă. Funcția logică a porții NOR este

(A + B) ’= A’. B ’

Conversia porții NAND

Poarta NAND poate fi formată folosind poarta AND și poarta NOT. Tabelul de expresie și adevăr boolean este prezentat mai jos.

Formarea porților logice NAND

Y = (A⋅B) ”

Conversia NOR Gate

Poarta NOR poate fi formată folosind poarta SAU și poarta NU. Tabelul de expresie și adevăr boolean este prezentat mai jos.

NOR Logic Gates Formation

Y = (A + B) '

Ex-OR Conversie poartă

Poarta Ex-OR poate fi formată folosind poarta NOT, AND & OR. Tabelul de expresie și adevăr boolean este prezentat mai jos. Această poartă logică poate fi definită ca poarta care oferă o ieșire ridicată odată ce orice intrare a acesteia este mare. Dacă ambele intrări ale acestei porți sunt mari, ieșirea va fi scăzută.

Ex-OR Formare porți logice

Y = A⊕B sau A’B + AB ’

Conversia poarta Ex-NOR

Poarta Ex-NOR poate fi formată folosind poarta EX-OR și poarta NOT. Tabelul de expresie și adevăr boolean este prezentat mai jos. În această poartă logică, atunci când ieșirea este mare „1”, ambele intrări vor fi „0” sau „1”.

Formare poartă Ex-NOR

Y = (A’B + AB ’)”

Porți logice de bază folosind porți universale

Porțile universale, cum ar fi poarta NAND și poarta NOR, pot fi implementate prin orice expresie booleană fără a utiliza niciun alt tip de poartă logică. Și pot fi folosite și pentru proiectarea oricărei porți logice de bază. În plus, acestea sunt utilizate pe scară largă în circuitele integrate, deoarece sunt simple, precum și rentabile. Proiectarea porților logice de bază folosind porțile universale sunt discutate mai jos.

Porțile logice de bază pot fi proiectate cu ajutorul porților universale. Folosește o eroare, un pic de test, altfel puteți utiliza logica booleană pentru realizarea acestora prin ecuațiile porților logice pentru o poartă NAND, precum și o poartă NOR. Aici, logica booleană este utilizată pentru a rezolva ieșirea de care aveți nevoie. Este nevoie de ceva timp, dar este necesar să efectuați acest lucru pentru a obține o atitudine a logicii booleene, precum și a porților logice de bază.

Porți logice de bază folosind NAND Gate

Proiectarea porților logice de bază folosind poarta NAND este discutată mai jos.

NU poarta design folosind NAND

Proiectarea porții NOT este foarte simplă prin simpla conectare a ambelor intrări ca una.

ȘI Design de poartă folosind NAND

Proiectarea porții AND utilizând poarta NAND se poate face la ieșirea porții NAND pentru a o inversa și a obține logica AND.

SAU Design de poartă folosind NAND

Proiectarea porții SAU folosind poarta NAND se poate face prin conectarea a două porți NU folosind porți NAND la intrările NAND pentru a obține logica SAU.

NOR Gate Design folosind NAND

Proiectarea porții NOR utilizând poarta NAND se poate face prin simpla conectare a unei alte porți NOT prin poarta NAND la o / p a unei porți SAU prin NAND.

EXOR Gate Design folosind NAND

Acesta este cam dificil. Împărțiți cele două intrări cu trei porți. Ieșirea primului NAND este a doua intrare pentru celelalte două. În cele din urmă, un alt NAND ia ieșirile acestor două porți NAND pentru a da rezultatul final.

Porți logice de bază folosind poarta NOR

Proiectarea porților logice de bază folosind poarta NOR este discutată mai jos.

NOT Gate folosind NOR

Proiectarea porții NOT cu poarta NOR este simplă prin conectarea ambelor intrări ca una.

SAU Poartă folosind NOR

Proiectarea porții OR cu poarta NOR este simplă prin conectarea la o / p a porții NOR pentru ao inversa și a obține logica OR.

ȘI Gate folosind NOR

Proiectarea porții AND folosind poarta NOR se poate face prin conectarea a două porți NOT cu intrări NOR la ​​intrările NOR pentru a obține logica AND.

Poarta NAND folosind NOR

Proiectarea porții NAND utilizând poarta NOR se poate face prin simpla conectare a unei alte porți NOT prin poarta NOR la ​​ieșirea porții AND cu NOR.

Poarta EX-NOR folosind NOR

Acest tip de conexiune este puțin dificil, deoarece cele două intrări pot fi partajate cu trei porți logice. Prima ieșire a porții NOR este următoarea intrare a celor două porți rămase. În cele din urmă, o altă poartă NOR utilizează cele două ieșiri de poartă NOR pentru a furniza ultima ieșire.

Aplicații

aplicații ale porților logice de bază sunt atât de multe, cu toate acestea depind în mare parte de tabelele lor de adevăr, altfel de forma operațiunilor. Porțile logice de bază sunt frecvent utilizate în circuite precum o încuietoare cu buton, sistemul de udare automat, alarmă antiefracție activată prin lumină, termostat de siguranță și alte tipuri de dispozitive electronice.

Principalul avantaj al porților logice de bază este că acestea pot fi utilizate într-un circuit combinat diferit. În plus, nu există limite la numărul de porți logice care pot fi utilizate într-un singur dispozitiv electronic. Dar poate fi limitat din cauza decalajului fizic specificat în dispozitiv. În circuitele integrate digitale (circuite integrate) vom descoperi o colecție a unității de regiune a porții logice.

Utilizând amestecuri de porți logice de bază, se efectuează deseori operațiuni avansate. În teorie, nu există nicio limită la numărul de porți care pot fi îmbrăcate de-a lungul unui singur dispozitiv. Cu toate acestea, în cerere, există o limită a numărului de porți care pot fi ambalate într-o anumită zonă fizică. Tablourile unității de zonă a porții logice se găsesc în circuitele digitale integrate (CI). La fel de Tehnologie IC avansuri, volumul fizic dorit pentru fiecare poartă individuală scade și dispozitivele digitale de o dimensiune echivalentă sau mai mică devin capabile să acționeze cu operații mai complicate la viteze tot mai mari.

Infografica porților logice

Aici este vorba despre o prezentare generală a ceea ce este un poarta logica de baza , tipuri precum poarta ȘI, poarta SAU, poarta NAND, poarta NOR, poarta EX-OR și poarta EX-NOR. În aceasta, porțile AND, NOT și OR sunt porțile logice de bază. Prin utilizarea acestor porți putem crea orice poartă logică prin combinarea lor. Unde porțile NAND și NOR se numesc porți universale. Aceste porți au o proprietate specială cu care pot crea orice expresie logică booleană dacă sunt proiectate într-un mod adecvat. Mai mult, pentru orice întrebări referitoare la acest articol sau proiecte electronice, vă rugăm să ne dați feedback comentând în secțiunea de comentarii de mai jos.