Loģiskie vārti: viss, kas jums jāzina

the loģiskie vārti ir digitālās elektronikas pamats. Šī iemesla dēļ tie ir ļoti svarīgi, un, ja vēlaties sākt ar tiem strādāt, jums jāzina, kas tie ir, kā tie ir izveidoti un kā tie darbojas. Tātad jūs varat izmantot tirgū esošās mikroshēmu sērijas, kurām ir šāda veida durvis, lai jūs varētu sākt veidot savus projektus, kas darbojas saskaņā ar šo loģiku.

Šīs durvis, apvienojumā ar citām Elektroniskās sastāvdaļas, un pat ar plāksnēm, piemēram Arduino, viņi var dot daudz spēles veidotājiem kā pats redzi.

Kas ir loģikas vārti?

the loģikas vārti tie ir digitālās loģikas pamatelementi digitālo elektronisko shēmu ieviešanai. Šie vārti nodrošina zema (0) vai augsta (1) sprieguma signālus izejā atkarībā no to ieejas stāvokļa. Tiem parasti ir viena izeja un divas ieejas, taču var būt durvis ar vairāk nekā 2 ieejām. Turklāt ir tādas īpatnības kā apgriežamie vārti vai NOT, tam ir tikai viena ieeja un viena izeja.

Pateicoties šīm Būla ieejām un izvadēm, jūs varat iegūt elementāras binārās loģikas operācijas, piemēram, saskaitīšanu, reizināšanu, noliegšanu utt.

Kā tie tiek īstenoti?

Loģiskos vārtus var īstenot ne tikai vienā veidā. Patiesībā tāpēc ir dažādi loģiskās ģimenes. Katra no šīm ģimenēm vārtus ieviesīs vienā veidā, izmantojot dažādas elektroniskās sastāvdaļas.

Ar ejemploJa mikroshēmā tiek izmantots TTL, vārti tiks veidoti no bipolāriem tranzistoriem, savukārt CMOS loģika ir balstīta tikai uz MOSFET tranzistoriem. Papildus šīm divām ģimenēm, kas parasti ir vispopulārākās, ir arī citas, piemēram, BiCMOS (apvieno bipolārus un CMOS tranzistorus), RTL (rezistori un bipolāri tranzistori), DTL (diodes un tranzistori), ECL, IIL utt.

Nav viena ģimene daudz labāka par otru, tas būs atkarīgs no pieteikuma. Bet tomēr, CMOS Tā ir viena no visvairāk izmantotajām uzlabotajās shēmās, piemēram, CPU, MCU, GPU, atmiņā utt. Citām vienkāršākām shēmām parasti tiek atrasts arī TTL.

pieteikumi

Šo loģisko vārtu pielietojums ir bezgalīgs. Ar šiem svarīgajiem "ķieģeļiem" jūs varat būvēt daudzas digitālās shēmas. No vienkārša papildinātāja līdz sarežģītam CPU, izmantojot daudzas citas shēmas, kuras varat iedomāties. Patiesībā daudzām sistēmām, kuras izmantojat katru dienu, piemēram, datorā, televizorā, mobilajā ierīcē utt., ir miljardiem loģikas vārtu.

Un praktisks piemērs loģisko vārtu pielietojums būtu šis vienkāršais papildinātājs, ko varat redzēt attēlā iepriekš. Tā ir ļoti vienkārša shēma, kuras ievados var pievienot divus bitus (A un B), lai iegūtu Summas rezultātu, kā arī Carry, tas ir, ko jūs atņemat ... Jūs varat redzēt rezultātus. dot šādā tabulā:

Ja paskatās uz šo tabulu, tad, ja binārajā sistēmā pievienojat 0 + 0, jūs saņemat 0, ja pievienojat 1 + 0, tas ir 1, bet, ja pievienojat 1 + 1, tas iegūtu 2, kas binārajā sistēmā atbilst 10.

Loģisko vārtu veidi

Attiecībā loģisko vārtu veidi, jums to ir diezgan daudz, lai gan visbiežāk lietotās ir šādas (ar to patiesības tabulām):

• Buferis (jā): to sauc par buferi vai tiešajiem vārtiem, jo ​​tā izvadei būs tāds pats stāvoklis kā ievadei. Lai gan tas var šķist bezjēdzīgi, daudzās loģiskajās shēmās to bieži izmanto kā strāvas pastiprinātāju vai kā sprieguma sekotāju.

• NAV (invertors): ir loģiskais noliegums (¬ o '), tas ir, tas apgriež bitu izejā.

• UN (Y): šie citi vārti veic sava ievades bināro bitu reizinājuma funkciju (·). Tas ir, tas būtu kā A un B reizināšana. Tāpēc jebkas ar nulli ir nulle, tas izvadā dotu tikai vienu, ja abas ievades ir 1. Līdz ar to tā nosaukums ir 1 UN 1.

• ZELTS): šie citi vārti veic loģisku pievienošanas darbību (+). Tas ir, vai nu vienai no tā izvadēm VAI otrai, VAI abām ir jābūt 1, lai tās izvade būtu 1. Ja abi ir 0, arī izvade ir 0.

• XOR (vai ekskluzīvs): Šis ekskluzīvais VAI veic Būla funkciju A'B + AB', un tā simbols ir
  . Šajā gadījumā, ja tās divas ieejas ir vienādas, izvade ir 0. Ja tās atšķiras, tad tas būs 1.

• NAND (Y noliegts): ir noliegtais loģiskais produkts, tas ir, UN apgrieztais rezultāts. Tas ir tāpat kā UN izvadē izmantot NOT, lai apgrieztu izvades bitus. Tāpēc rezultāti ir šādi:

• NOR (vai liegta): noliegtā loģiskā summa vai tas pats, VAI ar tā noliegto izvadi, kā rezultātā tiek iegūta VAI apgrieztā vērtība.

• XNOR (ekskluzīvs NOR): tas ir tāpat kā binārā papildinājuma pielietošana XOR vārtiem. Tas ir, veiciet AB + A'B operāciju. A reizes B pievienots A reizes B noraidīts. Tāpēc izejas būs tādas pašas kā apgrieztā XOR izvades:

Gan NOR, gan NAND ir divi no interesantākajiem vārtiem, jo ​​tie ir pazīstami kā universālie loģikas vārti. Tas ir, jūs varat izveidot shēmas tikai ar tām, lai attēlotu jebkura cita veida loģiskos vārtus. Tas ir svarīgi, jo, pērkot mikroshēmas ar šīm durvīm, jums var būt visas funkcijas. Piemēram, ja abas NOR ieejas ir savienotas vai NAND ir līdzvērtīga NOT. Šeit jums ir vairāk ekvivalentu:

Funkcijas: electronics-tutorials.ws

Te Es iesakuLai uzzinātu vairāk, Google meklējiet vienkāršu shēmu ar jebkuriem vārtiem. Un, lai uzzinātu, ko tas dara, veiciet sava veida "reverso inženieriju", sekojiet ieeju un izeju rindām un skatiet katras līnijas statusu atbilstoši izvadei piešķirtajām ieejām.

Ar ejemploJa skatāties uz iepriekš redzamo attēlu, VAI ekvivalences diagrammu ar NAND vārtiem, jūs redzēsit, ka tā sastāv no diviem NAND vārtiem ar tiltu izvadi, un abas izejas tiek novirzītas uz citu NAND. Paturiet prātā tālāk norādīto.

• Ja dodaties uz NAND patiesības tabulu, jūs redzēsit, ka tad, kad tās divas ieejas ir 0, izvade ir 1, un, ja tās divas ieejas ir 1, izvade ir 0.
• Tā kā tie ir tilti, ja ievade ir 1 (viens ievada abos), rezultāts ir 0. Un, kad ievade ir 0 (abi nulle), izvade būs 1, kas ir līdzvērtīga NOT.
• Tāpēc mums ir divi NOT bitiem A un B. To izvadē mums būs A 'un B'.
• Šīs divas negācijas nonāk pēdējā NAND, kas veiks šo divu bitu apgrieztu loģisko reizinājumu.
• Saskaņā ar loģikas likumiem tas ir vienāds ar tiešo summu, tas ir, A + B. Tāpēc gala rezultāts būs tā, it kā tas būtu VAI...

Logic Gate mikroshēmu sērija — kur nopirkt

Veikalos, kas specializējas elektronikā, varat pērc lētus čipsus ar loģikas vārtiem, ko sākt izmantot savos projektos. Šīs mikroshēmas nav viens loģikas vārti, taču tie ļauj jums izveidot vairākus no tiem, lai jūs varētu saistīt to ieejas un izejas pēc vajadzības. Piemēram, diagrammā augstāk redzamajā attēlā var redzēt tipisku DIP mikroshēmas izvadu ar 4 NAND vārtiem. Turklāt tam ir arī divas barošanas tapas (Vcc un GND).

Šeit ir daži iegādes ieteikumi:

• Netika atrasts neviens produkts..
• Huaban: 30 mikroshēmu komplekts ar universālajiem NAND vārtiem.
• Zebulons: 120 CMOS mikroshēmu komplekts.

Citi resursi

Lai uzzinātu vairāk par to, kā ieviest šos vārtus un kā sākt ar tiem izveidot shēmas, varat izmantot šos otros rekursos ko es ieteiktu:

• SimulIDE programmatūra lai varētu simulēt šo ķēžu darbību ar vārtiem. Tas ir bezmaksas, atvērtā koda un vairāku platformu.
• Tiešsaistes binārais kalkulators (Varat arī izmantot operētājsistēmas kalkulatoru binārajā režīmā).
• Netika atrasts neviens produkts..
• Digitālo loģisko shēmu grāmata: no dizaina līdz eksperimentam.

Digitālā loģika ar Arduino

Cits resurss kas jums ir rokās, ja jums jau ir šķīvis Arduino UNO tavās rokās ir izmantojiet Arduino IDE, lai izveidotu skices kas simulē šīs loģiskās funkcijas, lai, piemēram, redzētu rezultātu vizuālākā veidā ar LED, kas simulē durvju izvadi. Piemēram, uzliekot LED uz 7. tapas un izmantojot 8 un 9 kā ieeju A un 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);
}

Šeit ir izmantota funkcija UN (&), kā redzat, taču šo koda rindiņu zem // UN varat aizstāt ar citām, ko izmantot. citas loģiskās funkcijas:

//OR
pinOutState = pinAState | pinBState;

//NOT
pinOutState = !pinAState;

//XOR
pinOutState = pinAState ^ pinBState;

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

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

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