Heutzutage sind Computer ein wesentlicher Bestandteil des Lebens geworden, da sie viele Aufgaben und Operationen in relativ kurzer Zeit ausführen. Eine der wichtigsten Funktionen der CPU in einem Computer besteht darin, logische Operationen unter Verwendung von Hardware wie auszuführen Integrierte Schaltkreise Softwaretechnologien & elektronische Schaltkreise ,. Wie diese Hardware und Software solche Vorgänge ausführen, ist jedoch ein mysteriöses Rätsel. Um ein derart komplexes Problem besser verstehen zu können, müssen wir uns mit dem von George Boole entwickelten Begriff Boolesche Logik vertraut machen. Für eine einfache Operation verwenden Computer Binärziffern anstelle von Digitalziffern. Alle Operationen werden von den Basic Logic-Gattern ausgeführt. Dieser Artikel beschreibt einen Überblick über das, was ist grundlegende Logikgatter in der digitalen Elektronik und ihrer Arbeitsweise.
Was sind Basic Logic Gates?
Ein Logikgatter ist ein Grundbaustein einer digitalen Schaltung mit zwei Eingängen und einem Ausgang. Die Beziehung zwischen dem i / p und dem o / p basiert auf einer bestimmten Logik. Diese Gates werden unter Verwendung elektronischer Schalter wie Transistoren und Dioden implementiert. In der Praxis werden grundlegende Logikgatter jedoch unter Verwendung von CMOS-Technologie, FETS und MOSFET (Metalloxidhalbleiter-FET) s . Logikgatter sind verwendet in Mikroprozessoren, Mikrocontrollern , eingebettete Systemanwendungen sowie in elektronischen und elektrische Projektschaltungen . Die grundlegenden Logikgatter sind in sieben Kategorien unterteilt: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR und NOT. Diese Logikgatter mit ihren Logikgattersymbolen und Wahrheitstabellen werden nachstehend erläutert.
Grundlegende Bedienung von Logic Gates
Was sind die 7 grundlegenden Logikgatter?
Die grundlegenden Logikgatter werden in sieben Typen eingeteilt: UND-Gatter, ODER-Gatter, XOR-Gatter, NAND-Gatter, NOR-Gatter, XNOR-Gatter und NICHT-Gatter. Die Wahrheitstabelle wird verwendet, um die Logikgatterfunktion zu zeigen. Alle Logikgatter haben zwei Eingänge mit Ausnahme des NOT-Gatters, das nur einen Eingang hat.
Beim Zeichnen einer Wahrheitstabelle werden die Binärwerte 0 und 1 verwendet. Jede mögliche Kombination hängt von der Anzahl der Eingänge ab. Wenn Sie nichts über die Logikgatter und ihre Wahrheitstabellen wissen und eine Anleitung dazu benötigen, lesen Sie bitte die folgende Infografik, die einen Überblick über Logikgatter mit ihren Symbolen und Wahrheitstabellen gibt.
Warum verwenden wir Basic Logic Gates?
Die grundlegenden Logikgatter werden verwendet, um grundlegende logische Funktionen auszuführen. Dies sind die Grundbausteine der digitalen ICs (Integrated Circuits). Die meisten Logikgatter verwenden zwei Binäreingänge und erzeugen einen einzelnen Ausgang wie 1 oder 0. In einigen elektronischen Schaltungen werden nur wenige Logikgatter verwendet, während in einigen anderen Schaltungen Mikroprozessoren Millionen von Logikgattern enthalten.
Die Implementierung von Logikgattern kann durch Dioden, Transistoren, Relais, Moleküle und Optiken erfolgen, ansonsten unterschiedliche mechanische Elemente. Aus diesem Grund werden grundlegende Logikgatter wie elektronische Schaltungen verwendet.
Binär & Dezimal
Bevor Sie über die Wahrheitstabellen von Logikgattern sprechen, müssen Sie den Hintergrund von Binär- und Dezimalzahlen kennen. Wir alle kennen die Dezimalzahlen, die wir in alltäglichen Berechnungen wie 0 bis 9 verwenden. Diese Art von Zahlensystem enthält die Basis-10. Auf die gleiche Weise können Binärzahlen wie 0 und 1 verwendet werden, um Dezimalzahlen überall dort zu kennzeichnen, wo die Basis der Binärzahlen 2 ist.
Die Bedeutung der Verwendung von Binärzahlen besteht hier darin, die Schaltposition andernfalls die Spannungsposition einer digitalen Komponente zu kennzeichnen. Hier steht 1 für das Hochsignal oder die Hochspannung, während „0“ für die Niederspannung oder das Niedersignal steht. Daher wurde die Boolesche Algebra gestartet. Danach wird jedes Logikgatter separat besprochen. Dies enthält die Logik des Gatters, die Wahrheitstabelle und sein typisches Symbol.
Arten von Logikgattern
Die verschiedenen Arten von Logikgattern und Symbolen mit Wahrheitstabellen werden unten diskutiert.
Grundlegende Logikgatter
UND Tor
Das UND-Gatter ist a digitales Logikgatter mit 'n' i / ps one o / p, das eine logische Verbindung basierend auf den Kombinationen seiner Eingänge ausführt. Der Ausgang dieses Gatters ist nur dann wahr, wenn alle Eingänge wahr sind. Wenn einer oder mehrere Eingänge der i / ps des UND-Gatters falsch sind, ist nur der Ausgang des UND-Gatters falsch. Die Symbol- und Wahrheitstabelle eines UND-Gatters mit zwei Eingängen ist unten dargestellt.
UND Tor und seine Wahrheitstabelle
ODER Tor
Das ODER-Gatter ist ein digitales Logikgatter mit 'n' i / ps und einem o / p, das eine logische Verbindung basierend auf den Kombinationen seiner Eingänge ausführt. Der Ausgang des ODER-Gatters ist nur dann wahr, wenn ein oder mehrere Eingänge wahr sind. Wenn alle i / ps des Gatters falsch sind, ist nur der Ausgang des ODER-Gatters falsch. Die Symbol- und Wahrheitstabelle eines ODER-Gatters mit zwei Eingängen ist unten dargestellt.
ODER Tor und seine Wahrheitstabelle
NICHT Tor
Das NOT-Gatter ist ein digitales Logikgatter mit einem Eingang und einem Ausgang, das einen Wechselrichterbetrieb des Eingangs betreibt. Der Ausgang des NOT-Gatters ist die Umkehrung des Eingangs. Wenn der Eingang des NOT-Gatters wahr ist, ist der Ausgang falsch und umgekehrt. Die Symbol- und Wahrheitstabelle eines NICHT-Gatters mit einem Eingang ist unten gezeigt. Mit diesem Gatter können wir NOR- und NAND-Gatter implementieren
NICHT Tor und seine Wahrheitstabelle
NAND-Tor
Das NAND-Gatter ist ein digitales Logikgatter mit 'n' i / ps und einem o / p, das den Betrieb des UND-Gatters gefolgt vom Betrieb des NICHT-Gatters ausführt. Das NAND-Gatter wird durch Kombinieren der UND- und NICHT-Gatter entworfen. Wenn der Eingang des NAND-Gatters hoch ist, ist der Ausgang des Gatters niedrig. Die Symbol- und Wahrheitstabelle des NAND-Gatters mit zwei Eingängen ist unten dargestellt.
NAND-Tor und seine Wahrheitstabelle
NOR-Tor
Das NOR-Gatter ist ein digitales Logikgatter mit n Eingängen und einem Ausgang, das den Betrieb des ODER-Gatters gefolgt vom NICHT-Gatter ausführt. Das NOR-Gatter wird durch Kombinieren des ODER- und NICHT-Gatters entworfen. Wenn eines der i / ps des NOR-Gatters wahr ist, ist der Ausgang des NOR-Gatters falsch. Die Symbol- und Wahrheitstabelle des NOR-Gatters mit der Wahrheitstabelle ist unten gezeigt.
NOR-Tor und seine Wahrheitstabelle
Exklusiv-ODER-Tor
Das Exklusiv-ODER-Gatter ist ein digitales Logikgatter mit zwei Eingängen und einem Ausgang. Die Kurzform dieses Gates ist Ex-OR. Es funktioniert basierend auf dem Betrieb des ODER-Gatters. . Wenn einer der Eingänge dieses Gatters hoch ist, ist der Ausgang des EX-OR-Gatters hoch. Das Symbol und die Wahrheitstabelle des EX-OR sind unten gezeigt.
EX-OR-Tor und seine Wahrheitstabelle
Exklusiv-NOR-Gatter
Das Exclusive-NOR-Gatter ist ein digitales Logikgatter mit zwei Eingängen und einem Ausgang. Die Kurzform dieses Gates ist Ex-NOR. Es arbeitet basierend auf dem Betrieb des NOR-Gatters. Wenn beide Eingänge dieses Gatters hoch sind, ist der Ausgang des EX-NOR-Gatters hoch. Wenn jedoch einer der Eingänge hoch ist (aber nicht beide), ist der Ausgang niedrig. Das Symbol und die Wahrheitstabelle des EX-NOR sind unten gezeigt.
EX-NOR-Tor und seine Wahrheitstabelle
Die Anwendungen von Logikgattern werden hauptsächlich basierend auf ihrer Wahrheitstabelle, d. H. Ihrer Funktionsweise, bestimmt. Die grundlegenden Logikgatter werden in vielen Schaltkreisen wie einer lichtaktivierten Drucktastenverriegelung verwendet Einbrecheralarm , Sicherheitsthermostat, ein automatisches Bewässerungssystem usw.
Wahrheitstabelle zum Ausdrücken der Logikgatterschaltung
Die Gate-Schaltung kann unter Verwendung einer üblichen Methode ausgedrückt werden, die als Wahrheitstabelle bekannt ist. Diese Tabelle enthält alle Eingangslogikzustandskombinationen entweder hoch (1) oder niedrig (0) für jeden Eingangsanschluss des Logikgatters über den äquivalenten Ausgangslogikpegel wie hoch oder niedrig. Die NICHT-Logikgatterschaltung ist oben gezeigt und ihre Wahrheitstabelle ist in der Tat extrem einfach
Die Wahrheitstabellen von Logikgattern sind sehr komplex, aber größer als das NICHT-Gatter. Die Wahrheitstabelle jedes Gatters muss viele Zeilen enthalten, da es Möglichkeiten für exklusive Kombinationen für Eingaben gibt. Zum Beispiel gibt es für das NOT-Gatter zwei Möglichkeiten für Eingänge, entweder 0 oder 1, während es für das Logikgatter mit zwei Eingängen vier Möglichkeiten wie 00, 01, 10 und 11 gibt. Daher enthält es vier Zeilen für das äquivalente Wahrheitstabelle.
Für ein Logikgatter mit 3 Eingängen gibt es 8 mögliche Eingänge wie 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 und 111. Daher ist eine Wahrheitstabelle mit 8 Zeilen erforderlich. Mathematisch entspricht die erforderliche Anzahl von Zeilen in der Wahrheitstabelle 2, erhöht um die Potenz der Nr. von I / P-Terminals.
Analyse
Die Spannungssignale in den digitalen Schaltkreisen werden mit Binärwerten wie 0 und 1 dargestellt, die in Bezug auf Masse berechnet werden. Der Spannungsmangel bedeutet hauptsächlich eine '0', während das Vorhandensein einer vollen DC-Versorgungsspannung eine '1' bedeutet.
Ein Logikgatter ist eine spezielle Art von Verstärkerschaltung, die hauptsächlich für Eingangs- und Ausgangsspannungspegel ausgelegt ist. Logikgatterschaltungen werden am häufigsten mit einem schematischen Diagramm durch ihre eigenen exklusiven Symbole anstelle ihrer wesentlichen Widerstände und Transistoren symbolisiert.
Genau wie bei Operationsverstärkern (Operationsverstärkern) werden die Verbindungen der Stromversorgung zu Logikgattern der Einfachheit halber häufig in schematischen Diagrammen falsch platziert. Es enthält die wahrscheinlichen Eingangslogikpegelkombinationen über ihre jeweiligen Ausgangslogikpegel.
Was ist der einfachste Weg, um Logic Gates zu lernen?
Der einfachste Weg, die Funktion grundlegender Logikgatter zu erlernen, wird unten erläutert.
- Für UND-Gatter - Wenn beide Eingänge hoch sind, ist auch der Ausgang hoch
- Für ODER-Gatter - Wenn mindestens ein Eingang hoch ist, ist der Ausgang hoch
- Für XOR-Gatter - Wenn der minimale Eingang hoch ist, ist nur der Ausgang hoch
- NAND-Gatter - Wenn der minimale Eingang niedrig ist, ist der Ausgang hoch
- NOR-Gatter - Wenn beide Eingänge niedrig sind, ist der Ausgang hoch.
Der Satz von Morgan
Der erste Satz von DeMorgan besagt, dass das Logikgatter wie NAND gleich einem ODER-Gatter mit einer Blase ist. Die logische Funktion des NAND-Gatters ist
A’B = A ’+ B’
Der zweite Satz von DeMorgan besagt, dass das NOR-Logikgatter gleich einem UND-Gatter mit einer Blase ist. Die logische Funktion des NOR-Gatters ist
(A + B) ’= A’. B ’
Die Umwandlung von NAND Gate
Das NAND-Gatter kann unter Verwendung eines UND-Gatters und eines NICHT-Gatters gebildet werden. Die Boolesche Ausdrucks- und Wahrheitstabelle ist unten dargestellt.
NAND Logic Gates Formation
Y = (A⋅B) ’
ZU | B. | Y '= A. ⋅B | Y. |
0 | 0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
NOR-Gate-Konvertierung
Das NOR-Gatter kann unter Verwendung eines ODER-Gatters und eines NICHT-Gatters gebildet werden. Die Boolesche Ausdrucks- und Wahrheitstabelle ist unten dargestellt.
NOR Logic Gates Formation
Y = (A + B) '
ZU | B. | Y '= A. + B. | Y. |
0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Ex-OR-Gate-Konvertierung
Das Ex-ODER-Gatter kann unter Verwendung des NICHT-, UND- UND ODER-Gatters gebildet werden. Die Boolesche Ausdrucks- und Wahrheitstabelle ist unten dargestellt. Dieses Logikgatter kann als das Gatter definiert werden, das eine hohe Ausgabe liefert, sobald eine Eingabe davon hoch ist. Wenn beide Eingänge dieses Gatters hoch sind, ist der Ausgang niedrig.
Ex-OR Logic Gates Formation
Y = A⊕B oder A’B + AB ’
| ZU | B. | Y. |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Ex-NOR-Gate-Konvertierung
Das Ex-NOR-Gatter kann unter Verwendung eines EX-ODER-Gatters und eines NICHT-Gatters gebildet werden. Die Boolesche Ausdrucks- und Wahrheitstabelle ist unten dargestellt. Wenn in diesem Logikgatter der Ausgang hoch '1' ist, sind beide Eingänge entweder '0' oder '1'.
Ex-NOR-Gate-Formation
Y = (A’B + AB ’)’
ZU | B. | Y. |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Grundlegende Logikgatter mit Universal Gates
Universelle Gatter wie das NAND-Gatter und das NOR-Gatter können durch einen beliebigen booleschen Ausdruck implementiert werden, ohne dass ein anderer Typ eines Logikgatters verwendet wird. Sie können auch zum Entwerfen eines beliebigen grundlegenden Logikgatters verwendet werden. Darüber hinaus werden diese in integrierten Schaltkreisen in großem Umfang verwendet, da sie sowohl einfach als auch kostengünstig herzustellen sind. Das grundlegende Design von Logikgattern unter Verwendung von Universalgattern wird unten diskutiert.
Die grundlegenden Logikgatter können mit Hilfe von Universalgattern entworfen werden. Es wird ein Fehler verwendet, ein wenig Test, andernfalls können Sie die Boolesche Logik verwenden, um diese durch die Logikgattergleichungen für ein NAND-Gatter sowie ein NOR-Gatter zu erreichen. Hier wird die Boolesche Logik verwendet, um die von Ihnen benötigte Ausgabe zu lösen. Es dauert einige Zeit, aber es ist erforderlich, dies durchzuführen, um einen Hang der Booleschen Logik sowie der grundlegenden Logikgatter zu erhalten.
Grundlegende Logikgatter mit NAND-Gatter
Der Entwurf grundlegender Logikgatter unter Verwendung eines NAND-Gatters wird nachstehend erörtert.
NICHT Gate Design mit NAND
Das Design des NOT-Gatters ist sehr einfach, indem einfach beide Eingänge als einer verbunden werden.
AND Gate Design mit NAND
Das Entwerfen eines UND-Gatters unter Verwendung eines NAND-Gatters kann am Ausgang des NAND-Gatters erfolgen, um es umzukehren und eine UND-Logik zu erhalten.
ODER Gate Design mit NAND
Das Entwerfen eines ODER-Gatters unter Verwendung eines NAND-Gatters kann durch Verbinden von zwei NICHT-Gattern unter Verwendung von NAND-Gattern an den NAND-Eingängen erfolgen, um eine ODER-Logik zu erhalten.
NOR Gate Design mit NAND
Das Entwerfen eines NOR-Gatters unter Verwendung eines NAND-Gatters kann durch einfaches Verbinden eines anderen NICHT-Gatters durch ein NAND-Gatter mit dem O / P eines ODER-Gatters durch ein NAND erfolgen.
EXOR Gate Design mit NAND
Dies ist ein bisschen schwierig. Sie teilen die beiden Eingänge mit drei Gates. Der Ausgang des ersten NAND ist der zweite Eingang zu den beiden anderen. Schließlich nimmt ein anderes NAND die Ausgänge dieser beiden NAND-Gatter, um den endgültigen Ausgang zu erhalten.
Grundlegende Logikgatter mit NOR-Gatter
Der Entwurf grundlegender Logikgatter unter Verwendung eines NOR-Gatters wird nachstehend erörtert.
NICHT Gate mit NOR
Das Entwerfen eines NOT-Gatters mit einem NOR-Gatter ist einfach, indem beide Eingänge als einer verbunden werden.
ODER-Gatter mit NOR
Das Entwerfen eines ODER-Gatters mit einem NOR-Gatter ist einfach, indem am O / P des NOR-Gatters eine Verbindung hergestellt wird, um es umzukehren und eine ODER-Logik zu erhalten.
UND-Gatter mit NOR
Das Entwerfen eines UND-Gatters unter Verwendung eines NOR-Gatters kann durch Verbinden von zwei NICHT mit NOR-Gattern an den NOR-Eingängen erfolgen, um eine UND-Logik zu erhalten.
NAND-Gatter mit NOR
Das Entwerfen eines NAND-Gatters unter Verwendung eines NOR-Gatters kann durch einfaches Verbinden eines anderen NICHT-Gatters durch ein NOR-Gatter mit dem Ausgang des UND-Gatters mit NOR erfolgen.
EX-NOR-Gatter mit NOR
Diese Art der Verbindung ist etwas schwierig, da die beiden Eingänge mit drei Logikgattern geteilt werden können. Der erste NOR-Gatterausgang ist der nächste Eingang zu den verbleibenden zwei Gattern. Schließlich verwendet ein anderes NOR-Gatter die beiden NOR-Gatterausgänge, um den letzten Ausgang bereitzustellen.
Anwendungen
Das Anwendungen grundlegender Logikgatter Es gibt so viele, aber sie hängen meistens von ihren Wahrheitstabellen ab, ansonsten von der Form der Operationen. Grundlegende Logikgatter werden häufig in Schaltkreisen wie einem Schloss mit Druckknopf, dem Bewässerungssystem automatisch, einem durch Licht aktivierten Einbruchalarm, einem Sicherheitsthermostat und anderen Arten elektronischer Geräte verwendet.
Der Hauptvorteil grundlegender Logikgatter besteht darin, dass diese in einer anderen Kombinationsschaltung verwendet werden können. Darüber hinaus gibt es keine Grenze für die Anzahl der Logikgatter, die in einem einzelnen elektronischen Gerät verwendet werden können. Sie kann jedoch aufgrund der angegebenen physischen Lücke im Gerät begrenzt werden. In digitalen ICs (integrierten Schaltkreisen) werden wir eine Sammlung der Logikgatterbereichseinheit entdecken.
Durch die Verwendung von Mischungen grundlegender Logikgatter werden häufig erweiterte Operationen ausgeführt. Theoretisch gibt es keine Begrenzung für die Anzahl der Tore, die während eines einzelnen Geräts mit verkleidet werden dürfen. In der Anwendung ist jedoch die Anzahl der Tore begrenzt, die in einen bestimmten physischen Bereich gepackt werden dürfen. Arrays der Logic Gate Area Unit befinden sich in digitalen integrierten Schaltkreisen (ICs). Wie IC-Technologie Fortschritte, das gewünschte physikalische Volumen für jedes einzelne Gate nimmt ab, und digitale Geräte gleicher oder kleinerer Größe können mit immer höheren Geschwindigkeiten komplizierter arbeiten.
Infografiken von Logic Gates
Hier geht es um einen Überblick darüber, was ein ist grundlegendes Logikgatter Typen wie UND-Gatter, ODER-Gatter, NAND-Gatter, NOR-Gatter, EX-ODER-Gatter und EX-NOR-Gatter. Dabei sind AND-, NOT- und OR-Gatter die grundlegenden Logikgatter. Mit diesen Gattern können wir jedes Logikgatter erstellen, indem wir sie kombinieren. Wobei NAND- und NOR-Gatter als universelle Gatter bezeichnet werden. Diese Gates haben eine bestimmte Eigenschaft, mit der sie einen beliebigen logischen Booleschen Ausdruck erstellen können, wenn sie ordnungsgemäß entworfen wurden. Bei Fragen zu diesem Artikel oder Elektronikprojekte, Bitte geben Sie Ihr Feedback, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben.
