דע אודות שערי לוגיקה בסיסיים עם לוחות אמת

כיום, מחשבים הפכו לחלק בלתי נפרד מהחיים מכיוון שהם מבצעים משימות ופעולות רבות בפרק זמן די קצר. אחד התפקידים החשובים ביותר של המעבד במחשב הוא לבצע פעולות לוגיות על ידי שימוש בחומרה כמו מעגלים משולבים טכנולוגיות תוכנה & מעגלים אלקטרונים ,. אבל, כיצד החומרה והתוכנה הללו מבצעים פעולות כאלה היא חידה מסתורית. על מנת שנבין טוב יותר את הנושא המורכב כל כך, עלינו להכיר את המונח לוגיקה בוליאנית, שפותח על ידי ג'ורג 'בול. לצורך פעולה פשוטה מחשבים משתמשים בספרות בינאריות ולא בספרות דיגיטליות. כל הפעולות מבוצעות על ידי שערי היגיון הבסיסיים. מאמר זה דן בסקירה כללית של מה שיש שערי היגיון בסיסיים בתחום האלקטרוניקה הדיגיטלית ועבודתם.

מהם שערי לוגיקה בסיסיים?

שער לוגי הוא אבן בניין בסיסית של מעגל דיגיטלי בעל שני כניסות ופלט אחד. הקשר בין ה- i / p ל- o / p מבוסס על היגיון מסוים. שערים אלה מיושמים באמצעות מתגים אלקטרוניים כמו טרנזיסטורים, דיודות. אך, בפועל, שערי לוגיקה בסיסיים בנויים באמצעות טכנולוגיית CMOS, FETS ו- MOSFET (מתכת תחמוצת מוליכים למחצה FET) s . שערי היגיון הם משמש במיקרו-מעבדים, מיקרו-בקרים , יישומי מערכת משובצים, ובאלקטרוניקה ו- מעגלי פרויקטים חשמליים . שערי ההיגיון הבסיסיים מסווגים לשבעה: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR ו- NOT. שערי לוגיקה אלה עם סמלי שער ההיגיון שלהם וטבלאות האמת מוסברים להלן.

מבצע שערי לוגיקה בסיסיים

מהם 7 שערי ההיגיון הבסיסיים?

שערי ההיגיון הבסיסיים מסווגים לשבעה סוגים: שער AND, שער OR, שער XOR, שער NAND, NOR NOR, שער XNOR ושער NOT. טבלת האמת משמשת להצגת פונקציית שער ההיגיון. לכל שערי ההיגיון יש שני כניסות למעט השער NOT, שיש בו כניסה אחת בלבד.

בעת ציור טבלת אמת משתמשים בערכים הבינאריים 0 ו- 1. כל שילוב אפשרי תלוי במספר התשומות. אם אינך יודע על שערי הלוגיקה וטבלאות האמת שלהם וזקוק להדרכה עליהם, אנא עיין באינפוגרפיקה הבאה המספקת סקירה של שערי לוגיקה עם סמליהם וטבלאות האמת שלהם.

מדוע אנו משתמשים בשערי לוגיקה בסיסיים?

שערי ההיגיון הבסיסיים משמשים לביצוע פונקציות לוגיות בסיסיות. אלה אבני הבניין הבסיסיות במעגלים המשולבים הדיגיטליים (מעגלים משולבים). רוב שערי ההיגיון משתמשים בשני תשומות בינאריות ומייצרים פלט יחיד כמו 1 או 0. בחלק מהמעגלים האלקטרוניים משתמשים בשערי לוגיקה מעטים ואילו במעגלים אחרים מיקרו-מעבדים כוללים מיליוני שערים לוגיים.

יישום שערים לוגיים יכול להיעשות באמצעות דיודות, טרנזיסטורים, ממסרים, מולקולות ואופטיקה, אחרת, אלמנטים מכניים שונים. מסיבה זו משתמשים בשערי לוגיקה בסיסיים כמו מעגלים אלקטרוניים.

בינארי ועשרוני

לפני שנדבר על טבלאות האמת של שערי לוגיקה, חשוב לדעת את הרקע של המספרים הבינאריים והעשרוניים. כולנו מכירים את המספרים העשרוניים בהם אנו משתמשים בחישובים יומיומיים כמו 0 עד 9. מערכת מספרים מסוג זה כוללת את הבסיס -10. באותו אופן, ניתן להשתמש במספרים בינאריים כמו 0 ו- 1 כדי לסמן מספרים עשרוניים בכל מקום בו בסיס המספרים הבינאריים הוא 2.

המשמעות של שימוש במספרים בינאריים כאן היא לסמן את מיקום המיתוג אחרת מצב המתח של רכיב דיגיטלי. כאן 1 מייצג את האות הגבוה או את המתח הגבוה ואילו '0' מציין מתח נמוך או אות נמוך. לכן, התחילה אלגברה בוליאנית. לאחר מכן, כל שער לוגיקה נדון בנפרד זה מכיל את ההיגיון של השער, טבלת האמת והסמל האופייני לו.

סוגי שערי לוגיקה

הסוגים השונים של שערי לוגיקה וסמלים עם טבלאות אמת נידונים להלן.

שערי לוגיקה בסיסיים

AND שער

שער AND הוא א שער לוגיקה דיגיטלית עם 'n' i / ps one o / p, שמבצע צירוף לוגי על בסיס שילובי התשומות שלו. התפוקה של שער זה נכונה רק כאשר כל הקלטים נכונים. כאשר קלט אחד או יותר של ה- i / ps של שער ה- AND הם שקריים, אז רק הפלט של שער ה- AND הוא שקר. סמל וטבלת האמת של שער AND עם שתי כניסות מוצגים להלן.

AND שער ושולחן האמת שלו

או שער

שער ה- OR הוא שער לוגיקה דיגיטלי עם 'n' i / ps ו- o / p אחד, המבצע צירוף לוגי על בסיס שילובי התשומות שלו. הפלט של שער ה- OR נכון רק כאשר קלט אחד או יותר נכונים. אם כל ה- i / ps של השער שגוי, אז רק הפלט של השער OR הוא שקר. סמל וטבלת האמת של שער OR עם שתי כניסות מוצגים להלן.

שער OR ושולחן האמת שלו

לא שער

שער ה- NOT הוא שער לוגיקה דיגיטלי עם כניסה אחת ויציאה אחת המפעילה פעולת מהפך של הכניסה. הפלט של השער NOT הוא ההפוך מהקלט. כאשר הקלט של השער NOT נכון אז הפלט יהיה שקר ולהיפך. סמל וטבלת האמת של שער NOT עם קלט אחד מוצגים להלן. באמצעות שער זה נוכל ליישם שערי NOR ו- NAND

NOT שער ושולחן האמת שלו

שער NAND

שער ה- NAND הוא שער לוגיקה דיגיטלי עם 'n' i / ps ו- o / p אחד, המבצע את פעולת השער AND ואחריו את פעולת השער NOT. שער ה- NAND מתוכנן על ידי שילוב שערים AND ו- NOT. אם הכניסה של שער NAND גבוהה, אז הפלט של השער יהיה נמוך. טבלת הסמלים והאמת של שער NAND עם שתי כניסות מוצגים להלן.

שער NAND ושולחן האמת שלו

שער NOR

שער NOR הוא שער לוגיקה דיגיטלי עם n כניסות ויציאה אחת, המבצע את פעולת שער OR ואחריו שער ה- NOT. שער NOR מתוכנן על ידי שילוב שער OR ו- NOT. כאשר כל אחד מה- i / ps של שער NOR נכון, אז הפלט של שער NOR יהיה שקר. סמל וטבלת האמת של שער NOR עם טבלת האמת מוצגים להלן.

שער NOR ושולחן האמת שלו

שער בלעדי- OR

שער Exclusive-OR הוא שער לוגיקה דיגיטלי עם שני כניסות ויציאה אחת. הצורה הקצרה של שער זה היא Ex-OR. זה מבצע על סמך פעולת שער OR. . אם אחת מהכניסות של שער זה גבוהה, אז התפוקה של השער EX-OR תהיה גבוהה. סמל וטבלת האמת של ה- EX-OR מוצגים להלן.

שער EX-OR ושולחן האמת שלו

שער בלעדי- NOR

שער Exclusive-NOR הוא שער לוגיקה דיגיטלי עם שני כניסות ויציאה אחת. הצורה הקצרה של שער זה היא Ex-NOR. זה מבצע על סמך הפעלת שער NOR. כששני הקלטים של השער הזה גבוהים, אז התפוקה של השער EX-NOR תהיה גבוהה. אבל, אם אחת מהתשומות גבוהה (אך לא את שתיהן), הפלט יהיה נמוך. סמל וטבלת האמת של ה- EX-NOR מוצגים להלן.

שער EX-NOR ושולחן האמת שלו

היישומים של שערי לוגיקה נקבעים בעיקר על סמך טבלת האמת שלהם, כלומר, אופן הפעולה שלהם. שערי ההיגיון הבסיסיים משמשים במעגלים רבים כמו נעילת כפתור, מופעלת באמצעות אור אזעקת פורץ , תרמוסטט בטיחות, מערכת השקיה אוטומטית וכו '.

טבלת האמת למעגל שער לוגיקה אקספרס

מעגל שער יכול לבוא לידי ביטוי בשיטה נפוצה המכונה טבלת אמת. טבלה זו כוללת את כל שילובי מצב ההיגיון הקלט גבוהים (1) או נמוכים (0) עבור כל מסוף קלט של שער הלוגיקה דרך רמת ההיגיון המקבילה של הפלט כמו גבוהה או נמוכה. מעגל שער ההיגיון NOT מוצג לעיל וטבלת האמת שלו קלה מאוד

טבלאות האמת של שערי ההיגיון מורכבות מאוד אך גדולות משער ה- NOT. טבלת האמת של כל שער חייבת לכלול שורות רבות כמו שיש אפשרויות לשילובים בלעדיים לתשומות. לדוגמא, לשער ה- NOT יש שתי אפשרויות של קלט 0 או 1, ואילו עבור שער ההיגיון של שתי הקלט, ישנן ארבע אפשרויות כמו 00, 01, 10 & 11. לכן, הוא כולל ארבע שורות עבור טבלת אמת שווה ערך.

לשער לוגי בעל 3 כניסות, קיימות 8 כניסות אפשריות כמו 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 & 111. לכן נדרשת טבלת אמת הכוללת 8 שורות. מבחינה מתמטית, מספר השורות הנדרש בטבלת האמת שווה ל -2 מוגברת לכוח המספר. של מסופי i / p.

אָנָלִיזָה

אותות המתח במעגלים הדיגיטליים מיוצגים עם ערכים בינאריים כמו 0 ו- 1 המחושבים בהתייחס לקרקע. מחסור במתח מסמל בעיקר '0' ואילו קיום מתח אספקת DC מלא מסמל '1'.

שער לוגיקה הוא סוג מיוחד של מעגל מגברים אשר מיועד בעיקר למתח קלט ולוגי פלט. מעגלי שער לוגי מסומלים לרוב באמצעות תרשים סכמטי באמצעות סמלים בלעדיים משלהם במקום הנגדים והטרנזיסטורים החיוניים שלהם.

בדיוק כמו במגברי אופ (מגברים תפעוליים), חיבורי אספקת החשמל לשערי לוגיקה ממוקמים לעתים קרובות בתרשימים סכמטיים לטובת הפשטות. זה כולל את שילובי רמות ההיגיון הקלטות האפשריות דרך רמות ההיגיון המסוימות שלהם.

מהי הדרך הקלה ביותר ללמוד שערי לוגיקה?

הדרך הקלה ביותר ללמוד את הפונקציה של שערי לוגיקה בסיסיים מוסברת להלן.

• עבור AND Gate - אם שתי התשומות גבוהות, אז גם התפוקה גבוהה
• עבור שער OR - אם מינימום קלט אחד גבוה אז התפוקה גבוהה
• עבור XOR Gate - אם הקלט המינימלי הוא גבוה אז רק הפלט הוא גבוה
• שער NAND - אם קלט מינימלי אחד נמוך אז התפוקה גבוהה
• שער NOR - אם שתי התשומות נמוכות אז התפוקה גבוהה.

משפט מורגן

המשפט הראשון של DeMorgan קובע כי שער ההיגיון כמו NAND שווה לשער OR עם בועה. פונקציית ההיגיון של שער ה- NAND היא

A'B = A '+ B'

המשפט השני של DeMorgan קובע כי שער ההיגיון NOR שווה לשער AND עם בועה. פונקציית ההיגיון של NOR gate היא

(A + B) '= A'. ב '

המרת שער NAND

ניתן ליצור את שער ה- NAND באמצעות שער AND ו- NOT. טבלת הביטוי והאמת הבוליאנית מוצגת להלן.

היווצרות שערים לוגיים של NAND

Y = (A⋅B) '

המרת שער NOR

ניתן ליצור את שער NOR באמצעות שער OR או NOT. טבלת הביטוי והאמת הבוליאנית מוצגת להלן.

NOR היווצרות שערי לוגיקה

Y = (A + B) '

המרת שער לשעבר

ניתן ליצור את השער Ex-OR באמצעות שער NOT ו- AND. טבלת הביטוי והאמת הבוליאנית מוצגת להלן. ניתן להגדיר את שער ההיגיון הזה כשער שנותן תפוקה גבוהה ברגע שכל קלט זה גבוה. אם שתי התשומות של השער הזה גבוהות, אז התפוקה תהיה נמוכה.

היווצרות שערי לוגיקה לשעבר או

Y = A⊕B או A'B + AB '

המרת שער לשעבר NOR

ניתן ליצור את שער ה- Ex-NOR באמצעות שער EX-OR ושער NOT. טבלת הביטוי והאמת הבוליאנית מוצגת להלן. בשער ההיגיון הזה, כאשר הפלט גבוה '1', שתי הקלטות יהיו '0' או '1'.

תצורת שער לשעבר NOR

Y = (A'B + AB ')'

שערי לוגיקה בסיסיים באמצעות שערים אוניברסליים

ניתן ליישם שערים אוניברסליים כמו שער NAND ושער NOR באמצעות כל ביטוי בוליאני מבלי להשתמש בשום סוג הגיוני אחר. בנוסף, הם יכולים לשמש גם לעיצוב כל שער לוגיקה בסיסי. בנוסף, אלה מנוצלים באופן נרחב במעגלים משולבים מכיוון שהם פשוטים וגם חסכוניים לייצור. תכנון שערי ההיגיון הבסיסיים באמצעות שערים אוניברסליים נדון להלן.

ניתן לתכנן את שערי ההיגיון הבסיסיים בעזרת שערים אוניברסליים. היא משתמשת בשגיאה, קצת במבחן אחרת אתה יכול להשתמש בהיגיון בוליאני להשגת אלה דרך משוואות שערי ההיגיון לשער NAND וגם לשער NOR. כאן, ההיגיון הבוליאני משמש לפתרון הפלט הדרוש לך. זה לוקח קצת זמן, אך יש צורך לבצע זאת כדי להשיג תלות בלוגיקה בוליאנית, כמו גם בשערי לוגיקה בסיסיים.

שערי לוגיקה בסיסיים באמצעות שער NAND

תכנון של שערי לוגיקה בסיסיים באמצעות שער NAND נדון להלן.

לא עיצוב שער באמצעות NAND

תכנון השער NOT פשוט מאוד על ידי חיבור פשוט של שתי התשומות כאחת.

AND Gate design באמצעות NAND

תכנון שער AND באמצעות שער NAND יכול להיעשות בפלט של שער NAND כדי להפוך אותו ולקבל ולוגיקה.

או עיצוב שער באמצעות NAND

תכנון שער OR באמצעות שער NAND יכול להיעשות על ידי חיבור שני שערים לא באמצעות שערים NAND בכניסות ה- NAND כדי להשיג לוגיקה של OR.

NOR שער עיצוב באמצעות NAND

תכנון שער NOR באמצעות שער NAND יכול להיעשות פשוט על ידי חיבור של שער NOT אחר דרך שער NAND לשמש / מעבר של שער OR דרך NAND.

עיצוב שער EXOR באמצעות NAND

זה קצת מסובך. אתה משתף את שתי התשומות עם שלושה שערים. הפלט של ה- NAND הראשון הוא הקלט השני לשניים האחרים. לבסוף, NAND אחר לוקח את התפוקות של שני שערי NAND אלה כדי לספק את התפוקה הסופית.

שערי לוגיקה בסיסיים המשתמשים בשער NOR

תכנון של שערי לוגיקה בסיסיים באמצעות שער NOR נדון להלן.

NOT שער באמצעות NOR

התכנון של שער NOT עם שער NOR הוא פשוט על ידי חיבור שתי הכניסות כאחת.

או שער באמצעות NOR

התכנון של שער OR עם שער NOR הוא פשוט על ידי חיבור ב- O / P של שער NOR כדי להפוך אותו ולקבל היגיון OR.

AND שער באמצעות NOR

התכנון של שער AND באמצעות שער NOR יכול להיעשות על ידי חיבור שני שערים לא עם NOR בכניסות NOR כדי להשיג AND לוגיקה.

שער NAND באמצעות NOR

תכנון שער NAND באמצעות שער NOR יכול להיעשות על ידי חיבור שער NOT נוסף דרך שער NOR לפלט של AND ו- NOR.

שער EX-NOR באמצעות NOR

חיבור מסוג זה קצת קשה מכיוון שניתן לשתף את שני הקלטים עם שלושה שערים לוגיים. פלט השער NOR הראשון הוא הקלט הבא לשני השערים הנותרים. לבסוף, שער NOR אחר משתמש בשתי יציאות ה- NOR כדי לספק את הפלט האחרון.

יישומים

ה יישומים של שערי לוגיקה בסיסיים הם כה רבים אולם הם תלויים בעיקר בטבלאות האמת שלהם בצורה אחרת של פעולות. שערי לוגיקה בסיסיים משמשים לעתים קרובות במעגלים כמו מנעול עם לחצן כפתור, מערכת ההשקיה באופן אוטומטי, אזעקת פריצה המופעלת באמצעות אור, תרמוסטט בטיחות וסוגים אחרים של מכשירים אלקטרוניים.

היתרון העיקרי של שערי לוגיקה בסיסיים הוא, שניתן להשתמש בהם במעגל שילוב אחר. בנוסף, אין גבול למספר שערי ההיגיון שניתן להשתמש בהם במכשיר אלקטרוני יחיד. אבל, זה יכול להיות מוגבל בגלל הפער הפיזי שצוין במכשיר. במכשירי IC דיגיטליים (מעגלים משולבים) נגלה אוסף של יחידת אזור השער ההגיוני.

על ידי שימוש בתערובות של שערי לוגיקה בסיסיים, פעולות מתקדמות מבוצעות לעיתים קרובות. בתיאוריה, אין הגבלה על מספר השערים שעשויים להיות לבושים במהלך מכשיר יחיד. עם זאת, ביישום, יש מגבלה למספר השערים שעשויים להיות ארוזים באזור פיזי נתון. מערכים של יחידת שטח השער ההגיוני נמצאים במעגלים משולבים דיגיטליים (IC). כפי ש טכנולוגיית IC מתקדם, הנפח הפיזי הרצוי לכל שער בודד פוחת, והתקנים דיגיטליים בגודל שווה ערך או קטן יותר מסוגלים לפעול בפעולות מסובכות יותר במהירות הולכת וגוברת.

אינפוגרפיקה של שערי לוגיקה

זה הכל על סקירה של מה זה שער לוגיקה בסיסי , סוגים כמו שער AND, שער OR, שער NAND, שער NOR, שער EX-OR ושער EX-NOR. בכך שערים AND, NOT ו- OR הם שערי ההיגיון הבסיסיים. באמצעות שערים אלה אנו יכולים ליצור כל שער לוגי על ידי שילוב ביניהם. היכן ששערי NAND ו- NOR נקראים שערים אוניברסליים. לשערים אלה יש מאפיין מסוים שבעזרתם הם יכולים ליצור כל ביטוי בוליאני הגיוני אם הוא מתוכנן בצורה נכונה. יתר על כן, לכל שאלה בנוגע למאמר זה, או פרויקטים אלקטרוניים, אנא תן משוב על ידי תגובה בקטע התגובות למטה.