Weet over basislogische poorten met waarheidstabellen

Tegenwoordig zijn computers een integraal onderdeel van het leven geworden, omdat ze in een vrij korte tijd veel taken en bewerkingen uitvoeren. Een van de belangrijkste functies van de CPU in een computer is om logische bewerkingen uit te voeren door hardware zoals Geïntegreerde schakelingen softwaretechnologieën & elektronische schakelingen ​Maar hoe deze hardware en software dergelijke bewerkingen uitvoeren, is een mysterieuze puzzel. Om zo'n complexe kwestie beter te begrijpen, moeten we ons vertrouwd maken met de term Boolean Logic, ontwikkeld door George Boole. Voor een eenvoudige bewerking gebruiken computers binaire cijfers in plaats van digitale cijfers. Alle bewerkingen worden uitgevoerd door de Basic Logic-poorten. Dit artikel bespreekt een overzicht van wat zijn fundamentele logische poorten in digitale elektronica en hun werking.

Wat zijn basislogische poorten?

Een logische poort is een basisbouwsteen van een digitaal circuit met twee ingangen en één uitgang. De relatie tussen de i / p en de o / p is gebaseerd op een bepaalde logica. Deze poorten worden geïmplementeerd met behulp van elektronische schakelaars zoals transistors, diodes. Maar in de praktijk worden logische basispoorten gebouwd met behulp van CMOS-technologie, FETS en MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) s ​Logische poorten zijn gebruikt in microprocessors, microcontrollers , embedded systeemtoepassingen, en in elektronische en elektrische projectschakelingen ​De fundamentele logische poorten zijn onderverdeeld in zeven: EN, OF, XOR, NAND, NOR, XNOR en NIET. Deze logische poorten met hun logische poortsymbolen en waarheidstabellen worden hieronder uitgelegd.

Basiswerking van logische poorten

Wat zijn de 7 basislogische poorten?

De logische basispoorten zijn ingedeeld in zeven typen: EN-poort, OF-poort, XOR-poort, NAND-poort, NOR-poort, XNOR-poort en NIET-poort. De waarheidstabel wordt gebruikt om de logische poortfunctie te tonen. Alle logische poorten hebben twee ingangen behalve de NIET-poort, die slechts één ingang heeft.

Bij het tekenen van een waarheidstabel worden de binaire waarden 0 en 1 gebruikt. Elke mogelijke combinatie is afhankelijk van het aantal ingangen. Als je de logische poorten en hun waarheidstabellen niet kent en daar hulp bij nodig hebt, ga dan door de volgende infographic die een overzicht geeft van de logische poorten met hun symbolen en waarheidstabellen.

Waarom gebruiken we basislogische poorten?

De logische basispoorten worden gebruikt om fundamentele logische functies uit te voeren. Dit zijn de basisbouwstenen in de digitale IC's (Integrated Circuits). De meeste logische poorten gebruiken twee binaire ingangen en genereren een enkele uitgang zoals 1 of 0. In sommige elektronische schakelingen worden weinig logische poorten gebruikt, terwijl in sommige andere schakelingen microprocessors miljoenen logische poorten bevatten.

De implementatie van logische poorten kan worden gedaan via diodes, transistors, relais, moleculen en optica, anders verschillende mechanische elementen. Om deze reden worden logische basispoorten gebruikt als elektronische schakelingen.

Binair en decimaal

Voordat we het hebben over de waarheidstabellen van logische poorten, is het essentieel om de achtergrond van binaire en decimale getallen te kennen. We kennen allemaal de decimale getallen die we in alledaagse berekeningen gebruiken, zoals 0 tot 9. Dit soort getallensysteem bevat het grondtal 10. Op dezelfde manier kunnen binaire getallen zoals 0 en 1 worden gebruikt om decimale getallen aan te duiden, ongeacht waar de basis van de binaire getallen 2 is.

Het belang van het gebruik van binaire getallen is hier om de schakelpositie aan te duiden, anders de spanningspositie van een digitale component. Hier staat 1 voor het hoge signaal of hoge spanning, terwijl '0' een lage spanning of een laag signaal aangeeft. Daarom werd Booleaanse algebra gestart. Daarna wordt elke logische poort afzonderlijk besproken, deze bevat de logica van de poort, de waarheidstabel en het typische symbool.

Soorten logische poorten

De verschillende soorten logische poorten en symbolen met waarheidstabellen worden hieronder besproken.

Basis logische poorten

EN Gate

De EN-poort is een digitale logische poort met ‘n’ i / ps one o / p, die een logische combinatie uitvoert op basis van de combinaties van zijn invoer. De output van deze poort is alleen waar als alle inputs waar zijn. Als een of meer ingangen van de i / ps van de EN-poort onwaar zijn, dan is alleen de uitgang van de EN-poort onwaar. De symbool- en waarheidstabel van een EN-poort met twee ingangen wordt hieronder weergegeven.

AND Gate en zijn Truth Table

OF Poort

De OF-poort is een digitale logische poort met ‘n’ i / ps en één o / p, die een logische combinatie uitvoert op basis van de combinaties van de ingangen. De uitvoer van de OF-poort is alleen waar als een of meer ingangen waar zijn. Als alle i / ps van de poort onwaar zijn, dan is alleen de uitvoer van de OF-poort onwaar. De symbool- en waarheidstabel van een OF-poort met twee ingangen wordt hieronder weergegeven.

OF Gate en zijn waarheidstafel

NIET Gate

De NOT-poort is een digitale logische poort met één ingang en één uitgang die een inverterwerking van de ingang aanstuurt. De output van de NOT-poort is het omgekeerde van de input. Als de invoer van de NIET-poort waar is, is de uitvoer onwaar en vice versa. Het symbool en de waarheidstabel van een NIET-poort met één ingang wordt hieronder weergegeven. Door deze poort te gebruiken, kunnen we NOR- en NAND-poorten implementeren

NIET Gate en zijn waarheidstafel

NAND-poort

De NIET-EN-poort is een digitale logische poort met ‘n’ i / ps en één o / p, die de werking van de EN-poort uitvoert, gevolgd door de werking van de NIET-poort. NAND-poort is ontworpen door de EN- en NIET-poorten te combineren. Als de ingang van de NIET-EN-poort hoog is, zal de uitgang van de poort laag zijn. Het symbool en de waarheidstabel van de NIET-EN-poort met twee ingangen worden hieronder getoond.

NAND Gate en zijn Truth Table

NOR-poort

De NOR-poort is een digitale logische poort met n ingangen en één uitgang, die de werking van de OF-poort uitvoert, gevolgd door de NIET-poort. NOR-poort is ontworpen door de OF- en NIET-poort te combineren. Als een van de i / ps van de NOR-poort waar is, dan is de uitvoer van de NOR-poort onwaar. Het symbool en de waarheidstabel van de NOR-poort met de waarheidstabel wordt hieronder weergegeven.

NOR Gate en zijn waarheidstafel

Exclusief-OF-poort

De Exclusive-OF-poort is een digitale logische poort met twee ingangen en één uitgang. De korte vorm van deze poort is Ex-OR. Het presteert op basis van de werking van de OF-poort.​Als een van de ingangen van deze poort hoog is, is de uitvoer van de EX-OF-poort hoog. Het symbool en de waarheidstabel van de EX-OR worden hieronder weergegeven.

EX-OR-poort en zijn waarheidstabel

Exclusief-NOR Gate

De Exclusive-NOR-poort is een digitale logische poort met twee ingangen en één uitgang. De korte vorm van deze poort is Ex-NOR. Het presteert op basis van de werking van de NOR-poort. Als beide inputs van deze gate hoog zijn, dan is de output van de EX-NOR gate hoog. Maar als een van de inputs hoog is (maar niet beide), dan is de output laag. Het symbool en de waarheidstabel van de EX-NOR worden hieronder weergegeven.

EX-NOR Gate en zijn waarheidstabel

De toepassingen van logische poorten worden voornamelijk bepaald op basis van hun waarheidstabel, d.w.z. hun werkwijze. De fundamentele logische poorten worden in veel circuits gebruikt, zoals een drukknopvergrendeling, met licht geactiveerd inbraakalarm , veiligheidsthermostaat, een automatisch sproeisysteem, etc.

Truth Table om Logic Gate Circuit uit te drukken

Het poortcircuit kan worden uitgedrukt met behulp van een veelgebruikte methode die bekend staat als een waarheidstabel. Deze tabel bevat alle combinaties van de logische ingangstoestand, ofwel hoog (1) of laag (0) voor elke ingangsklem van de logische poort via het equivalente logische uitgangsniveau zoals hoog of laag. Het NIET-logische poortcircuit wordt hierboven weergegeven en de waarheidstabel is inderdaad buitengewoon eenvoudig

De waarheidstabellen van logische poorten zijn erg complex, maar groter dan de NIET-poort. De waarheidstabel van elke poort moet veel rijen bevatten, alsof er mogelijkheden zijn voor exclusieve combinaties voor ingangen. Voor de NIET-poort zijn er bijvoorbeeld twee mogelijkheden voor ingangen, ofwel 0 of 1, terwijl er voor de logische poort met twee ingangen vier mogelijkheden zijn, zoals 00, 01, 10 en 11. Daarom bevat het vier rijen voor de equivalente waarheidstabel.

Voor een logische poort met 3 ingangen zijn er 8 mogelijke ingangen zoals 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 & 111. Daarom is een waarheidstabel met 8 rijen vereist. Wiskundig gezien is het vereiste aantal rijen in de waarheidstabel gelijk aan 2 verhoogd tot de macht van het nee. van i / p-terminals.

Analyse

De spanningssignalen in de digitale circuits worden weergegeven met binaire waarden zoals nullen en enen berekend met betrekking tot aarde. Het tekort aan spanning betekent voornamelijk een '0', terwijl het bestaan ​​van volledige DC-voedingsspanning een '1' betekent.

Een logische poort is een speciaal type versterkercircuit dat voornamelijk is ontworpen voor zowel ingangsspanningen als uitgangsspanningen op logisch niveau. Logische poortschakelingen worden meestal gesymboliseerd met een schematisch diagram door hun eigen exclusieve symbolen in plaats van hun essentiële weerstanden en transistoren.

Net als bij Op-Amps (operationele versterkers), worden de aansluitingen van de voeding naar logische poorten ten behoeve van de eenvoud vaak misplaatst in schematische diagrammen. Het omvat de waarschijnlijke combinaties van ingangslogica via hun specifieke logische uitgangsniveaus.

Wat is de gemakkelijkste manier om logische poorten te leren?

De eenvoudigste manier om de functie van logische basispoorten te leren, wordt hieronder uitgelegd.

• Voor AND Gate - Als beide ingangen hoog zijn, is de uitvoer ook hoog
• Voor OF Gate - Als minimaal één input hoog is, dan is de output hoog
• Voor XOR Gate - Als de minimale invoer hoog is, is alleen de uitvoer hoog
• NAND Gate - Als de minimale invoer laag is, is de uitvoer hoog
• NOR Gate - Als beide ingangen laag zijn, is de uitvoer hoog.

De stelling van Morgan

De eerste stelling van DeMorgan stelt dat de logische poort zoals NAND gelijk is aan een OF-poort met een bel. De logische functie van de NIET-EN-poort is

A’B = A ’+ B’

De tweede stelling van DeMorgan stelt dat de NOR logische poort gelijk is aan een EN-poort met een bel. De logische functie van NOR-poort is

(A + B) ’= A’. B '

De conversie van NAND Gate

De NAND-poort kan worden gevormd met EN-poort en NIET-poort. De Booleaanse uitdrukking & waarheidstabel wordt hieronder weergegeven.

NAND Logic Gates Formation

Y = (A⋅B) ’

NOR Gate-conversie

De NOR-poort kan worden gevormd met de OF-poort en NIET-poort. De Booleaanse uitdrukking & waarheidstabel wordt hieronder weergegeven.

NOR logische poorten formatie

Y = (A + B) '

Ex-OF-poortconversie

De Ex-OF-poort kan worden gevormd met behulp van de NIET-, EN- & OF-poort. De Booleaanse uitdrukking & waarheidstabel wordt hieronder weergegeven. Deze logische poort kan worden gedefinieerd als de poort die een hoge output geeft zodra een input hiervan hoog is. Als beide ingangen van deze poort hoog zijn, is de uitvoer laag.

Ex-OR logische poorten formatie

Y = A⊕B of A’B + AB ’

Ex-NOR Gate-conversie

De Ex-NOR-poort kan worden gevormd met behulp van EX-OF-poort en NIET-poort. De Booleaanse uitdrukking & waarheidstabel wordt hieronder weergegeven. In deze logische poort, wanneer de uitvoer hoog '1' is, zijn beide ingangen '0' of '1'.

Ex-NOR Gate Formation

Y = (A’B + AB ’)’

Basic Logic Gates met Universal Gates

Universele poorten zoals NAND-poort en NOR-poort kunnen worden geïmplementeerd via elke booleaanse uitdrukking zonder een ander type logische poort te gebruiken. En ze kunnen ook worden gebruikt voor het ontwerpen van een eenvoudige logische poort. Bovendien worden deze op grote schaal gebruikt in geïntegreerde schakelingen omdat ze zowel eenvoudig als kosteneffectief te maken zijn. Het basisontwerp van logische poorten met universele poorten wordt hieronder besproken.

De basislogische poorten kunnen worden ontworpen met behulp van universele poorten. Het gebruikt een fout, een stukje test, anders kun je Booleaanse logica gebruiken om deze te bereiken via de logische poortvergelijkingen voor zowel een NIET-EN-poort als een NOR-poort. Hier wordt Booleaanse logica gebruikt om de output op te lossen die u nodig heeft. Het kost wat tijd, maar het is nodig om dit uit te voeren om zowel de Booleaanse logica als de logische basispoorten onder de knie te krijgen.

Basislogische poorten met NAND-poort

Het ontwerpen van logische basispoorten met NAND-poort wordt hieronder besproken.

GEEN poortontwerp met NAND

Het ontwerpen van de NOT-poort is heel eenvoudig door simpelweg beide ingangen als één te verbinden.

EN Gate Design met NAND

Het ontwerpen van EN-poort met behulp van NAND-poort kan worden gedaan aan de uitgang van de NAND-poort om het om te keren en EN-logica te verkrijgen.

OF Poortontwerp met NAND

Het ontwerpen van de OF-poort met behulp van de NAND-poort kan worden gedaan door twee NIET-poorten met elkaar te verbinden met behulp van NAND-poorten op de ingangen van de NAND om OR-logica te verkrijgen.

NOR Gate Design met NAND

Het ontwerpen van NOR-poort met NAND-poort kan worden gedaan door eenvoudig een andere NIET-poort via NAND-poort te verbinden met de o / p van een OF-poort via NAND.

EXOR Gate Design met NAND

Deze is een beetje lastig. Je deelt de twee ingangen met drie poorten. De uitvoer van de eerste NAND is de tweede invoer voor de andere twee. Ten slotte neemt een andere NAND de outputs van deze twee NAND-poorten om de uiteindelijke output te geven.

Basislogische poorten die NOR Gate gebruiken

Het ontwerpen van logische basispoorten met de NOR-poort wordt hieronder besproken.

NIET Gate met NOR

Het ontwerpen van NOT-poort met NOR-poort is eenvoudig door beide ingangen als één te verbinden.

OF Gate met NOR

Het ontwerpen van OF-poort met NOR-poort is eenvoudig door verbinding te maken met de o / p van de NOR-poort om het om te keren en OR-logica te verkrijgen.

AND Gate gebruikt NOR

Het ontwerpen van EN-poorten met NOR-poort kan worden gedaan door twee NIET met NOR-poorten aan de NOR-ingangen te verbinden om EN-logica te verkrijgen.

NAND Gate met NOR

Het ontwerpen van de NAND-poort met NOR-poort kan worden gedaan door eenvoudig een andere NIET-poort via de NOR-poort te verbinden met de uitgang van de EN-poort met NOR.

EX-NOR Gate met NOR

Dit type verbinding is een beetje moeilijk omdat de twee ingangen kunnen worden gedeeld met drie logische poorten. De eerste NOR-poortuitgang is de volgende ingang voor de overige twee poorten. Ten slotte gebruikt een andere NOR-poort de twee NOR-poortuitgangen om de laatste uitvoer te leveren.

Toepassingen

De toepassingen van logische basispoorten zijn er zoveel, maar ze zijn meestal afhankelijk van hun waarheidstabellen, anders een vorm van operaties. Logische basispoorten worden vaak gebruikt in circuits zoals een slot met drukknop, het bewateringssysteem automatisch, inbraakalarm geactiveerd door licht, veiligheidsthermostaat en andere soorten elektronische apparaten.

Het belangrijkste voordeel van logische basispoorten is dat deze in een ander combinatieschakeling kunnen worden gebruikt. Bovendien is er geen grens aan het aantal logische poorten dat kan worden gebruikt in een enkel elektronisch apparaat. Maar het kan worden beperkt vanwege de gespecificeerde fysieke opening binnen het apparaat. In digitale IC's (geïntegreerde schakelingen) zullen we een verzameling van de logische poortregio-eenheid ontdekken.

Door mengsels van logische basispoorten te gebruiken, worden vaak geavanceerde bewerkingen uitgevoerd. In theorie is er geen limiet aan het aantal poorten dat tijdens een enkel apparaat kan worden bekleed. In de applicatie is er echter een limiet aan het aantal poorten dat in een bepaald fysiek gebied mag worden verpakt. Arrays van de logische poortoppervlakte-eenheid worden aangetroffen in digitale geïntegreerde schakelingen (IC's). Net zo IC-technologie vordert, neemt het gewenste fysieke volume voor elke individuele poort af, en worden digitale apparaten van een gelijkwaardige of kleinere afmeting in staat om met meer gecompliceerde bewerkingen met steeds hogere snelheden te werken.

Infographics van logische poorten

Dit gaat allemaal over een overzicht van wat een basis logische poort , typen zoals EN-poort, OF-poort, NAND-poort, NOR-poort, EX-OF-poort en EX-NOR-poort. Hierin zijn EN-, NIET- en OF-poorten de logische basispoorten. Door deze poorten te gebruiken, kunnen we elke logische poort maken door ze te combineren. Waar NAND- en NOR-poorten universele poorten worden genoemd. Deze poorten hebben een bepaalde eigenschap waarmee ze elke logische Booleaanse uitdrukking kunnen creëren als ze op de juiste manier zijn ontworpen. Bovendien, voor vragen over dit artikel, of elektronica projecten, geef uw feedback door te reageren in het commentaargedeelte hieronder.