Lær om grunnleggende logiske porter med sannhetstabeller

Prøv Instrumentet Vårt For Å Eliminere Problemer





I dag har datamaskiner blitt en integrert del av livet ettersom de utfører mange oppgaver og operasjoner på ganske kort tid. En av de viktigste funksjonene til CPU i en datamaskin er å utføre logiske operasjoner ved å bruke maskinvare som Integrerte kretser programvareteknologi og elektroniske kretser ,. Men hvordan denne maskinvaren og programvaren utfører slike operasjoner er et mystisk puslespill. For å få en bedre forståelse av et så komplekst spørsmål, må vi bli kjent med begrepet Boolean Logic, utviklet av George Boole. For en enkel operasjon bruker datamaskiner binære sifre i stedet for digitale sifre. Alle operasjonene utføres av Basic Logic-portene. Denne artikkelen diskuterer en oversikt over hva som er grunnleggende logiske porter innen digital elektronikk og deres arbeid.

Hva er grunnleggende logiske porter?

En logisk gate er en grunnleggende byggestein i en digital krets som har to innganger og en utgang. Forholdet mellom i / p og o / p er basert på en viss logikk. Disse portene er implementert ved hjelp av elektroniske brytere som transistorer, dioder. Men i praksis er grunnleggende logiske porter bygget med CMOS-teknologi, FETS og MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) s . Logiske porter er brukes i mikroprosessorer, mikrokontrollere , innebygde systemapplikasjoner, og i elektronisk og elektriske prosjektkretser . De grunnleggende logiske portene er kategorisert i syv: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR og NOT. Disse logiske portene med deres logiske port symboler og sannhetstabeller er forklart nedenfor.




Grunnleggende logiske porter

Grunnleggende logiske porter

Hva er de 7 grunnleggende logiske portene?

De grunnleggende logiske portene er klassifisert i syv typer: AND gate, OR gate, XOR gate, NAND gate, NOR gate, XNOR gate, og NOT gate. Sannhetstabellen brukes til å vise den logiske portfunksjonen. Alle logikkportene har to innganger bortsett fra NOT gate, som bare har en inngang.



Når du tegner en sannhetstabell, brukes binære verdier 0 og 1. Hver mulig kombinasjon avhenger av antall innganger. Hvis du ikke vet om logikkportene og sannhetstabellene deres og trenger veiledning om dem, kan du gå gjennom følgende infografikk som gir en oversikt over logikkportene med deres symboler og sannhetstabeller.

Hvorfor bruker vi grunnleggende logiske porter?

De grunnleggende logiske portene brukes til å utføre grunnleggende logiske funksjoner. Dette er de grunnleggende byggesteinene i digitale IC-er (integrerte kretser). De fleste av de logiske portene bruker to binære innganger og genererer en enkelt utgang som 1 eller 0. I noen elektroniske kretser er det få logiske porter som brukes, mens mikroprosessorer inkluderer i noen andre kretser millioner av logiske porter.

Implementeringen av logiske porter kan gjøres gjennom dioder, transistorer, reléer, molekyler og optikk, ellers forskjellige mekaniske elementer. På grunn av dette brukes grunnleggende logiske porter som elektroniske kretser.


Binær og desimal

Før du snakker om sannhetstabellene til logiske porter, er det viktig å kjenne bakgrunnen til binære og desimale tall. Vi kjenner alle desimaltallene vi bruker i hverdagsberegninger som 0 til 9. Denne typen tallsystem inkluderer base-10. På samme måte kan binære tall som 0 og 1 brukes til å betegne desimaltall hvor basen til binære tall er 2.

Betydningen av å bruke binære tall her er å indikere bryterposisjonen, ellers spenningsposisjonen til en digital komponent. Her representerer 1 høysignalet eller høyspenningen, mens “0” spesifiserer lavspenning eller lavt signal. Derfor ble boolsk algebra startet. Etter det blir hver logikkport diskutert separat. Dette inneholder porten, sannhetstabellen og dens typiske symbol.

Typer av logiske porter

De forskjellige typene logiske porter og symboler med sannhetstabeller blir diskutert nedenfor.

Grunnleggende logiske porter

Grunnleggende logiske porter

OG port

AND-porten er en digital logikkport med ‘n’ i / ps one o / p, som utfører logisk sammenheng basert på kombinasjonene av inngangene. Resultatet av denne porten er sant bare når alle inngangene er sanne. Når en eller flere innganger av AND-portens i / ps er falske, er bare utdataene fra AND-porten falske. Symbolet og sannhetstabellen til en AND-port med to innganger er vist nedenfor.

OG Gate og dens sannhetstabell

OG Gate og dens sannhetstabell

ELLER Gate

OR-porten er en digital logisk gate med ‘n’ i / ps og en o / p, som utfører logisk sammenheng basert på kombinasjonene av inngangene. Utgangen fra ELLER-porten er bare sann når en eller flere innganger er sanne. Hvis alle portens i / ps er falske, er bare utgangen til ELLER porten falsk. Symbolet og sannhetstabellen til en ELLER-port med to innganger er vist nedenfor.

ELLER Gate og dens sannhetstabell

ELLER Gate og dens sannhetstabell

IKKE Gate

NOT gate er en digital logisk gate med en inngang og en utgang som driver en inverter-drift av inngangen. Utgangen til IKKE-porten er motsatt av inngangen. Når inngangen til IKKE-porten er sann, vil utdataene være falske og omvendt. Symbolet og sannhetstabellen til en IKKE port med en inngang er vist nedenfor. Ved å bruke denne porten kan vi implementere NOR- og NAND-porter

IKKE Gate og dens sannhetstabell

IKKE Gate og dens sannhetstabell

NAND-porten

NAND-porten er en digital logisk port med ‘n’ i / ps og en o / p, som utfører betjeningen av AND-porten etterfulgt av betjeningen av NOT-porten. NAND-porten er designet ved å kombinere AND- og NOT-portene. Hvis inngangen til NAND-porten er høy, vil utgangen til porten være lav. Symbolet og sannhetstabellen til NAND-porten med to innganger er vist nedenfor.

NAND Gate og dens sannhetstabell

NAND Gate og dens sannhetstabell

NOR Gate

NOR-porten er en digital logisk port med n innganger og en utgang, som utfører operasjonen til ELLER-porten etterfulgt av IKKE-porten. NOR-porten er designet ved å kombinere porten ELLER og IKKE. Når noen av i / psene til NOR-porten er sanne, vil utgangen til NOR-porten være falsk. Symbolet og sannhetstabellen til NOR-porten med sannhetstabellen er vist nedenfor.

NOR Gate og dens sannhetstabell

NOR Gate og dens sannhetstabell

Eksklusiv-ELLER port

Exclusive-ELLER-porten er en digital logikkport med to innganger og en utgang. Den korte formen for denne porten er Ex-OR. Den utfører basert på operasjonen til ELLER-porten. . Hvis noen av inngangene til denne porten er høye, vil utgangen til EX-ELLER porten være høy. Symbolet og sannhetstabellen til EX-OR er vist nedenfor.

EX-OR Gate og dens sannhetstabell

EX-OR gate og dens sannhetstabell

Eksklusiv-NOR-port

Exclusive-NOR-porten er en digital logikkport med to innganger og en utgang. Den korte formen for denne porten er Ex-NOR. Den fungerer ut fra driften av NOR-porten. Når begge inngangene til denne porten er høye, vil utgangen til EX-NOR-porten være høy. Men hvis noen av inngangene er høye (men ikke begge), vil utgangen være lav. Symbolet og sannhetstabellen til EX-NOR er vist nedenfor.

EX-NOR Gate og dens sannhetstabell

EX-NOR Gate og dens sannhetstabell

Anvendelsene av logiske porter bestemmes hovedsakelig basert på deres sannhetstabell, dvs. deres driftsmåte. De grunnleggende logiske portene brukes i mange kretser, for eksempel en trykknapplås, lysaktivert innbruddsalarm , sikkerhetstermostat, et automatisk vanningssystem osv.

Sannhetstabell for å uttrykke Logic Gate Circuit

Gate krets kan uttrykkes ved hjelp av en vanlig metode er kjent som en sannhetstabell. Denne tabellen inkluderer alle inngangslogiske tilstandskombinasjoner enten høy (1) eller lav (0) for hver inngangsterminal i logikkporten gjennom det tilsvarende utgangslogiske nivået som høyt eller lavt. IKKE logikkportkretsen er vist ovenfor, og sannhetstabellen er veldig enkel

Sannhetstabellene for logiske porter er veldig komplekse, men større enn IKKE-porten. Sannhetstabellen til hver gate må inneholde mange rader som det er muligheter for eksklusive kombinasjoner for innganger. For eksempel, for IKKE-porten, er det to muligheter for innganger enten 0 eller 1, mens det for to-inngangs-logikkporten er fire muligheter som 00, 01, 10 og 11. Derfor inkluderer den fire rader for tilsvarende sannhetstabell.

For en logikkport med 3 innganger er det 8 mulige innganger som 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 & 111. Derfor er det nødvendig med en sannhetstabell som inkluderer 8 rader. Matematisk tilsvarer det nødvendige antall rader i sannhetstabellen 2 økt til kraften til nr. av i / p-terminaler.

Analyse

Spenningssignalene i de digitale kretsene er representert med binære verdier som 0 og 1 beregnet i forhold til jord. Mangelen på spenning betyr hovedsakelig '0', mens eksistensen av full DC-forsyningsspenning betyr '1'.

En logisk gate er en spesiell type forsterkerkrets som hovedsakelig er designet for både inngangs- og utgangslogiske nivåspenninger. Logiske portkretser symboliseres oftest med et skjematisk diagram gjennom sine egne eksklusive symboler I stedet for deres essensielle motstander og transistorer.

Akkurat som med Op-Amps (operasjonelle forsterkere), blir koblingene mellom strømforsyning og logiske porter ofte feilplassert i skjematiske diagrammer for å oppnå enkelhet. Den inkluderer de sannsynlige inngangslogiske nivåkombinasjonene gjennom deres spesifikke utgangslogiske nivåer.

Hva er den enkleste måten å lære logiske porter på?

Den enkleste måten å lære seg funksjonen til grunnleggende logiske porter er forklart nedenfor.

  • For AND Gate - Hvis begge inngangene er høye, er utgangen også høy
  • For OR Gate - Hvis minst en inngang er høy, er utgangen høy
  • For XOR Gate - Hvis den minste inngangen er høy, er bare utgangen høy
  • NAND Gate - Hvis den minste inngangen er lav, er utgangen høy
  • NOR Gate - Hvis begge inngangene er lave, er utgangen høy.

The Morgan's Theorem

Den første teoremet til DeMorgan sier at den logiske porten som NAND er lik en ELLER-port med en boble. Den logiske funksjonen til NAND-porten er

A’B = A ’+ B’

Den andre teoremet til DeMorgan sier at NOR-logikkporten er lik en OG-port med en boble. Den logiske funksjonen til NOR gate er

(A + B) ’= A’. B ’

Konvertering av NAND Gate

NAND-porten kan dannes ved hjelp av AND gate & NOT gate. Tabellen Boolske uttrykk og sannhet 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 hjelp av ELLER port og IKKE port. Tabellen Boolske uttrykk og sannhet er vist nedenfor.

NOR Logic Gates Formation

NOR Logic Gates Formation

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 portkonvertering

Ex-OR-porten kan dannes ved hjelp av IKKE-, OG ELLER port. Tabellen Boolske uttrykk og sannhet er vist nedenfor. Denne logiske porten kan defineres som porten som gir høy effekt når en hvilken som helst inngang av denne er høy. Hvis begge inngangene til denne porten er høye, vil utgangen være lav.

Ex-OR Logic Gates Formation

Ex-OR Logic Gates Formation

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-porten kan dannes ved hjelp av EX-OR-port og IKKE-port. Tabellen Boolske uttrykk og sannhet er vist nedenfor. I denne logikkporten, når utgangen er høy “1”, vil begge inngangene 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

Grunnleggende logiske porter ved bruk av Universal Gates

Universelle porter som NAND gate og NOR gate kan implementeres gjennom ethvert boolsk uttrykk uten å bruke noen annen type logisk gate. Og de kan også brukes til å designe en hvilken som helst grunnleggende logisk gate. I tillegg blir disse mye brukt i integrerte kretser, ettersom de er enkle og kostnadseffektive å lage. De grunnleggende logiske portene design ved hjelp av universelle porter er diskutert nedenfor.

De grunnleggende logiske portene kan utformes ved hjelp av universelle porter. Den bruker en feil, litt test, ellers kan du bruke boolsk logikk for å oppnå disse gjennom logikkportligningene for en NAND-gate så vel som en NOR-gate. Her brukes boolsk logikk for å løse utdataene du trenger. Det tar litt tid, men det er nødvendig å utføre dette for å få tak i boolsk logikk så vel som grunnleggende logiske porter.

Grunnleggende logiske porter ved hjelp av NAND Gate

Utformingen av grunnleggende logiske porter ved hjelp av NAND gate er diskutert nedenfor.

IKKE portdesign ved bruk av NAND

Designet av NOT-porten er veldig enkelt ved å koble begge inngangene som en.

OG Gate Design ved hjelp av NAND

Utformingen av AND-porten ved hjelp av NAND-porten kan gjøres ved NAND-portens utgang for å reversere den og oppnå OG-logikk.

ELLER Gate Design ved hjelp av NAND

Utformingen av ELLER-porten ved hjelp av NAND-porten kan gjøres ved å koble to IKKE-porter ved hjelp av NAND-porter ved NANDs innganger for å oppnå ELLER-logikk.

NOR Gate Design bruker NAND

Utformingen av NOR-porten ved hjelp av NAND-porten kan gjøres ved å bare koble en annen NOT-port gjennom NAND-porten til o / p av en ELLER-port gjennom NAND.

EXOR Gate Design ved hjelp av NAND

Denne er litt vanskelig. Du deler de to inngangene med tre porter. Utgangen fra den første NAND er den andre inngangen til de to andre. Til slutt tar en annen NAND utgangene fra disse to NAND-portene for å gi den endelige utgangen.

Grunnleggende logiske porter ved bruk av NOR Gate

Utformingen av grunnleggende logiske porter ved hjelp av NOR gate er diskutert nedenfor.

IKKE Gate ved hjelp av NOR

Utformingen av NOT gate med NOR gate er enkel ved å koble begge inngangene som en.

ELLER Gate ved hjelp av NOR

Utformingen av OR Gate med NOR gate er enkel ved å koble til ved O / P av NOR gate for å reversere den og få OR logikk.

OG Gate ved hjelp av NOR

Utformingen av AND-porten ved hjelp av NOR-porten kan gjøres ved å koble to NOT med NOR-porter ved NOR-inngangene for å oppnå OG-logikk.

NAND Gate ved hjelp av NOR

Utformingen av NAND Gate ved hjelp av NOR gate kan gjøres ved å bare koble en annen NOT gate gjennom NOR gate til AND gateens utgang med NOR.

EX-NOR Gate med NOR

Denne typen tilkobling er litt vanskelig fordi de to inngangene kan deles med tre logiske porter. Den første NOR-portutgangen er den neste inngangen til de to gjenværende portene. Til slutt bruker en annen NOR-gate de to NOR-portutgangene for å gi den siste utgangen.

applikasjoner

De applikasjoner av grunnleggende logiske porter er så mange, men de er for det meste avhengige av sannhetstabellene ellers driftsform. Grunnleggende logiske porter brukes ofte i kretser som en lås med trykknapp, vanningssystemet automatisk, innbruddsalarm aktivert gjennom lys, sikkerhetstermostat og andre typer elektroniske enheter.

Hovedfordelen med grunnleggende logiske porter er at disse kan brukes i en annen kombinasjonskrets. I tillegg er det ingen grense for antall logiske porter som kan brukes i en enkelt elektronisk enhet. Men det kan være begrenset på grunn av det spesifiserte fysiske gapet i enheten. I digitale IC-er (integrerte kretser) vil vi oppdage en samling av den logiske portregionenheten.

Ved å bruke blandinger av grunnleggende logiske porter utføres ofte avanserte operasjoner. I teorien er det ingen grense for antall porter som kan kles sammen under en enkelt enhet. I applikasjonen er det imidlertid en grense for antall porter som kan pakkes inn i et gitt fysisk område. Arrangementer av den logiske gateområdet er funnet i digitale integrerte kretser (ICs). Som IC-teknologi fremskritt, reduseres ønsket fysisk volum for hver enkelt port, og digitale enheter av tilsvarende eller mindre størrelse blir i stand til å handle med mer kompliserte operasjoner med stadig økende hastigheter.

Infographics of Logic Gates

Ulike typer digitale logiske porter

Dette handler om en oversikt over hva som er en grunnleggende logikkport , typer som AND gate, OR gate, NAND gate, NOR gate, EX-OR gate, og EX-NOR gate. I dette er AND, NOT og OR-portene de grunnleggende logiske portene. Ved å bruke disse portene kan vi lage en hvilken som helst logisk gate ved å kombinere dem. Der NAND- og NOR-porter kalles universalporter. Disse portene har en bestemt egenskap som de kan lage et hvilket som helst logisk boolsk uttrykk med hvis de er utformet på en riktig måte. Videre, for spørsmål angående denne artikkelen, eller elektronikkprosjekter, vennligst gi din tilbakemelding ved å kommentere i kommentarfeltet nedenfor.