Kend til grundlæggende logiske porte med sandhedstabeller

Kend til grundlæggende logiske porte med sandhedstabeller

I dag er computere blevet en integreret del af livet, da de udfører mange opgaver og operationer på ganske kort tid. En af de vigtigste funktioner i CPU'en i en computer er at udføre logiske operationer ved at bruge hardware som Integrerede kredsløb softwareteknologier & elektroniske kredsløb ,. Men hvordan denne hardware og software udfører sådanne operationer er et mystisk puslespil. For at få en bedre forståelse af et så komplekst emne, skal vi gøre os bekendt med udtrykket boolsk logik, udviklet af George Boole. Til en simpel handling bruger computere binære cifre snarere end digitale cifre. Alle operationer udføres af Basic Logic-porte. Denne artikel diskuterer en oversigt over hvad der er grundlæggende logiske porte inden for digital elektronik og deres arbejde.



Hvad er grundlæggende logiske porte?

En logisk gate er en grundlæggende byggesten i et digitalt kredsløb, der har to indgange og en udgang. Forholdet mellem i / p og o / p er baseret på en bestemt logik. Disse porte er implementeret ved hjælp af elektroniske afbrydere som transistorer, dioder. Men i praksis er grundlæggende logiske porte bygget ved hjælp af CMOS-teknologi, FETS og MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) s . Logiske porte er bruges i mikroprocessorer, mikrokontroller , indlejrede systemapplikationer og i elektronisk og elektriske projektkredsløb . De grundlæggende logiske porte er kategoriseret i syv: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR og NOT. Disse logiske porte med deres logiske gate-symboler og sandhedstabeller forklares nedenfor.


Grundlæggende betjening af logiske porte

Grundlæggende betjening af logiske porte





Hvad er de 7 grundlæggende logiske porte?

De grundlæggende logiske porte er klassificeret i syv typer: AND gate, OR gate, XOR gate, NAND gate, NOR gate, XNOR gate, og NOT gate. Sandhedstabellen bruges til at vise den logiske gate-funktion. Alle logiske porte har to indgange undtagen IKKE-porten, som kun har en indgang.

Når du tegner en sandhedstabel, bruges de binære værdier 0 og 1. Enhver mulig kombination afhænger af antallet af indgange. Hvis du ikke kender til de logiske porte og deres sandhedstabeller og har brug for vejledning om dem, skal du gennemgå følgende infografik, der giver et overblik over logiske porte med deres symboler og sandhedstabeller.



Hvorfor bruger vi Basic Logic Gates?

De grundlæggende logiske porte bruges til at udføre grundlæggende logiske funktioner. Dette er de grundlæggende byggesten i de digitale IC'er (integrerede kredsløb). De fleste af de logiske porte bruger to binære indgange og genererer en enkelt output som 1 eller 0. I nogle elektroniske kredsløb er der få logiske porte, mens mikroprocessorer i nogle andre kredsløb inkluderer millioner af logiske porte.

Implementeringen af ​​logiske porte kan ske gennem dioder, transistorer, relæer, molekyler og optik, ellers forskellige mekaniske elementer. På grund af denne grund bruges grundlæggende logiske porte som elektroniske kredsløb.


Binær og decimal

Før vi taler om sandhedstabellerne for logiske porte, er det vigtigt at kende baggrunden for binære og decimale tal. Vi kender alle de decimaltal, som vi bruger i daglige beregninger som 0 til 9. Denne slags talesystem inkluderer base-10. På samme måde kan binære tal som 0 og 1 bruges til at angive decimaltal, uanset hvor bunden af ​​de binære tal er 2.

Betydningen af ​​at bruge binære tal her er at betegne skiftepositionen ellers spændingsposition for en digital komponent. Her repræsenterer 1 Højt signal eller højspænding, hvorimod “0” angiver lavspænding eller lavt signal. Derfor blev boolsk algebra startet. Derefter diskuteres hver logisk gate separat, dette indeholder porten, sandhedstabellen og dens typiske symbol.

Typer af logiske porte

De forskellige typer logiske porte og symboler med sandhedstabeller diskuteres nedenfor.

Grundlæggende logiske porte

Grundlæggende logiske porte

OG port

AND-porten er en digital logikport med ‘n’ i / ps one o / p, som udfører logisk sammenhæng baseret på kombinationerne af dens input. Outputtet fra denne gate er kun sandt, når alle input er sande. Når en eller flere input af AND-portens i / ps er falske, er kun output fra AND-porten falske. Symbolet og sandhedstabellen for en AND-port med to indgange er vist nedenfor.

OG Gate og dens sandhedstabel

OG Gate og dens sandhedstabel

ELLER Port

ELLER-porten er en digital logisk port med ‘n’ i / ps og en o / p, der udfører logisk sammenhæng baseret på kombinationerne af dens indgange. Outputtet fra ELLER-porten er kun sandt, når en eller flere indgange er sande. Hvis alle portens i / ps er falske, er kun output fra ELLER porten falske. Symbolet og sandhedstabellen for en ELLER-port med to indgange er vist nedenfor.

ELLER Gate og dens sandhedstabel

ELLER Gate og dens sandhedstabel

IKKE port

NOT gate er en digital logisk gate med en indgang og en udgang, der betjener en inverterbetjening af indgangen. Outputtet fra NOT gate er bagsiden af ​​input. Når input af NOT gate er sandt, vil output være falsk og omvendt. Symbolet og sandhedstabellen for en IKKE-port med en indgang er vist nedenfor. Ved at bruge denne port kan vi implementere NOR- og NAND-porte

IKKE Gate og dens sandhedstabel

IKKE Gate og dens sandhedstabel

NAND-porten

NAND-porten er en digital logisk port med 'n' i / ps og en o / p, der udfører betjeningen af ​​AND-porten efterfulgt af operationen af ​​NOT-porten. NAND-porten er designet ved at kombinere AND- og IKKE-portene. Hvis indgangen til NAND-porten er høj, vil portens output være lav. Symbolet og sandhedstabellen for NAND-porten med to indgange er vist nedenfor.

NAND Gate og dens sandhedstabel

NAND Gate og dens sandhedstabel

NOR-porten

NOR-porten er en digital logisk port med n indgange og en udgang, der udfører operationen af ​​ELLER-porten efterfulgt af IKKE-porten. NOR-porten er designet ved at kombinere porten ELLER og IKKE. Når et af i / ps'erne for NOR-porten er sandt, vil output fra NOR-porten være falsk. Symbolet og sandhedstabellen for NOR-porten med sandhedstabellen er vist nedenfor.

NOR Gate og dens sandhedstabel

NOR Gate og dens sandhedstabel

Eksklusiv-ELLER port

Exclusive-OR gate er en digital logisk gate med to indgange og en udgang. Den korte form for denne port er Ex-OR. Den udfører baseret på betjeningen af ​​ELLER-porten. . Hvis nogen af ​​indgangene til denne port er høje, vil output fra EX-ELLER-porten være høj. Symbolet og sandhedstabellen for EX-OR er vist nedenfor.

EX-OR Gate og dens sandhedstabel

EX-OR gate og dens sandhedstabel

Eksklusiv-NOR-port

Exclusive-NOR-porten er en digital logisk port med to indgange og en udgang. Den korte form for denne port er Ex-NOR. Det fungerer ud fra driften af ​​NOR-porten. Når begge indgangene til denne port er høje, vil output fra EX-NOR-porten være høj. Men hvis nogen af ​​indgangene er høje (men ikke begge), vil output være lavt. Symbolet og sandhedstabellen for EX-NOR er vist nedenfor.

EX-NOR Gate og dens sandhedstabel

EX-NOR Gate og dens sandhedstabel

Anvendelserne af logiske porte bestemmes hovedsageligt på baggrund af deres sandhedstabel, dvs. deres driftsform. De grundlæggende logiske porte bruges i mange kredsløb som en trykknaplås, lysaktiveret tyverialarm , sikkerhedstermostat, et automatisk vandingssystem osv.

Sandhedstabel til Express Logic Gate Circuit

Gate kredsløb kan udtrykkes ved hjælp af en fælles metode er kendt som en sandhed tabel. Denne tabel inkluderer alle indgangslogiske tilstandskombinationer enten høj (1) eller lav (0) for hver indgangsterminal i den logiske gate gennem det tilsvarende outputlogiske niveau som høj eller lav. IKKE logisk gate-kredsløb er vist ovenfor, og dens sandhedstabel er meget let

Sandhedstabellerne for logiske porte er meget komplekse, men større end IKKE-porten. Sandhedstabellen for hver gate skal indeholde mange rækker, ligesom der er muligheder for eksklusive kombinationer af input. For IKKE-porten er der to muligheder for indgange enten 0 eller 1, hvorimod der for de to-input logiske gate er fire muligheder som 00, 01, 10 & 11. Derfor inkluderer den fire rækker til tilsvarende sandhedstabel.

For en 3-input logisk gate er der 8 mulige input som 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 & 111. Derfor kræves en sandhedstabel, der inkluderer 8 rækker. Matematisk svarer det krævede antal rækker i sandhedstabellen til 2 forøget til styrken af ​​nr. af i / p-terminaler.

Analyse

Spændingssignalerne i de digitale kredsløb er repræsenteret med binære værdier som 0 og 1 beregnet i forhold til jord. Manglen på spænding betegner hovedsageligt et '0', mens eksistensen af ​​fuld jævnstrømsforsyningsspænding betyder '1'.

En logisk gate er en speciel type forstærkerkredsløb, der hovedsageligt er designet til input såvel som output logiske niveau spændinger. Logiske portkredsløb symboliseres oftest med et skematisk diagram gennem deres egne eksklusive symboler I stedet for deres væsentlige modstande og transistorer.

Ligesom med Op-Amps (operationelle forstærkere) er forbindelserne mellem strømforsyning og logiske porte ofte forkert placeret i skematiske diagrammer til fordel for enkelheden. Det inkluderer de sandsynlige inputlogiske niveaukombinationer gennem deres særlige outputlogiske niveauer.

Hvad er den nemmeste måde at lære logiske porte på?

Den nemmeste måde at lære funktionen af ​​grundlæggende logiske porte at blive forklaret nedenfor.

  • For AND Gate - Hvis begge input er høje, er output også høje
  • For OR Gate - Hvis et minimum af en input er høj, er outputen høj
  • For XOR Gate - Hvis den mindste input er høj, er kun output høj
  • NAND Gate - Hvis den mindste input er lav, er output høj
  • NOR Gate - Hvis begge indgange er lave, er output høje.

The Morgan's Theorem

Den første sætning af DeMorgan siger, at den logiske gate som NAND er lig med en ELLER-port med en boble. Den logiske funktion af NAND-porten er

A'B = A '+ B'

Den anden sætning af DeMorgan siger, at NOR-logikporten er lig med en AND-port med en boble. Den logiske funktion af NOR gate er

(A + B) ’= A’. B '

Konvertering af NAND Gate

NAND-porten kan dannes ved hjælp af AND gate & NOT gate. Den boolske udtryks- og sandhedstabel er vist nedenfor.

NAND Logic Gates Formation

NAND Logic Gates Formation

Y = (A⋅B) '

TIL

B Y ′ = A ⋅B

Y

0

0 0 1

0

1 0 1
1 0 0

1

1 1 1

0

NOR Gate Conversion

NOR-porten kan dannes ved hjælp af ELLER port & IKKE port. Den boolske udtryks- og sandhedstabel er vist nedenfor.

NOR dannelse af logiske porte

NOR dannelse af logiske porte

Y = (A + B) '

TIL

B Y ′ = A + B Y

0

0 0 1
0 1 1

0

1 0 1

0

1 1 1

0

Ex-ELLER gate konvertering

Ex-OR-porten kan dannes ved hjælp af IKKE, OG & ELLER-porten. Den boolske udtryks- og sandhedstabel er vist nedenfor. Denne logiske gate kan defineres som den gate, der giver høj output, når enhver input af denne er høj. Hvis begge indgange til denne port er høje, vil udgangen være lav.

Dannelse af tidligere ELLER logiske porte

Dannelse af tidligere ELLER logiske porte

Y = A⊕B eller A'B + AB '

TIL B

Y

0

00

0

1

1

10

1

11

0

Ex-NOR Gate Conversion

Ex-NOR gate kan dannes ved hjælp af EX-OR gate & NOT gate. Den boolske udtryks- og sandhedstabel er vist nedenfor. I denne logiske gate, når output er høj '1', vil begge indgange være enten '0' eller '1'.

Ex-NOR Gate Formation

Ex-NOR Gate Formation

Y = (A'B + AB ')'

TIL

B

Y

0

01

0

10
10

0

11

1

Grundlæggende logiske porte ved hjælp af universelle porte

Universelle porte som NAND gate og NOR gate kan implementeres gennem ethvert boolsk udtryk uden brug af nogen anden type logisk gate. Og de kan også bruges til at designe enhver grundlæggende logisk gate. Derudover anvendes disse i vid udstrækning i integrerede kredsløb, da de er enkle såvel som omkostningseffektive at lave. De grundlæggende logiske porte, der bruger universelle porte, diskuteres nedenfor.

De grundlæggende logiske porte kan designes ved hjælp af universelle porte. Det bruger en fejl, en smule test, ellers kan du bruge boolsk logik til at nå disse gennem logikportens ligninger for en NAND-gate såvel som en NOR-gate. Her bruges boolsk logik til at løse det ønskede output. Det tager noget tid, men det er nødvendigt at udføre dette for at opnå et hæng af boolsk logik såvel som grundlæggende logiske porte.

Grundlæggende logiske porte ved hjælp af NAND Gate

Designe af grundlæggende logiske porte ved hjælp af NAND gate diskuteres nedenfor.

IKKE gate design ved hjælp af NAND

Designet af NOT-porten er meget simpelt ved blot at forbinde begge indgange som en.

OG Gate Design ved hjælp af NAND

Designet af AND-porten ved hjælp af NAND-porten kan udføres ved NAND-portens output for at vende den og opnå OG-logik.

ELLER Gate Design ved hjælp af NAND

Designet af ELLER-porten ved hjælp af NAND-porten kan gøres ved at forbinde to IKKE-porte ved hjælp af NAND-porte ved NAND's indgange for at opnå ELLER-logik.

NOR Gate Design ved hjælp af NAND

Designet af NOR-porten ved hjælp af NAND-porten kan gøres ved blot at forbinde en anden NOT-port gennem NAND-porten til o / p af en ELLER-port gennem NAND.

EXOR Gate Design ved hjælp af NAND

Denne er lidt vanskelig. Du deler de to indgange med tre porte. Outputtet fra den første NAND er den anden input til de to andre. Endelig tager en anden NAND output fra disse to NAND-porte for at give den endelige output.

Grundlæggende logiske porte ved hjælp af NOR Gate

Designet af grundlæggende logiske porte ved hjælp af NOR gate diskuteres nedenfor.

IKKE port ved hjælp af NOR

Designet af NOT gate med NOR gate er enkelt ved at forbinde begge indgange som en.

ELLER Gate ved hjælp af NOR

Designet af OR-porten med NOR-porten er enkel ved at forbinde ved NOR / portens o / p for at vende den om og opnå ELLER-logik.

OG Gate ved hjælp af NOR

Designet af AND-porten ved hjælp af NOR-porten kan gøres ved at forbinde to NOT med NOR-porte ved NOR-indgangene for at opnå OG-logik.

NAND Gate ved hjælp af NOR

Designet af NAND-porten ved hjælp af NOR-porten kan gøres ved blot at forbinde en anden NOT-port gennem NOR-porten til AND-portens output med NOR.

EX-NOR Gate ved hjælp af NOR

Denne type forbindelse er lidt vanskelig, fordi de to indgange kan deles med tre logiske porte. Den første NOR gate output er den næste input til de resterende to porte. Endelig bruger en anden NOR-gate de to NOR-gateudgange til at levere den sidste output.

Ansøgninger

Det anvendelser af grundlæggende logiske porte er så mange, men de afhænger for det meste af deres sandhedstabeller ellers form for operationer. Grundlæggende logiske porte bruges ofte i kredsløb som en lås med trykknap, vandingssystemet automatisk, tyverialarm aktiveret gennem lys, sikkerhedstermostat og andre typer elektroniske enheder.

Den største fordel ved basale logiske porte er, at disse kan bruges i et andet kombinationskredsløb. Derudover er der ingen grænser for antallet af logiske porte, der kan bruges i en enkelt elektronisk enhed. Men det kan begrænses på grund af det specificerede fysiske hul i enheden. I digitale IC'er (integrerede kredsløb) vil vi opdage en samling af logikportenheden.

Ved at bruge blandinger af basale logiske porte udføres avancerede operationer ofte. I teorien er der ingen grænse for antallet af porte, der kan klædes sammen under en enkelt enhed. Imidlertid er der i applikationen en grænse for antallet af porte, der kan pakkes ind i et givet fysisk område. Arrays af den logiske gate-arealenhed findes i digitale integrerede kredsløb (IC'er). Som IC-teknologi fremskridt, falder det ønskede fysiske volumen for hver enkelt gate, og digitale enheder af en ækvivalent eller mindre størrelse bliver i stand til at handle med mere komplicerede operationer ved stadigt stigende hastigheder.

Infografik af logiske porte

Forskellige typer digitale logiske porte

Dette handler om en oversigt over, hvad der er en grundlæggende logisk gate , typer som AND gate, OR gate, NAND gate, NOR gate, EX-OR gate og EX-NOR gate. I dette er AND, NOT og OR-porte de grundlæggende logiske porte. Ved at bruge disse porte kan vi oprette en hvilken som helst logisk gate ved at kombinere dem. Hvor NAND- og NOR-porte kaldes universelle porte. Disse porte har en bestemt egenskab, hvormed de kan skabe ethvert logisk boolsk udtryk, hvis de er designet på en ordentlig måde. Desuden for eventuelle spørgsmål vedrørende denne artikel eller elektronikprojekter, Giv din feedback ved at kommentere i kommentarfeltet nedenfor.