Ako fungujú logické brány

V tomto príspevku budeme komplexne rozumieť tomu, čo sú logické brány a ako fungujú. Zoznámime sa so základnou definíciou, symbolom, tabuľkou pravdy, vstupnými bránami Multi, budeme tiež budovať ekvivalenty hradiel založených na tranzistoroch a nakoniec si urobíme prehľad o rôznych relevantných integrovaných obvodoch CMOS.

Čo sú to logické brány

Logickú bránu v elektronickom obvode možno vyjadriť ako fyzickú jednotku predstavovanú pomocou boolovskej funkcie.

Inými slovami, logická brána je navrhnutá na vykonávanie logickej funkcie pomocou jedného alebo viacerých binárnych vstupov a na generovanie jedného binárneho výstupu.

Brány Electronic Logic sú zásadne konfigurované a implementované pomocou polovodičových blokov alebo prvkov, ako sú diódy alebo tranzistory, ktoré fungujú ako spínače ON / OFF s presne definovaným vzorom spínania. Logické brány uľahčujú kaskádové usporiadanie brán tak, že ľahko umožňujú zloženie booleovských funkcií, čo umožňuje vytvárať fyzické modely celej booleovskej logiky. To ďalej umožňuje zapisovať algoritmy a matematiku pomocou logickej logiky.

Logické obvody môžu využívať polovodičové prvky v rozsahu multiplexorov, registrov, aritmetických logických jednotiek (ALU) a pamäte počítača, ba dokonca aj mikroprocesorov, ktoré zahŕňajú až 100 miliónov miliónov logických brán. V dnešnej implementácii nájdete väčšinou tranzistory s efektom poľa (FET), ktoré sa používajú na výrobu logických brán, dobrým príkladom sú tranzistory s efektom poľa oxidu kovu a polovodiča alebo MOSFET.

Začnime tutoriál s logikou A bránami.

Čo je logická brána „AND“?

Je to elektronická brána, ktorej výstup sa mení na „vysoký“ alebo „1“ alebo „pravý“ alebo vydáva „pozitívny signál“, keď sú všetky vstupy brán AND „vysoké“ alebo „1“ alebo „pravdivé“ alebo „ pozitívny signál “.
Napríklad: Povedzte v bráne AND s počtom vstupov „n“, ak sú všetky vstupy „vysoké“, výstup sa zmení na „vysoký“. Aj keď je jeden vstup „LOW“ alebo „0“ alebo „false“ alebo „záporný signál“, výstup sa zmení na „LOW“ alebo „0“ alebo „false“ alebo vydá „negatívny signál“.

Poznámka:
Pojmy „vysoký“, „1“, „pozitívny signál“, „skutočný“ sú v podstate rovnaké (pozitívny signál je pozitívny signál batérie alebo napájacieho zdroja).
Pojmy „LOW“, „0“, „záporný signál“, „nepravda“ sú v podstate rovnaké (záporný signál je záporný signál batérie alebo napájacieho zdroja).

Ilustrácia symbolu logiky A brány:

Tu sú „A“ a „B“ dva vstupy a „Y“ je na výstupe.
Boolovský výraz pre logickú bránu AND: Výstup ‘Y’ je znásobením dvoch vstupov ‘A’ a ‘B’. (A.B) = Y.
Boolovské násobenie je označené bodkou (.)
Ak je „A“ „1“ a „B“ je „1“, výstup je (A.B) = 1 x 1 = „1“ alebo „vysoký“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „1“, výstup je (A.B) = 0 x 1 = „0“ alebo „Nízky“
Ak je „A“ „1“ a „B“ je „0“, výstup je (A.B) = 1 x 0 = „0“ alebo „Nízky“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „0“, výstup je (A.B) = 0 x 0 = „0“ alebo „Nízky“

Vyššie uvedené podmienky sú v tabuľke pravdy zjednodušené.

Tabuľka pravdy (dva vstupy):

3-vstupová brána „AND“:

Ilustrácia 3 vstupných brán AND:

Logické brány AND môžu mať počet vstupov „n“, čo znamená, že môže mať viac ako dva vstupy (Logické brány AND budú mať aspoň dva vstupy a vždy jeden výstup).

Pre bránu AND so vstupom 3 a vstupom sa boolovská rovnica otočí takto: (A.B.C) = Y, podobne aj pre vstup 4 a vyššie.

Tabuľka pravdy pre 3 vstupnú logiku A bránu:

Logika viacerých vstupov AND brány:

Komerčne dostupné brány Logic AND sú dostupné iba v 2, 3 a 4 vstupoch. Ak máme viac ako 4 vstupy, musíme brány kaskádovať.

Môžeme mať šesť vstupných logických brán AND kaskádovaním dvoch vstupných brán AND nasledovne:

Teraz sa boolovská rovnica pre vyššie uvedený obvod stáva Y = (A.B). (C.D). (E.F)

Napriek tomu všetky spomenuté logické pravidlá platia pre vyššie uvedený okruh.

Ak budete používať iba 5 vstupov z vyššie uvedených 6 vstupných brán AND, môžeme pripojiť pull-up rezistor na ľubovoľný jeden kolík a teraz sa z neho stane 5 vstupných AND hradiel.

Tranzistor založený na dvoch vstupoch Logic AND gate:

Teraz vieme, ako funguje logická brána AND, vytvorme bránu AND s 2 vstupmi pomocou dvoch tranzistorov NPN. Logické integrované obvody sú konštruované takmer rovnako.

Schéma dvoch tranzistorov A hradla:

Na výstup „Y“ môžete pripojiť LED, ak je výstup vysoký, LED dióda bude svietiť (svorka LED + Ve na „Y“ s odporom 330 ohmov a záporným pólom na GND).

Keď použijeme vysoký signál na základňu dvoch tranzistorov, oba tranzistory sa zapnú, signál + 5V bude k dispozícii na emitori T2, takže výstup sa otočí vysoko.

Ak je ktorýkoľvek z tranzistorov VYPNUTÝ, na emitori T2 nebude k dispozícii kladné napätie, ale vďaka 1K pull down rezistoru bude na výstupe záporné napätie, takže výstup sa bude označovať ako nízky.

Teraz viete, ako si skonštruovať logiku A vlastnú bránu.

Quad AND gate IC 7408:

Ak si chcete kúpiť logiku A bránu z trhu, dostanete sa do vyššie uvedenej konfigurácie.
Má 14 pinov, pin # 7 a pin # 14 sú GND a Vcc. Je prevádzkovaný na 5V.

Oneskorenie šírenia:

Propagačné oneskorenie je čas potrebný na zmenu výstupu z LOW na HIGH a naopak.
Oneskorenie šírenia z LOW na HIGH je 27 nanosekúnd.
Oneskorenie šírenia z HIGH do LOW je 19 nanosekúnd.
Ďalšie bežne dostupné integrované obvody brány „AND“:

• 74LS08 Quad 2-vstup
• 74LS11 Triple 3-vstup
• 74LS21, duálny 4 vstup
• CD4081 Quad 2-vstup
• CD4073 Triple 3-vstup
• CD4082 Dual 4-vstup

Ďalšie informácie nájdete v údajovom liste vyššie uvedených integrovaných obvodov.

Ako logická funkcia brány „Exclusive NOR“

V tomto príspevku sa budeme zaoberať logickou bránou „Ex-NOR“ alebo bránou Exclusive-NOR. Pozrime sa na základnú definíciu, symbol, pravdivostnú tabuľku, ekvivalentný obvod Ex-NOR, realizáciu Ex-NOR pomocou logické brány NAND a nakoniec urobíme prehľad na vstupe štvorkolejového vstupu Ex-OR IC IC 74266.

Čo je brána „Exclusive NOR“?

Je to elektronická brána, ktorej výstup sa mení na „vysoký“ alebo „1“ alebo „pravý“ alebo vydáva „pozitívny signál“, keď sú vstupy párny počet logických „1 s“ (alebo „pravý“ alebo „vysoký“ alebo „ pozitívny signál “).

Napríklad: Povedzte Exkluzívna brána NOR s počtom vstupov „n“, ak sú vstupy logické „VYSOKÉ“ s 2 alebo 4 alebo 6 vstupmi (párny počet vstupov „1 s“), výstup sa zmení na „VYSOKÝ“.

Aj keď na vstupné piny nepoužijeme žiadnu logickú hodnotu „vysoká“ (t. J. Nulový počet logiky „HIGH“ a všetka logika „LOW“), stále „nula“ je párne číslo, výstup sa zmení na „HIGH“.
Ak je počet aplikovaných logických „1s“ ODD, potom sa výstup zmení na „LOW“ (alebo „0“ alebo „falošný“ alebo „negatívny signál“).

Toto je opak logickej brány „Exclusive OR“, kde sa jej výstup zmení na „HIGH“, keď sú vstupy ODD počet logických „1s“.
Poznámka:

Pojmy „vysoký“, „1“, „pozitívny signál“, „skutočný“ sú v podstate rovnaké (pozitívny signál je pozitívny signál batérie alebo napájacieho zdroja).

Pojmy „LOW“, „0“, „záporný signál“, „nepravda“ sú v podstate rovnaké (záporný signál je záporný signál batérie alebo napájacieho zdroja).

Ilustrácia logickej brány „Exclusive NOR“:

Obvod brány „Exkluzívny NOR“:

Vyššie uvedené je ekvivalentný obvod pre logiku Ex-NOR, ktorý je v podstate kombináciou logickej brány „Exclusive OR“ a logickej brány „NOT“.
Tu sú „A“ a „B“ dva vstupy a „Y“ je na výstupe.
Boolovský výraz pre logickú bránu Ex-NOR: Y = (AB) ̅ + AB.
Ak je „A“ „1“ a „B“ je „1“, výstup je ((AB) ̅ + AB) = 0 + 1 = „1“ alebo „VYSOKÝ“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „1“, výstup je ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = „0“ alebo „LOW“
Ak je „A“ „1“ a „B“ je „0“, výstup je ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = „0“ alebo „LOW“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „0“, výstup je ((AB) ̅ + AB) = 1 + 1 = „1“ alebo „VYSOKÝ“
Vyššie uvedené podmienky sú v tabuľke pravdy zjednodušené.

Tabuľka pravdy (dva vstupy):

Exkluzívna brána NOR s 3 vstupmi:

Ilustrácia 3 vstupných brán Ex-NOR:

Tabuľka pravdy pre 3 vstupné logické brány EX-OR:

Pre 3 vstupné hradlo Ex-NOR sa logická rovnica stáva: A ̅ (BC) ̅ + ABC ̅ + AB ̅C + A ̅BC.
Logická brána „Ex-NOR“ nie je základnou logickou bránou, ale kombináciou rôznych logických brán. Bránu Ex-NOR je možné realizovať pomocou logických brán „OR“, logických brán „AND“ a logických brán „NAND“ nasledovne:

Ekvivalentný obvod pre bránu „Exclusive NOR“:

Vyššie uvedený dizajn má veľkú nevýhodu, na výrobu jednej brány Ex-NOR potrebujeme 3 rôzne logické brány. Tento problém však môžeme prekonať implementáciou brány Ex-NOR iba s logickými bránami „NAND“, čo je tiež ekonomicky náročné vyrobiť.

Exkluzívna brána NOR pomocou brány NAND:

Exkluzívne brány NOR sa používajú na vykonávanie zložitých výpočtových úloh, ako sú aritmetické operácie, binárne sčítania, binárne odčítanie, kontrola parity a používajú sa ako digitálne komparátory.

Logická exkluzívna brána IC 74266:

Ak si chcete kúpiť logickú bránu Ex-NOR z trhu, dostanete sa do vyššie uvedenej konfigurácie DIP.
Má 14 pinov, pin # 7 a pin # 14 sú GND a Vcc. Je prevádzkovaný na 5V.

Oneskorenie šírenia:

Propagačné oneskorenie je čas potrebný na to, aby sa výstup po zadaní vstupu zmenil z LOW na HIGH a naopak.

Oneskorenie šírenia z LOW na HIGH je 23 nanosekúnd.

Oneskorenie šírenia z HIGH do LOW je 23 nanosekúnd.

Bežne dostupné integrované obvody brány „EX-NOR“:
74LS266 Quad 2-vstup
CD4077 Quad 2-vstup

Ako funguje brána NAND

V nasledujúcom vysvetlení budeme skúmať digitálnu logickú bránu NAND. Pozrime sa na základnú definíciu, symbol, tabuľku pravdy, bránu NAND s viacerými vstupmi, zostrojíme tranzistorovú 2-vstupnú bránu NAND, rôzne logické brány používajúce iba bránu NAND a nakoniec si urobíme prehľad o bráne NAND. IC 7400.

Čo je to logická brána „NAND“?

Je to elektronická brána, ktorej výstup sa mení na „LOW“ alebo „0“ alebo „false“ alebo vydáva „negatívny signál“, keď sú všetky vstupy brán NAND „vysoké“ alebo „1“ alebo „pravdivé“ alebo „ pozitívny signál “.

Napríklad: Povedzte bránu NAND s počtom vstupov „n“, ak sú všetky vstupy „vysoké“, výstup sa zmení na „LOW“. Aj keď je jeden vstup „LOW“ alebo „0“ alebo „false“ alebo „záporný signál“, výstup sa zmení na „HIGH“ alebo „1“ alebo „true“ alebo vydá „pozitívny signál“.

Poznámka:

Pojmy „vysoký“, „1“, „pozitívny signál“, „skutočný“ sú v podstate rovnaké (pozitívny signál je pozitívny signál batérie alebo napájacieho zdroja).
Pojmy „LOW“, „0“, „záporný signál“, „nepravda“ sú v podstate rovnaké (záporný signál je záporný signál batérie alebo napájacieho zdroja).

Ilustrácia symbolu brány Logic NAND:

Tu sú „A“ a „B“ dva vstupy a „Y“ je na výstupe.

Tento symbol je brána „AND“ s inverziou „o“.

Logický ekvivalentný obvod brány „NAND“:

Logická brána NAND je kombináciou logickej brány „AND“ a logickej brány „NOT“.

Boolovský výraz pre logickú bránu NAND: Výstup ‘Y’ je doplnkovým znásobením dvoch vstupov ‘A’ a ‘B’. Y = ((A.B) ̅)

Boolovské násobenie je označené bodkou (.) A doplnkové (inverzia) je znázornené čiarou (-) nad písmenom.

Ak je „A“ „1“ a „B“ je „1“, výstup je ((A.B) ̅) = (1 x 1) ̅ = „0“ alebo „LOW“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „1“, výstup je ((A.B) ̅) = (0 x 1) ̅ = „1“ alebo „VYSOKÝ“
Ak je „A“ „1“ a „B“ je „0“, výstup je ((A.B) ̅) = (1 x 0) ̅ = „1“ alebo „VYSOKÝ“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „0“, výstup je ((A.B) ̅) = (0 x 0) ̅ = „1“ alebo „VYSOKÝ“

Vyššie uvedené podmienky sú v tabuľke pravdy zjednodušené.

Tabuľka pravdy (dva vstupy):

3-vstupová brána „NAND“:

Ilustrácia 3 vstupných brán NAND:

Logické brány NAND môžu mať ‘n’ počet vstupov, čo znamená, že môže mať viac ako dva vstupy

(Logické brány NAND budú mať minimálne dva vstupy a vždy jeden výstup).
Pre bránu NAND s 3 vstupmi sa boolovská rovnica otočí takto: ((A.B.C) ̅) = Y, podobne aj pre 4 vstupy a vyššie.

Tabuľka pravdypre 3 vstupnú logickú bránu NAND:

Logické brány NAND s viacerými vstupmi:

Komerčne dostupné brány Logic NAND sú k dispozícii iba v 2, 3 a 4 vstupoch. Ak máme viac ako 4 vstupy, musíme brány kaskádovať.
Napríklad môžeme mať štyri vstupné logické brány NAND kaskádovaním 5 dvoch vstupných brán NAND nasledovne:

Teraz sa boolovská rovnica pre vyššie uvedený obvod stáva Y = ((A.B.C.D) ̅)

Napriek tomu všetky spomenuté logické pravidlá platia pre vyššie uvedený okruh.

Pokiaľ budete používať iba 3 vstupy z vyššie uvedených 4 vstupných hradiel NAND, môžeme pripojiť pull-up rezistor na ktorýkoľvek jeden pin a teraz sa z neho stane 3 vstupný hradlo NAND.

Tranzistorové dva vstupné logické brány NAND:

Teraz vieme, ako logická brána NAND funguje, zostrojme 2 vstupnú bránu NAND pomocou dvoch

NPN tranzistory. Logické integrované obvody sú konštruované takmer rovnako.
Schéma brány NAND s dvoma tranzistormi:

Na výstup „Y“ môžete pripojiť LED, ak je výstup vysoký, LED bude svietiť (svorka LED + Ve na „Y“ s odporom 330 ohmov a záporným pólom GND).

Keď použijeme vysoký signál na základňu dvoch tranzistorov, oba tranzistory sa zapnú, pozemný signál bude k dispozícii na kolektore T1, výstup sa teda zmení na „LOW“.

Ak je niektorý z tranzistorov VYPNUTÝ, tj. Na základňu sa aplikuje signál „LOW“, na kolektore T1 nebude k dispozícii žiadny zemný signál, ale vďaka 1K pull up rezistoru bude na výstupe k dispozícii pozitívny signál a výstup bude otočený „VYSOKÉ“.

Teraz viete, ako si skonštruovať vlastnú logickú bránu NAND.

Rôzne logické brány používajúce bránu NAND:

Brána NAND je tiež známa ako „univerzálna logická brána“, pretože pomocou tejto jedinej brány môžeme vytvoriť ľubovoľnú logickú logiku. To je výhoda pre výrobu integrovaných obvodov s rôznymi logickými funkciami a výroba jednej brány je ekonomická.

Vo vyššie uvedených schémach sú zobrazené iba 3 typy brán, môžeme však urobiť ľubovoľnú logickú logiku.

Quad NAND gate IC 7400:

Ak si chcete kúpiť logickú bránu NAND z trhu, dostanete sa do vyššie uvedenej DIP konfigurácie.
Má 14 pinov, pin # 7 a pin # 14 sú GND a Vcc. Je prevádzkovaný na 5V.

Oneskorenie šírenia:

Propagačné oneskorenie je čas potrebný na to, aby sa výstup po zadaní vstupu zmenil z LOW na HIGH a naopak.

Oneskorenie šírenia z LOW na HIGH je 22 nanosekúnd.
Oneskorenie šírenia z HIGH do LOW je 15 nanosekúnd.
Existuje niekoľko ďalších integrovaných obvodov brány NAND:

• 74LS00 Quad 2-vstup
• 74LS10 Trojitý 3 vstup
• 74LS20 Duálny 4 vstup
• 74LS30 Jeden 8 vstupov
• CD4011 Quad 2-vstup
• CD4023 Trojitý 3 vstup
• CD4012 Duálny 4 vstup

Ako funguje brána NOR

Tu budeme skúmať informácie o NOR bráne digitálnej logiky. Pozrime sa na základnú definíciu, symbol, pravdivostnú tabuľku, viacvstupovú bránu NOR, zostrojíme tranzistorovú 2 vstupnú bránu NOR, rôzne logické brány používajúce iba bránu NOR a nakoniec si urobíme prehľad o bráne NOR IC 7402.

Čo je logická brána „NOR“?

Je to elektronická brána, ktorej výstup sa mení na „VYSOKÝ“ alebo „1“ alebo „pravý“ alebo vydáva „pozitívny signál“, keď sú všetky vstupy brán NOR „LOW“ alebo „0“ alebo „false“ alebo „ negatívny signál “.

Napríklad: Povedzte bránu NOR s počtom vstupov „n“, ak sú všetky vstupy „NÍZKE“, výstup sa zmení na „VYSOKÝ“. Aj keď je jeden vstup „VYSOKÝ“ alebo „1“ alebo „pravý“ alebo „pozitívny signál“, výstup sa zmení na „LOW“ alebo „0“ alebo „falošný“ alebo vydá „negatívny signál“.

Poznámka:

Pojmy „vysoký“, „1“, „pozitívny signál“, „skutočný“ sú v podstate rovnaké (pozitívny signál je pozitívny signál batérie alebo napájacieho zdroja).
Pojmy „LOW“, „0“, „záporný signál“, „nepravda“ sú v podstate rovnaké (záporný signál je záporný signál batérie alebo napájacieho zdroja).

Ilustrácia symbolu brány Logic NOR:

Tu sú „A“ a „B“ dva vstupy a „Y“ je na výstupe.

Tento symbol je brána „ALEBO“ s inverziou „o“.

Logický ekvivalentný obvod „NOR“ brány:

Logická brána NOR je kombináciou logickej brány „OR“ a logickej brány „NOT“.

Boolovský výraz pre logickú bránu NOR: Výstup „Y“ je doplnkovým doplnením dvoch vstupov „A“ a „B“. Y = ((A + B) ̅)

Boolovský prídavok je označený (+) a doplnkový (inverzia) je znázornený stĺpcom (-) nad písmenom.

Ak je „A“ „1“ a „B“ je „1“, výstup je ((A + B) ̅) = (1+ 1) ̅ = „0“ alebo „LOW“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „1“, výstup je ((A + B) ̅) = (0+ 1) ̅ = „0“ alebo „LOW“
Ak je „A“ „1“ a „B“ je „0“, výstup je ((A + B) ̅) = (1+ 0) ̅ = „0“ alebo „LOW“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „0“, výstup je ((A + B) ̅) = (0+ 0) ̅ = „1“ alebo „VYSOKÝ“

Vyššie uvedené podmienky sú v tabuľke pravdy zjednodušené.

Tabuľka pravdy (dva vstupy):

3-vstupová brána „NOR“:

Ilustrácia 3 vstupných brán NOR:

Logické brány NOR môžu mať počet vstupov „n“, čo znamená, že môžu mať viac ako dva vstupy (brány Logic NOR budú mať minimálne dva vstupy a vždy jeden výstup).

Pre bránu NOR s 3 vstupmi sa boolovská rovnica otočí takto: ((A + B + C) ̅) = Y, podobne pre 4 vstupy a vyššie.

Tabuľka pravdy pre 3 vstupné logické brány NOR:

Logické brány NOR s viacerými vstupmi:

Komerčne dostupné brány Logic NOR sú k dispozícii iba v 2, 3 a 4 vstupoch. Ak máme viac ako 4 vstupy, musíme brány kaskádovať.
Napríklad môžeme mať štyri vstupné logické brány NOR kaskádovito 5 dvoch vstupných brán NOR takto:

Teraz sa boolovská rovnica pre vyššie uvedený obvod stáva Y = ((A + B + C + D) ̅)

Napriek tomu všetky spomenuté logické pravidlá platia pre vyššie uvedený okruh.

Pokiaľ budete používať iba 3 vstupy z vyššie uvedených 4 vstupov NOR hradla, môžeme pripojiť pull-down rezistor na ktorýkoľvek z pinov a teraz sa stane 3 vstupom NOR hradla.

Tranzistorové dva vstupné logické brány NOR:

Teraz vieme, ako funguje logická brána NOR, zostrojme bránu NOR s dvoma vstupmi pomocou dvoch tranzistorov NPN. Logické integrované obvody sú konštruované takmer rovnako.
Schéma brány NOR s dvoma tranzistormi:

Na výstup „Y“ môžete pripojiť LED, ak je výstup vysoký, LED bude svietiť (svorka LED + Ve na „Y“ s odporom 330 ohmov a záporným pólom GND).

Keď použijeme signál „VYSOKÝ“ na základňu dvoch tranzistorov, obidva tranzistory sa zapnú a zemný signál bude k dispozícii na kolektore T1 a T2, výstup sa teda zmení na „NÍZKY“.

Ak na niektorý z tranzistorov použijeme hodnotu „HIGH“, bude na výstupe stále k dispozícii záporný signál, takže výstup bude „LOW“.

Ak použijeme signál „LOW“ na základňu dvoch tranzistorov, obidva sa vypnú, ale vďaka pull-up rezistoru sa výstup zmení na „HIGH“.
Teraz viete, ako si postaviť vlastnú logickú bránu NOR.

Rôzne logické brány používajúce bránu NOR:

POZNÁMKA: NAND a NOR sú dve brány, inak známe ako univerzálne brány.

Brána NOR je tiež „univerzálnou logickou bránou“, pretože pomocou tejto jednej brány môžeme vytvoriť ľubovoľnú logickú logiku. To je výhoda pre výrobu integrovaných obvodov s rôznymi logickými funkciami a výroba jednej brány je ekonomická, to je rovnaké aj pre bránu NAND.

Vo vyššie uvedených schémach sú zobrazené iba 3 typy brán, môžeme však vytvoriť ľubovoľnú logickú logiku.
Quad NOR gate IC 7402:

Ak si chcete kúpiť logickú bránu NOR z trhu, dostanete sa do vyššie uvedenej konfigurácie DIP.
Má 14 pinov, pin # 7 a pin # 14 sú GND a Vcc. Je prevádzkovaný na 5V.

Oneskorenie šírenia:

Propagačné oneskorenie je čas potrebný na to, aby sa výstup po zadaní vstupu zmenil z LOW na HIGH a naopak.

Oneskorenie šírenia z LOW na HIGH je 22 nanosekúnd.
Oneskorenie šírenia z HIGH do LOW je 15 nanosekúnd.
K dispozícii je niekoľko ďalších integrovaných obvodov brány NOR:

• 74LS02 Quad 2-vstup
• 74LS27 Triple 3-vstup
• 74LS260 Duálny 4 vstup
• CD4001 Quad 2-vstup
• CD4025 Triple 3-vstup
• CD4002 Duálny 4 vstup

Logika NIE Brána

V tomto príspevku sa budeme zaoberať logickou bránou „NIE“. Dozvieme sa o jeho základnej definícii, symbole, pravdivostnej tabuľke, ekvivalentoch brán NAND a NOR, striedačoch Schmitt, oscilátoroch brány NOT Schmitt, bránach NIE pomocou tranzistorov a nakoniec sa pozrieme na logický striedač NOT gate IC 7404.

Predtým, ako sa začneme zaoberať podrobnosťami logickej brány NIE, ktorá sa nazýva aj ako digitálny invertor, nesmiete si mýliť s „Power invertormi“, ktoré sa používajú v solárnych alebo záložných zdrojoch doma alebo v kancelárii.

Čo je logická brána „NIE“?

Je to logická brána s jedným vstupom a jedným výstupom, ktorej výstup je komplementárny so vstupom.

Vyššie uvedená definícia uvádza, že ak je vstup „VYSOKÝ“ alebo „1“ alebo „pravý“ alebo „pozitívny signál“, výstup bude „LOW“ alebo „0“ alebo „falošný“ alebo „negatívny signál“.

Ak je vstup „LOW“ alebo „0“ alebo „falošný“ alebo „záporný signál“, výstup bude invertovaný na „VYSOKÝ“ alebo „1“ alebo „pravý“ alebo „pozitívny signál“.

Poznámka:

Pojmy „vysoký“, „1“, „pozitívny signál“, „skutočný“ sú v podstate rovnaké (pozitívny signál je pozitívny signál batérie alebo napájacieho zdroja).
Pojmy „LOW“, „0“, „záporný signál“, „nepravda“ sú v podstate rovnaké (záporný signál je záporný signál batérie alebo napájacieho zdroja).

Ilustrácia Logiky NOT Gate:

Predpokladajme, že „A“ je vstup a „Y“ je výstup, boolovská rovnica pre logickú bránu NIE je: Ā = Y.

Rovnica uvádza, že výstupom je inverzia vstupu.

Tabuľka pravdy pre logickú bránu NOT:

Brány not budú mať vždy jeden vstup (a vždy budú mať jediný výstup), sú kategorizované ako rozhodovacie zariadenia. Symbol „o“ na špičke trojuholníka predstavuje doplnenie alebo inverziu.

Tento symbol „o“ sa neobmedzuje iba na logickú bránu „NIE“, ale môže ho použiť aj ľubovoľná logická brána alebo akýkoľvek digitálny obvod. Ak je „o“ na vstupe, znamená to, že vstup je aktívny-nízky.
Active-Low: Výstup sa zmení na aktívny (aktivuje tranzistor, LED alebo relé atď.), Keď je daný vstup „LOW“.

Ekvivalentné brány NAND a NOR:

Bránu „NIE“ je možné skonštruovať pomocou logických brán „NAND“ a logických brán „NOR“ spojením všetkých vstupných pinov, to platí pre brány s 3, 4 a vyššími vstupnými pinmi.

Tranzistorová logická brána „NIE“:

Logické „NIE“ môže byť konštruované pomocou NPN tranzistora a 1K rezistora. Ak použijeme na základňu tranzistora signál „VYSOKÝ“, uzemnenie sa pripojí k kolektoru tranzistora, takže výstup sa zmení na „LOW“.

Ak použijeme na základňu tranzistora signál „LOW“, tranzistor zostane VYPNUTÝ a nebude pripojený k zemi, ale výstup bude vytiahnutý „VYSOKÝ“ pull-up rezistorom pripojeným k Vcc. Takto môžeme pomocou tranzistora vytvoriť logickú bránu „NIE“.

Meniče Schmitt:

Túto koncepciu preskúmame pomocou automatickej nabíjačky batérií, aby sme vysvetlili využitie a fungovanie striedačov Schmitt. Zoberme si príklad postupu nabíjania lítium-iónovej batérie.

Lítium-iónová batéria s napätím 3,7 V sa nabíja, keď batéria dosiahne 3 V až 3,2 V, napätie batérie sa počas nabíjania postupne zvyšuje a je potrebné ju odpojiť pri hodnote 4,2 V. Po nabití napätie v otvorenom obvode batérie klesne okolo 4,0 V .

Senzor napätia meria medznú hodnotu a spúšťa relé, aby zastavilo nabíjanie. Ale keď napätie klesne pod 4,2 V, nabíjačka zistí, že nie je nabitá, a začne nabíjať až do 4,2 V a prerušenie napájania, opäť napätie batérie klesne na 4,0 V a začne nabíjanie znova a toto šialenstvo sa bude opakovať stále dokola.

Toto rýchlo zabije batériu, aby sme tento problém prekonali, potrebujeme nižšiu prahovú hladinu alebo „LTV“, aby sa batéria nezačala nabíjať, kým batéria neklesne na 3 V až 3,2 V. Horné prahové napätie alebo „UTV“ je 4,2 V v tomto príklade.

Schmittov invertor je vyrobený tak, aby prepínal svoj výstupný stav, keď napätie prekročí horné prahové napätie, a zostane rovnaký, kým vstup nedosiahne dolné prahové napätie.

Podobne, akonáhle vstup prekročí dolné prahové napätie, výstup zostane rovnaký, kým vstup nedosiahne horné prahové napätie.

Nezmení to svoj stav medzi LTV a UTV.

Z tohto dôvodu bude ZAPNUTIE / VYPNUTIE oveľa plynulejšie a odstránia sa nežiaduce kmity. Obvod bude tiež odolnejší voči elektrickému šumu.

Schmitt NOT Gate oscilátor:

Vyššie uvedený obvod je oscilátor, ktorý produkuje obdĺžnikovú vlnu pri 33% pracovnom cykle. Spočiatku je kondenzátor vo vybitom stave a zemný signál bude k dispozícii na vstupe brány NOT.

Výstup sa zmení na pozitívny a nabíja kondenzátor cez odpor „R“, kondenzátor sa nabíja až do horného prahového napätia meniča a mení stav, výstup otočí záporný signál a kondenzátor sa začne vybíjať cez odpor „R“, kým napätie kondenzátora nedosiahne dolná prahová úroveň a zmena stavu, výstup sa zmení na pozitívny a nabije kondenzátor.

Tento cyklus sa opakuje, pokiaľ je do obvodu napájaný prúd.

Frekvencia vyššie uvedeného oscilátora sa dá vypočítať: F = 680 / RC

Kde, F je frekvencia.
R je odpor v ohmoch.
C je kapacita vo farade.
Prevodník hranatých vĺn:

Vyššie uvedený obvod prevedie signál sínusovej vlny na štvorcovú vlnu, v skutočnosti môže prevádzať akékoľvek analógové vlny na štvorcovú vlnu.

Dva odpory R1 a R2 fungujú ako deliče napätia. Toto sa využíva na získanie predpínacieho bodu a kondenzátor blokuje akékoľvek jednosmerné signály.

Ak vstupný signál stúpne nad hornú prahovú úroveň alebo pod dolnú prahovú úroveň, výstup sa otočí

NÍZKY alebo VYSOKÝ podľa signálu, toto vytvára štvorcovú vlnu.

IC 7404 NOT gate invertor:

IC 7404 je jedným z najbežnejšie používaných logických obvodov NOT NOT. Má 14 pinov, pin # 7 je uzemnený a pin # 14 je Vcc. Prevádzkové napätie je od 4,5V do 5V.

Oneskorenie šírenia:

Oneskorenie šírenia je čas, ktorý brána potrebuje na spracovanie výstupu po zadaní vstupu.
Logicky brána „NIE“ bráne trvá asi 22 nano sekúnd, kým zmení svoj stav z HIGH na LOW a naopak.

Existuje niekoľko ďalších logických „NIE brány IC“:

• 74LS04 šesťhranný invertujúci NOT Gate

• 74LS14 Hex Schmitt Invertovanie NOT Gate

• Hex inverzné ovládače 74LS1004

• CD4009 Hex Inverting NOT Gate

• CD4069 Hex Invertujúca NOT Gate

Ako funguje brána ALEBO

Teraz sa pozrime na digitálnu logiku ALEBO brány. Pozrime sa na základnú definíciu, symbol, pravdivostnú tabuľku, viacvstupovú OR bránu, zostrojíme tranzistorovú 2 vstupnú OR bránu a nakoniec si urobíme prehľad na OR bráne IC 7432.

Čo je logická brána „ALEBO“?

Je to elektronická brána, ktorej výstup sa mení na „LOW“ alebo „0“ alebo „false“ alebo vydáva „negatívny signál“, keď sú všetky vstupy brán OR „LOW“ alebo „0“ alebo „false“ alebo „ negatívny signál “.

Napríklad: Povedzte bránu OR s počtom vstupov „n“, ak sú všetky vstupy „LOW“, výstup sa zmení na „LOW“. Aj keď je jeden vstup „HIGH“ alebo „1“ alebo „true“ alebo „kladný signál“, výstup sa zmení na „HIGH“ alebo „1“ alebo „true“ alebo vydá „pozitívny signál“.

Poznámka:

Pojmy „vysoký“, „1“, „pozitívny signál“, „skutočný“ sú v podstate rovnaké (pozitívny signál je pozitívny signál batérie alebo napájacieho zdroja).
Pojmy „LOW“, „0“, „záporný signál“, „nepravda“ sú v podstate rovnaké (záporný signál je záporný signál batérie alebo napájacieho zdroja).

Ilustrácia symbolu brány Logic OR:

Tu sú „A“ a „B“ dva vstupy a „Y“ je na výstupe.

Boolovský výraz pre logickú OR bránu: Výstup „Y“ je súčtom dvoch vstupov „A“ a „B“, (A + B) = Y.

Boolovský prírastok je označený (+)

Ak je „A“ „1“ a „B“ je „1“, výstup je (A + B) = 1 + 1 = „1“ alebo „vysoký“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „1“, výstup je (A + B) = 0 + 1 = „1“ alebo „vysoký“
Ak je „A“ „1“ a „B“ je „0“, výstup je (A + B) = 1 + 0 = „1“ alebo „vysoký“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „0“, výstup je (A + B) = 0 + 0 = „0“ alebo „Nízky“

Vyššie uvedené podmienky sú v tabuľke pravdy zjednodušené.

Tabuľka pravdy (dva vstupy):

3-vstupová brána „ALEBO“:

Ilustrácia 3 vstupných ALEBO brán:

Logické OR brány môžu mať počet vstupov „n“, čo znamená, že môžu mať viac ako dva vstupy (Logické OR brány budú mať minimálne dva vstupy a vždy jeden výstup).

Pre 3 vstupnú logiku ALEBO bránu sa boolovská rovnica otočí takto: (A + B + C) = Y, podobne aj pre 4 vstupy a vyššie.

Tabuľka pravdy pre 3 vstupnú logiku ALEBO bránu:

Logika viacerých vstupov ALEBO brány:

Komerčne dostupné brány Logic OR sú k dispozícii iba v 2, 3 a 4 vstupoch. Ak máme viac ako 4 vstupy, musíme brány kaskádovať.

Môžeme mať šesť vstupných logických ALEBO brán kaskádovaním 2 vstupných ALEBO brán takto:

Teraz sa boolovská rovnica pre vyššie uvedený obvod stáva Y = (A + B) + (C + D) + (E + F)

Napriek tomu všetky spomenuté logické pravidlá platia pre vyššie uvedený okruh.

Ak budete používať iba 5 vstupov z vyššie uvedených 6 vstupov ALEBO hradla, môžeme pripojiť pull-down rezistor na ľubovoľný jeden pin a teraz sa stane 5 vstupmi ALEBO hradlom.

Tranzistor na báze dvoch vstupov Logická OR brána:

Teraz vieme, ako funguje logická brána ALEBO, zostrojme bránu 2 vstupov ALEBO pomocou dvoch NPN tranzistorov. Logické integrované obvody sú konštruované takmer rovnako.

Schéma zapojenia dvoch tranzistorov alebo brány:

Na výstup „Y“ môžete pripojiť LED, ak je výstup vysoký, LED dióda bude svietiť (svorka LED + Ve na „Y“ s odporom 330 ohmov a záporným pólom na GND).

Keď použijeme signál LOW na základňu dvoch tranzistorov, obidva tranzistory sa vypnú, pozemný signál bude k dispozícii na emitori T2 / T1 cez 1k rozťahovací rezistor, výstup sa teda otočí LOW.

Ak je ktorýkoľvek z tranzistorov ZAPNUTÝ, bude k dispozícii kladné napätie na emitori T2 / T1, takže výstup sa zmení na VYSOKÝ.

Teraz viete, ako si postaviť logickú ALEBO svoju bránu.

Quad OR gate IC 7432:

Ak si chcete kúpiť logickú ALEBO bránu z trhu, dostanete sa do vyššie uvedenej konfigurácie.

Má 14 pinov, pin # 7 a pin # 14 sú GND a Vcc. Je prevádzkovaný na 5V.

Oneskorenie šírenia:

Propagačné oneskorenie je čas potrebný na zmenu výstupu z LOW na HIGH a naopak.
Oneskorenie šírenia z LOW na HIGH je 7,4 nanosekundy pri 25 stupňoch Celzia.
Oneskorenie šírenia z HIGH do LOW je 7,7 nanosekundy pri 25 stupňoch Celzia.

• 74LS32 Quad 2-vstup
• CD4071 Quad 2-vstup
• CD4075 Triple 3-vstup
• CD4072 Dual 4-vstup

Logická exkluzívna brána OR

V tomto príspevku sa chystáme preskúmať logickú bránu XOR alebo bránu Exclusive-OR. Pozrime sa na základnú definíciu, symbol, pravdivostnú tabuľku, ekvivalentný obvod XOR, realizáciu XOR pomocou logických brán NAND a nakoniec si urobíme prehľad na vstupe quad 2 vstupu Ex-OR gate IC 7486.

V predchádzajúcich príspevkoch sme sa dozvedeli o troch základných logických bránach „AND“, „OR“ a „NOT“. Tiež sme sa dozvedeli, že pomocou týchto troch základných brán môžeme skonštruovať dve nové logické brány „NAND“ a „NOR“.

Existujú ďalšie dve logické brány, hoci tieto nie sú základnými bránami, ale sú konštruované kombináciou ostatných logických brán a ich boolovská rovnica je taká dôležitá a veľmi užitočná, že sa považuje za samostatnú logickú bránu.

Tieto dve logické brány sú brána „Exclusive OR“ a „Exclusive NOR“. V tomto príspevku sa budeme venovať iba logike Exkluzívna brána OR.

Čo je brána „Exclusive OR“?

Je to elektronická brána, ktorej výstup sa mení na „vysoký“ alebo „1“ alebo „pravý“ alebo vydáva „pozitívny signál“, keď sú dva logické vstupy navzájom odlišné (to platí iba pre dva 2 vstupy Ex -OR brána).

Napríklad: Povedzte Exkluzívna brána ALEBO s „dvoma“ vstupmi, ak je jeden zo vstupných pinov A „HIGH“ a vstupný pin B je „LOW“, potom sa výstup zmení na „HIGH“ alebo „1“ alebo „true“ alebo „Pozitívny signál“.

Ak sú obidva vstupy na rovnakej logickej úrovni, t. J. Obidva piny „HIGH“ alebo obidva piny „LOW“, výstup otočí na „LOW“ alebo „0“ alebo „falošný“ alebo „negatívny signál“.

Poznámka:

Pojmy „vysoký“, „1“, „pozitívny signál“, „skutočný“ sú v podstate rovnaké (pozitívny signál je pozitívny signál batérie alebo napájacieho zdroja).

Pojmy „LOW“, „0“, „záporný signál“, „nepravda“ sú v podstate rovnaké (záporný signál je záporný signál batérie alebo napájacieho zdroja).

Ilustrácia brány Logic Exclusive OR:

Tu sú „A“ a „B“ dva vstupy a „Y“ je na výstupe.

Boolovský výraz pre logickú bránu Ex-OR: Y = (A.) ̅B + A.B ̅

Ak je „A“ „1“ a „B“ je „1“, výstup je (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 1 + 1 x 0 = „1“ alebo „LOW“
Ak je „A“ „0“ a „B“ je „1“, výstup je (A ̅ B + A.B ̅) = 1 x 1 + 0 x 0 = „1“ alebo „VYSOKÝ“
Ak je „A“ „1“ a „B“ je „0“, výstup je (A ̅ B + A.B ̅) = 0 x 0 + 1 x 1 = „1“ alebo „VYSOKÝ“
Ak „A“ je „0“ a „B“ je „0“, výstup je (A ̅ B + A.B ̅) = 1 x 0 + 0 x 1 = „0“ alebo „Nízky“
Vyššie uvedené podmienky sú v tabuľke pravdy zjednodušené.

Tabuľka pravdy (dva vstupy):

Vo vyššie uvedených dvoch vstupných logických hradlách Ex-OR, ak sú dva vstupy odlišné, tj. „1“ a „0“, výstup sa zmení na „VYSOKÝ“. Ale s 3 alebo viac vstupnými logikami Ex-OR alebo všeobecne sa výstup Ex-OR zmení na „HIGH“, iba ak sa na bránu použije ODD číslo logiky „HIGH“.

Napríklad: Ak máme 3 vstupy brány Ex-OR, ak použijeme logiku „HIGH“ iba na jeden vstup (nepárny počet logiky „1“), výstup sa zmení na „HIGH“. Ak použijeme logiku „HIGH“ na dva vstupy (toto je párny počet logiky „1“), výstup sa zapne „LOW“ atď.

3 vstupy exkluzívne ALEBO brána:

Ilustrácia 3 vstupných hradiel EX-OR:

Tabuľka pravdy pre 3 vstupné logické brány EX-OR:

Pre 3 vstupné brány Ex-OR sa logická rovnica stáva: A (BC) ̅ + A ̅BC ̅ + (AB) ̅C + ABC

Ako sme už opísali, logická brána „Ex-OR“ nie je základnou logickou bránou, ale kombináciou rôznych logických brán. Brána Ex-OR sa dá realizovať pomocou logickej brány „OR“, logickej brány „AND“ a logickej brány „NAND“ nasledovne:

Ekvivalentný obvod pre bránu „Exclusive OR“:

Vyššie uvedený dizajn má veľkú nevýhodu, na výrobu jednej brány Ex-OR potrebujeme 3 rôzne logické brány. Tento problém však môžeme prekonať implementáciou brány Ex-OR iba s logickými bránami NAND, čo je tiež ekonomicky náročné vyrobiť.

Exkluzívna brána ALEBO pomocou brány NAND:

Exkluzívne brány OR sa používajú na vykonávanie zložitých výpočtových úloh, ako sú aritmetické operácie, úplné a polovičné sčítače, môže tiež poskytovať funkcie na vykonávanie.

Logická exkluzívna brána IC 7486:

Ak si chcete kúpiť logickú bránu Ex-OR z trhu, dostanete sa do vyššie uvedenej konfigurácie DIP.
Má 14 pinov, pin # 7 a pin # 14 sú GND a Vcc. Je prevádzkovaný na 5V.

Oneskorenie šírenia:

Propagačné oneskorenie je čas potrebný na to, aby sa výstup po zadaní vstupu zmenil z LOW na HIGH a naopak.
Oneskorenie šírenia z LOW na HIGH je 23 nanosekúnd.
Oneskorenie šírenia z HIGH do LOW je 17 nanosekúnd.

Bežne dostupné integrované obvody brány „EX-OR“:

• 74LS86 Quad 2-vstup
• CD4030 Quad 2-vstup

Dúfam, že vám vyššie uvedené podrobné vysvetlenie mohlo pomôcť pochopiť, čo sú to logické brány a ako logické brány fungujú, ak máte ešte nejaké otázky? Prosím, vyjadrte sa v sekcii komentárov, môžete dostať rýchlu odpoveď.