Actualment, els ordinadors s’han convertit en una part integral de la vida, ja que realitzen moltes tasques i operacions en un període de temps bastant curt. Una de les funcions més importants de la CPU en un ordinador és realitzar operacions lògiques utilitzant maquinari com Circuits integrats tecnologies de programari i circuits electrònics ,. Però, com aquest maquinari i aquest programari realitzen aquestes operacions és un misteriós trencaclosques. Per tenir una millor comprensió d’una qüestió tan complexa, ens hem de familiaritzar amb el terme Lògica booleana, desenvolupat per George Boole. Per a una operació senzilla, els ordinadors utilitzen dígits binaris en lloc de dígits digitals. Totes les operacions les realitzen les portes Basic Logic. En aquest article es descriu una visió general del que són portes lògiques bàsiques en electrònica digital i el seu funcionament.
Què són les portes lògiques bàsiques?
Una porta lògica és un bloc bàsic d’un circuit digital que té dues entrades i una sortida. La relació entre l’i / p i l’o / p es basa en una lògica determinada. Aquestes portes s’implementen mitjançant interruptors electrònics com transistors, díodes. Però, a la pràctica, les portes lògiques bàsiques es construeixen mitjançant la tecnologia CMOS, FETS i MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)s . Les portes lògiques són s’utilitza en microprocessadors, microcontroladors , aplicacions de sistemes incrustats, i en format electrònic i circuits de projectes elèctrics . Les portes lògiques bàsiques es classifiquen en set: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR i NOT. Aquestes portes lògiques amb els seus símbols de portes lògiques i taules de veritat s’expliquen a continuació.
Funcionament bàsic de les portes lògiques
Què són les 7 portes lògiques bàsiques?
Les portes lògiques bàsiques es classifiquen en set tipus: porta AND, porta OR, porta XOR, porta NAND, porta NOR, porta XNOR i porta NO. La taula de veritat s'utilitza per mostrar la funció de porta lògica. Totes les portes lògiques tenen dues entrades excepte la porta NOT, que només té una entrada.
Quan es dibuixa una taula de veritat, s’utilitzen els valors binaris 0 i 1. Totes les combinacions possibles depenen del nombre d’entrades. Si no coneixeu les portes lògiques i les seves taules de veritat i necessiteu informació sobre elles, consulteu la següent infografia que proporciona una visió general de les portes lògiques amb els seus símbols i taules de veritat.
Per què fem servir Basic Logic Gates?
Les portes lògiques bàsiques s’utilitzen per realitzar funcions lògiques fonamentals. Aquests són els components bàsics dels circuits integrats digitals (circuits integrats). La majoria de les portes lògiques utilitzen dues entrades binàries i generen una única sortida com 1 o 0. En alguns circuits electrònics, s’utilitzen poques portes lògiques mentre que en alguns altres circuits, els microprocessadors inclouen milions de portes lògiques.
La implementació de les portes lògiques es pot fer a través de díodes, transistors, relés, molècules i òptiques diferents elements mecànics. Per aquest motiu, les portes lògiques bàsiques s’utilitzen com a circuits electrònics.
Binari i decimal
Abans de parlar de les taules de veritat de les portes lògiques, és essencial conèixer el fons dels nombres binaris i decimals. Tots coneixem els nombres decimals que fem servir en càlculs quotidians, com ara del 0 al 9. Aquest tipus de sistema numèric inclou la base-10. De la mateixa manera, es poden utilitzar nombres binaris com 0 i 1 per significar nombres decimals allà on la base dels nombres binaris sigui 2.
La importància d'utilitzar nombres binaris aquí és per significar la posició de commutació d'una altra manera la posició de tensió d'un component digital. Aquí 1 representa el senyal d'alta o alta tensió mentre que '0' especifica la baixa tensió o el senyal baix. Per tant, es va iniciar l'àlgebra de Boole. Després d'això, cada porta lògica es discuteix per separat; conté la lògica de la porta, la taula de veritat i el seu símbol típic.
Tipus de portes lògiques
A continuació es descriuen els diferents tipus de portes lògiques i símbols amb taules de veritat.
Portes lògiques bàsiques
I Porta
La porta AND és un porta lògica digital amb ‘n’ i / ps one o / p, que realitza una conjunció lògica en funció de les combinacions de les seves entrades. La sortida d'aquesta porta només és certa quan totes les entrades són certes. Quan una o més entrades de l’i / ps de la porta AND són falses, només la sortida de la porta AND és falsa. A continuació es mostra la taula de símbols i veritat d’una porta AND amb dues entrades.
AND Gate i la seva taula de veritat
O Porta
La porta OR és una porta lògica digital amb ‘n’ i / ps i one o / p, que realitza la conjunció lògica en funció de les combinacions de les seves entrades. La sortida de la porta OR només és certa quan una o més entrades són certes. Si tots els i / ps de la porta són falsos, només la sortida de la porta OR és falsa. A continuació es mostren la taula de símbols i veritat d’una porta OR amb dues entrades.
OR Gate i la seva taula de veritat
NO Porta
La porta NOT és una porta lògica digital amb una entrada i una sortida que opera una operació inversora de l'entrada. La sortida de la porta NOT és la inversa de l'entrada. Quan l’entrada de la porta NOT és certa, la sortida serà falsa i viceversa. A continuació es mostren la taula de símbols i veritat d’una porta NO amb una entrada. Utilitzant aquesta porta, podem implementar portes NOR i NAND
NOT Gate i la seva taula de veritat
Porta NAND
La porta NAND és una porta lògica digital amb ‘n’ i / ps i one o / p, que realitza l’operació de la porta AND seguida de l’operació de la porta NOT. La porta NAND es dissenya combinant les portes AND i NOT. Si l’entrada de la porta NAND és alta, la sortida de la porta serà baixa. A continuació es mostren la taula de símbols i veritat de la porta NAND amb dues entrades.
NAND Gate i la seva taula de veritat
NOR Gate
La porta NOR és una porta lògica digital amb n entrades i una sortida, que realitza l'operació de la porta OR seguida de la porta NOT. La porta NOR es dissenya combinant la porta OR i NOT. Quan qualsevol dels i / ps de la porta NOR és cert, llavors la sortida de la porta NOR serà falsa. A continuació es mostren la taula de símbols i veritat de la porta NOR amb la taula de veritat.
NOR Gate i la seva taula de veritat
Porta exclusiva-OR
La porta Exclusive-OR és una porta lògica digital amb dues entrades i una sortida. La forma breu d'aquesta porta és Ex-OR. Funciona en funció del funcionament de la porta OR. . Si alguna de les entrades d'aquesta porta és alta, la sortida de la porta EX-OR serà alta. A continuació es mostren els símbols i la taula de veritat de l’EX-OR.
Porta EX-OR i la seva taula de veritat
Porta exclusiva-NOR
La porta Exclusive-NOR és una porta lògica digital amb dues entrades i una sortida. La forma breu d'aquesta porta és Ex-NOR. Funciona en funció del funcionament de la porta NOR. Quan les dues entrades d'aquesta porta siguin elevades, la sortida de la porta EX-NOR serà alta. Però, si alguna de les entrades és alta (però no les dues), la sortida serà baixa. A continuació es mostren els símbols i la taula de veritat de l’EX-NOR.
Porta EX-NOR i la seva taula de veritat
Les aplicacions de les portes lògiques es determinen principalment en funció de la seva taula de veritat, és a dir, del seu mode d’operacions. Les portes lògiques bàsiques s'utilitzen en molts circuits, com ara un bloqueig de polsador, activat per llum alarma antirobatori , termòstat de seguretat, un sistema de reg automàtic, etc.
Taula de veritat per expressar el circuit de la porta lògica
El circuit de la porta es pot expressar mitjançant un mètode comú que es coneix com a taula de veritat. Aquesta taula inclou totes les combinacions d’estats lògics d’entrada elevats (1) o baixos (0) per a cada terminal d’entrada de la porta lògica a través del nivell lògic de sortida equivalent, com ara alt o baix. El circuit NO de porta lògica es mostra a la part superior i la seva taula de veritat és extremadament fàcil
Les taules de veritat de les portes lògiques són molt complexes, però són més grans que la porta NO. La taula de veritat de cada porta ha d'incloure moltes files, ja que hi ha possibilitats de combinacions exclusives per a entrades. Per exemple, per a la porta NOT, hi ha dues possibilitats d’entrades 0 o 1, mentre que, per a la porta lògica de dues entrades, hi ha quatre possibilitats com 00, 01, 10 i 11. Per tant, inclou quatre files per a la taula de veritat equivalent.
Per a una porta lògica de 3 entrades, hi ha 8 entrades possibles com ara 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 i 111. Per tant, cal una taula de veritat que inclogui 8 files. Matemàticament, el nombre requerit de files a la taula de veritat equival a 2 augmentat a la potència del núm. de terminals i / p.
Anàlisi
Els senyals de tensió dels circuits digitals es representen amb valors binaris com 0’s & 1’s calculats en referència a terra. La deficiència de tensió significa principalment un '0', mentre que l'existència d'una tensió d'alimentació de CC completa significa un '1'.
Una porta lògica és un tipus especial de circuit amplificador que està dissenyat principalment per a tensions de nivell lògic d’entrada i sortida. Els circuits de porta lògica es simbolitzen amb més freqüència amb un diagrama esquemàtic a través dels seus propis símbols exclusius en lloc dels seus resistors i transistors essencials.
Igual que amb els amplificadors operatius (amplificadors operatius), les connexions d’alimentació a les portes lògiques es troben sovint fora de lloc en diagrames esquemàtics per al benefici de la simplicitat. Inclou les probables combinacions de nivells lògics d'entrada a través dels seus nivells lògics de sortida particulars.
Quina és la manera més senzilla d'aprendre les portes lògiques?
A continuació s’explica la manera més senzilla d’aprendre la funció de les portes lògiques bàsiques.
- Per a la porta AND: si les dues entrades són altes, la sortida també serà alta
- Per a la porta OR: si un mínim d’una entrada és alta, la sortida és alta
- Per a XOR Gate: si el mínim d’una entrada és alt, només la sortida és alta
- Porta NAND: si el mínim d’una entrada és baix, la sortida és alta
- Porta NOR: si les dues entrades són baixes, la sortida és alta.
Teorema del Morgan
El primer teorema de DeMorgan afirma que la porta lògica com NAND és igual a una porta OR amb una bombolla. La funció lògica de la porta NAND és
A’B = A ’+ B’
El segon teorema de DeMorgan afirma que la porta lògica NOR és igual a una porta AND amb una bombolla. La funció lògica de la porta NOR és
(A + B) ’= A’. B ’
La conversió de NAND Gate
La porta NAND es pot formar mitjançant la porta AND i la porta NOT. A continuació es mostra la taula d'expressió i veritat booleana.
Formació de portes lògiques NAND
I = (A⋅B) '
A | B | I '= A ⋅B | I |
0 | 0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Conversió NOR Gate
La porta NOR es pot formar mitjançant la porta OR i la porta NOT. A continuació es mostra la taula d'expressió i veritat booleana.
NOR Logic Gates Formation
I = (A + B) '
A | B | I '= A + B | I |
0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Conversió de porta EX-OR
La porta Ex-OR es pot formar mitjançant la porta NOT, AND & OR. A continuació es mostra la taula d'expressió i veritat booleana. Aquesta porta lògica es pot definir com la porta que dóna una sortida alta una vegada que qualsevol entrada d'aquesta sigui alta. Si les dues entrades d'aquesta porta són altes, la sortida serà baixa.
Formació de portes lògiques ex-OR
Y = A⊕B o A’B + AB ’
| A | B | I |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Conversió de porta EX-NOR
La porta Ex-NOR es pot formar utilitzant la porta EX-OR i la porta NOT. A continuació es mostra la taula d'expressió i veritat booleana. En aquesta porta lògica, quan la sortida és alta '1', les dues entrades seran '0' o '1'.
Formació de porta Ex-NOR
Y = (A’B + AB ’)’
A | B | I |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Portes lògiques bàsiques mitjançant Universal Gates
Les portes universals com la porta NAND i la porta NOR es poden implementar mitjançant qualsevol expressió booleana sense utilitzar cap altre tipus de porta lògica. I també es poden utilitzar per dissenyar qualsevol porta lògica bàsica. A més, s’utilitzen àmpliament en circuits integrats, ja que són senzills i rendibles de fabricar. A continuació es descriu el disseny bàsic de portes lògiques mitjançant portes universals.
Les portes lògiques bàsiques es poden dissenyar amb l'ajut de portes universals. Utilitza un error, una mica de prova, en cas contrari, podeu utilitzar la lògica booleana per aconseguir-les a través de les equacions de portes lògiques per a una porta NAND i una porta NOR. Aquí, la lògica booleana s’utilitza per resoldre la sortida que necessiteu. Es necessita una mica de temps, però cal fer-ho per obtenir un bloqueig de la lògica booleana i de les portes lògiques bàsiques.
Portes lògiques bàsiques mitjançant NAND Gate
A continuació es parla del disseny de portes lògiques bàsiques mitjançant la porta NAND.
NO Disseny de portes amb NAND
El disseny de la porta NOT és molt senzill simplement connectant les entrades com una sola.
I disseny de portes amb NAND
El disseny de la porta AND mitjançant la porta NAND es pot fer a la sortida de la porta NAND per invertir-la i obtenir la lògica AND.
O disseny de portes amb NAND
El disseny de la porta OR mitjançant la porta NAND es pot fer connectant dues portes NO mitjançant les portes NAND a les entrades del NAND per obtenir una lògica OR.
Disseny de portes NOR amb NAND
El disseny de la porta NOR mitjançant la porta NAND es pot fer simplement connectant una altra porta NOT a través de la porta NAND a l’op / p d’una porta OR a través de NAND.
Disseny de portes EXOR mitjançant NAND
Aquest és una mica complicat. Compartiu les dues entrades amb tres portes. La sortida del primer NAND és la segona entrada de les altres dues. Finalment, un altre NAND pren les sortides d’aquestes dues portes NAND per donar la sortida final.
Portes lògiques bàsiques mitjançant NOR Gate
A continuació es parla del disseny de portes lògiques bàsiques mitjançant la porta NOR.
NOT Gate amb NOR
El disseny de la porta NO amb la porta NOR és senzill connectant les entrades com una sola.
O Porta amb NOR
El disseny de la porta OR amb la porta NOR és senzill connectant-se a l’o / p de la porta NOR per invertir-la i obtenir una lògica OR.
AND Gate amb NOR
El disseny de la porta AND mitjançant la porta NOR es pot fer connectant dues portes NOT amb les portes NOR a les entrades NOR per obtenir la lògica AND.
NAND Gate amb NOR
El disseny de la porta NAND mitjançant la porta NOR es pot fer simplement connectant una altra porta NOT a través de la porta NOR a la sortida de la porta AND amb NOR.
Porta EX-NOR amb NOR
Aquest tipus de connexió és una mica difícil perquè les dues entrades es poden compartir amb tres portes lògiques. La primera sortida de porta NOR és la següent entrada a les dues portes restants. Finalment, una altra porta NOR utilitza les dues sortides de porta NOR per proporcionar la darrera sortida.
Aplicacions
El aplicacions de portes lògiques bàsiques n’hi ha tantes, però depenen majoritàriament de les seves taules de veritat, en cas contrari, de forma d’operacions. Les portes lògiques bàsiques s’utilitzen amb freqüència en circuits com un pany amb polsador, el sistema de reg automàtic, l’alarma antirobatori activada a través de la llum, el termòstat de seguretat i altres tipus de dispositius electrònics.
El principal avantatge de les portes lògiques bàsiques és que es poden utilitzar en un circuit de combinació diferent. A més, no hi ha límits al nombre de portes lògiques que es poden utilitzar en un sol dispositiu electrònic. Però es pot limitar a causa de la bretxa física especificada al dispositiu. En circuits integrats digitals (CI), descobrirem una col·lecció de la unitat de regió de porta lògica.
Mitjançant l'ús de mescles de portes lògiques bàsiques, sovint es realitzen operacions avançades. En teoria, no hi ha límit en el nombre de portes que es poden revestir durant un sol dispositiu. Tot i això, a la sol·licitud hi ha un límit en el nombre de portes que es poden empaquetar en una àrea física determinada. Les matrius de la unitat d’àrea de porta lògica es troben en circuits integrats digitals (CI). Com Tecnologia IC avança, disminueix el volum físic desitjat per a cada porta individual i els dispositius digitals d’una mida equivalent o menor poden ser capaços d’actuar amb operacions més complicades a velocitats cada vegada més grans.
Infografia de Logic Gates
Es tracta d’una visió general del que és un porta lògica bàsica , tipus com porta AND, porta OR, porta NAND, porta NOR, porta EX-OR i porta EX-NOR. En això, les portes AND, NOT i OR són les portes lògiques bàsiques. Utilitzant aquestes portes podem crear qualsevol porta lògica combinant-les. On les portes NAND i NOR s’anomenen portes universals. Aquestes portes tenen una propietat particular amb la qual poden crear qualsevol expressió lògica booleana si es dissenyen de manera adequada. A més, per a qualsevol consulta sobre aquest article, o bé projectes electrònics, Si us plau, doneu els vostres comentaris comentant a la secció de comentaris a continuació.
