Biết về Cổng logic cơ bản với Bảng sự thật

Ngày nay, máy tính đã trở thành một phần không thể thiếu của cuộc sống khi chúng thực hiện nhiều tác vụ và hoạt động trong một khoảng thời gian khá ngắn. Một trong những chức năng quan trọng nhất của CPU trong máy tính là thực hiện các hoạt động logic bằng cách sử dụng phần cứng như Mạch tích hợp công nghệ phần mềm & mạch điện ,. Nhưng, làm thế nào phần cứng và phần mềm này thực hiện các hoạt động như vậy là một câu đố bí ẩn. Để hiểu rõ hơn về một vấn đề phức tạp như vậy, chúng ta phải làm quen với thuật ngữ Boolean Logic, được phát triển bởi George Boole. Đối với một hoạt động đơn giản, máy tính sử dụng các chữ số nhị phân thay vì các chữ số kỹ thuật số. Tất cả các hoạt động được thực hiện bởi các cổng Logic cơ bản. Bài viết này thảo luận tổng quan về những gì cổng logic cơ bản trong điện tử kỹ thuật số và hoạt động của chúng.

Cổng Logic cơ bản là gì?

Cổng logic là một khối xây dựng cơ bản của mạch kỹ thuật số có hai đầu vào và một đầu ra. Mối quan hệ giữa i / p và o / p dựa trên một logic nhất định. Các cổng này được thực hiện bằng cách sử dụng các công tắc điện tử như bóng bán dẫn, điốt. Tuy nhiên, trên thực tế, các cổng logic cơ bản được xây dựng bằng công nghệ CMOS, FETS và MOSFET (FET bán dẫn oxit kim loại) s . Cổng logic là dùng trong vi xử lý, vi điều khiển , ứng dụng hệ thống nhúng, điện tử và mạch dự án điện . Các cổng logic cơ bản được phân loại thành bảy: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR và NOT. Các cổng logic này với các ký hiệu cổng logic và bảng sự thật của chúng được giải thích bên dưới.

Vận hành cổng logic cơ bản

7 Cổng Logic Cơ Bản là gì?

Các cổng logic cơ bản được phân loại thành bảy loại: cổng VÀ, cổng OR, cổng XOR, cổng NAND, cổng NOR, cổng XNOR và cổng NOT. Bảng sự thật được sử dụng để hiển thị chức năng cổng logic. Tất cả các cổng logic đều có hai đầu vào ngoại trừ cổng NOT, chỉ có một đầu vào.

Khi vẽ bảng chân trị, các giá trị nhị phân 0 và 1 được sử dụng. Mọi sự kết hợp có thể có phụ thuộc vào số lượng đầu vào. Nếu bạn chưa biết về cổng logic và bảng chân lý của chúng và cần hướng dẫn về chúng, vui lòng xem qua đồ họa thông tin sau đây cung cấp tổng quan về cổng logic với các ký hiệu và bảng chân lý của chúng.

Tại sao chúng tôi sử dụng Cổng Logic Cơ bản?

Các cổng logic cơ bản được sử dụng để thực hiện các chức năng logic cơ bản. Đây là những khối xây dựng cơ bản trong vi mạch kỹ thuật số (mạch tích hợp). Hầu hết các cổng logic sử dụng hai đầu vào nhị phân và tạo ra một đầu ra duy nhất như 1 hoặc 0. Trong một số mạch điện tử, ít cổng logic được sử dụng trong khi ở một số mạch khác, bộ vi xử lý bao gồm hàng triệu cổng logic.

Việc thực hiện các cổng Logic có thể được thực hiện thông qua điốt, bóng bán dẫn, rơ le, phân tử và quang học nếu không thì các phần tử cơ học khác nhau. Bởi vì lý do này, các cổng logic cơ bản được sử dụng giống như các mạch điện tử.

Nhị phân & thập phân

Trước khi nói về bảng chân lý của cổng logic, điều cần thiết là phải biết nền tảng của số nhị phân và số thập phân. Tất cả chúng ta đều biết các số thập phân mà chúng ta sử dụng trong các phép tính hàng ngày như 0 đến 9. Loại hệ thống số này bao gồm cơ số 10. Theo cách tương tự, các số nhị phân như 0 và 1 có thể được sử dụng để biểu thị các số thập phân bất cứ nơi nào cơ số của các số nhị phân là 2.

Ý nghĩa của việc sử dụng số nhị phân ở đây là để biểu thị vị trí chuyển mạch, nếu không thì vị trí điện áp của một thành phần kỹ thuật số. Ở đây 1 biểu thị tín hiệu Cao hoặc điện áp cao trong khi “0” chỉ định tín hiệu điện áp thấp hoặc thấp. Do đó, đại số Boolean đã được bắt đầu. Sau đó, mỗi cổng logic được thảo luận riêng biệt, nó chứa logic của cổng, bảng sự thật và biểu tượng điển hình của nó.

Các loại cổng logic

Các loại cổng logic và ký hiệu khác nhau với bảng chân trị được thảo luận dưới đây.

Cổng logic cơ bản

Và cổng

Cổng AND là một cổng logic kỹ thuật số với ‘n’ i / ps một o / p, thực hiện kết hợp logic dựa trên sự kết hợp của các đầu vào của nó. Đầu ra của cổng này chỉ đúng khi tất cả các đầu vào đều đúng. Khi một hoặc nhiều đầu vào của i / ps của cổng AND là sai, thì chỉ có đầu ra của cổng AND là sai. Biểu tượng và bảng sự thật của cổng AND với hai đầu vào được hiển thị bên dưới.

Cổng AND và Bảng sự thật của nó

HOẶC Cổng

Cổng OR là cổng logic kỹ thuật số với ‘n’ i / ps và một o / p, thực hiện kết hợp logic dựa trên sự kết hợp của các đầu vào của nó. Đầu ra của cổng OR chỉ đúng khi một hoặc nhiều đầu vào đúng. Nếu tất cả i / ps của cổng là sai, thì chỉ có đầu ra của cổng OR là sai. Biểu tượng và bảng sự thật của cổng OR có hai đầu vào được hiển thị bên dưới.

Cổng HOẶC và Bảng sự thật của nó

Cổng KHÔNG

Cổng NOT là cổng logic kỹ thuật số với một đầu vào và một đầu ra vận hành hoạt động biến tần của đầu vào. Đầu ra của cổng NOT là đầu vào ngược lại. Khi đầu vào của cổng NOT là true thì đầu ra sẽ là false và ngược lại. Biểu tượng và bảng sự thật của cổng NOT với một đầu vào được hiển thị bên dưới. Bằng cách sử dụng cổng này, chúng ta có thể triển khai các cổng NOR và NAND

Cổng NOT và Bảng sự thật của nó

Cổng NAND

Cổng NAND là một cổng logic kỹ thuật số với ‘n’ i / ps và một o / p, thực hiện hoạt động của cổng VÀ sau đó là hoạt động của cổng NOT. Cổng NAND được thiết kế bằng cách kết hợp cổng VÀ và KHÔNG. Nếu đầu vào của cổng NAND cao, thì đầu ra của cổng sẽ ở mức thấp. Biểu tượng và bảng chân trị của cổng NAND với hai đầu vào được hiển thị bên dưới.

Cổng NAND và Bảng sự thật của nó

Cổng NOR

Cổng NOR là cổng logic kỹ thuật số với n đầu vào và một đầu ra, thực hiện hoạt động của cổng OR theo sau là cổng NOT. Cổng NOR được thiết kế bằng cách kết hợp cổng OR và NOT. Khi bất kỳ một trong số i / ps của cổng NOR là đúng, thì đầu ra của cổng NOR sẽ là sai. Biểu tượng và bảng sự thật của cổng NOR với bảng sự thật được hiển thị bên dưới.

Cổng NOR và Bảng sự thật của nó

Cổng độc quyền HOẶC

Cổng Exclusive-OR là cổng logic kỹ thuật số với hai đầu vào và một đầu ra. Dạng ngắn gọn của cổng này là Ex-OR. Nó thực hiện dựa trên hoạt động của cổng OR. . Nếu bất kỳ đầu vào nào của cổng này cao, thì đầu ra của cổng EX-OR sẽ cao. Biểu tượng và bảng sự thật của EX-OR được hiển thị bên dưới.

Cổng EX-OR và Bảng sự thật của nó

Cổng NOR độc quyền

Cổng Exclusive-NOR là cổng logic kỹ thuật số với hai đầu vào và một đầu ra. Dạng ngắn gọn của cổng này là Ex-NOR. Nó thực hiện dựa trên hoạt động của cổng NOR. Khi cả hai đầu vào của cổng này cao, thì đầu ra của cổng EX-NOR sẽ cao. Nhưng, nếu bất kỳ đầu vào nào cao (chứ không phải cả hai), thì đầu ra sẽ thấp. Biểu tượng và bảng chân trị của EX-NOR được hiển thị bên dưới.

Cổng EX-NOR và Bảng sự thật của nó

Các ứng dụng của cổng logic chủ yếu được xác định dựa trên bảng chân lý của chúng, tức là phương thức hoạt động của chúng. Các cổng logic cơ bản được sử dụng trong nhiều mạch như khóa nút nhấn, kích hoạt bằng ánh sáng báo động chống trộm , bộ điều nhiệt an toàn, hệ thống tưới nước tự động, v.v.

Bảng sự thật để thể hiện mạch cổng logic

Mạch cổng có thể được biểu diễn bằng một phương pháp phổ biến được gọi là bảng sự thật. Bảng này bao gồm tất cả các kết hợp trạng thái logic đầu vào cao (1) hoặc thấp (0) cho mọi đầu cuối đầu vào của cổng logic thông qua mức logic đầu ra tương đương như cao hoặc thấp. Mạch cổng logic NOT được hiển thị ở trên và bảng chân lý của nó thực sự cực kỳ dễ dàng

Bảng sự thật của cổng logic rất phức tạp nhưng lớn hơn cổng NOT. Bảng sự thật của mỗi cổng phải bao gồm nhiều hàng giống như có các khả năng kết hợp độc quyền cho các đầu vào. Ví dụ, đối với cổng NOT, có hai khả năng đầu vào là 0 hoặc 1, trong khi đối với cổng logic hai đầu vào, có bốn khả năng như 00, 01, 10 & 11. Do đó, nó bao gồm bốn hàng cho bảng chân trị tương đương.

Đối với cổng logic 3 đầu vào, có 8 đầu vào có thể có như 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 & 111. Do đó, cần có một bảng chân trị bao gồm 8 hàng. Về mặt toán học, số hàng yêu cầu trong bảng chân trị tương đương với 2 tăng lên lũy thừa của số không. của thiết bị đầu cuối i / p.

Phân tích

Các tín hiệu điện áp trong các mạch kỹ thuật số được biểu diễn bằng các giá trị nhị phân như 0’s & 1’s được tính toán khi tham chiếu đến mặt đất. Sự thiếu hụt điện áp chủ yếu biểu thị '0' trong khi sự tồn tại của điện áp nguồn một chiều đầy đủ biểu thị '1'.

Cổng logic là một loại mạch khuếch đại đặc biệt được thiết kế chủ yếu cho điện áp mức logic đầu vào cũng như đầu ra. Các mạch cổng logic thường được ký hiệu bằng một sơ đồ thông qua các ký hiệu độc quyền của riêng chúng Thay vì các điện trở và bóng bán dẫn thiết yếu của chúng.

Cũng giống như với Op-Amps (bộ khuếch đại hoạt động), các kết nối của nguồn điện đến các cổng logic thường bị đặt sai vị trí trong các sơ đồ giản đồ vì lợi ích của sự đơn giản. Nó bao gồm các tổ hợp mức logic đầu vào có thể xảy ra thông qua các mức logic đầu ra cụ thể của chúng.

Cách dễ nhất để học Cổng logic là gì?

Cách dễ nhất để tìm hiểu chức năng của các cổng logic cơ bản được giải thích dưới đây.

• Đối với Cổng AND - Nếu cả hai đầu vào đều cao thì đầu ra cũng cao
• Đối với Cổng OR - Nếu tối thiểu một đầu vào cao thì đầu ra là Cao
• Đối với Cổng XOR - Nếu một đầu vào tối thiểu cao thì chỉ có đầu ra cao
• Cổng NAND - Nếu một đầu vào tối thiểu thấp thì đầu ra cao
• Cổng NOR - Nếu cả hai đầu vào thấp thì đầu ra cao.

Định lý Morgan

Định lý đầu tiên của DeMorgan nói rằng cổng logic như NAND bằng với cổng OR với một bong bóng. Chức năng logic của cổng NAND là

A’B = A ’+ B’

Định lý thứ hai của DeMorgan phát biểu rằng cổng logic NOR bằng với cổng AND với một bong bóng. Chức năng logic của cổng NOR là

(A + B) ’= A’. B ’

Việc chuyển đổi cổng NAND

Cổng NAND có thể được tạo bằng cổng VÀ & cổng KHÔNG. Bảng chân trị & biểu thức Boolean được hiển thị bên dưới.

Sự hình thành cổng logic NAND

Y = (A⋅B) '

Chuyển đổi cổng NOR

Cổng NOR có thể được hình thành bằng cách sử dụng cổng HOẶC & cổng KHÔNG. Bảng chân trị & biểu thức Boolean được hiển thị bên dưới.

Sự hình thành cổng logic NOR

Y = (A + B) '

Chuyển đổi cổng Ex-OR

Cổng Ex-OR có thể được hình thành bằng cách sử dụng cổng NOT, AND & OR. Bảng chân trị & biểu thức Boolean được hiển thị bên dưới. Cổng logic này có thể được định nghĩa là cổng cho đầu ra cao khi bất kỳ đầu vào nào của cổng này cao. Nếu cả hai đầu vào của cổng này cao thì đầu ra sẽ thấp.

Hình thành cổng logic Ex-HOẶC

Y = A⊕B hoặc A’B + AB ’

Chuyển đổi Cổng Ex-NOR

Cổng Ex-NOR có thể được tạo bằng cổng EX-OR & cổng NOT. Bảng chân trị & biểu thức Boolean được hiển thị bên dưới. Trong cổng logic này, khi đầu ra cao “1” thì cả hai đầu vào sẽ là “0” hoặc “1”.

Hình thành cổng Ex-NOR

Y = (A’B + AB ’)’

Cổng logic cơ bản sử dụng Universal Gates

Các cổng chung như cổng NAND và cổng NOR có thể được thực hiện thông qua bất kỳ biểu thức boolean nào mà không sử dụng bất kỳ loại cổng logic nào khác. Và, chúng cũng có thể được sử dụng để thiết kế bất kỳ cổng logic cơ bản nào. Ngoài ra, chúng được sử dụng rộng rãi trong các mạch tích hợp vì chúng đơn giản và hiệu quả về chi phí. Thiết kế cổng logic cơ bản sử dụng cổng phổ thông được thảo luận dưới đây.

Các cổng logic cơ bản có thể được thiết kế với sự trợ giúp của các cổng đa năng. Nó sử dụng một lỗi, một chút kiểm tra, nếu không bạn có thể sử dụng logic Boolean để đạt được những điều này thông qua các phương trình cổng logic cho cổng NAND cũng như cổng NOR. Ở đây, logic Boolean được sử dụng để giải quyết đầu ra mà bạn yêu cầu. Phải mất một chút thời gian nhưng cần thiết để thực hiện điều này để có được lôgic Boolean cũng như các cổng logic cơ bản.

Cổng logic cơ bản sử dụng cổng NAND

Việc thiết kế các cổng logic cơ bản sử dụng cổng NAND được thảo luận dưới đây.

KHÔNG phải thiết kế cổng sử dụng NAND

Việc thiết kế cổng NOT rất đơn giản bằng cách kết nối cả hai đầu vào làm một.

VÀ Thiết kế cổng sử dụng NAND

Việc thiết kế cổng VÀ sử dụng cổng NAND có thể được thực hiện ở đầu ra của cổng NAND để đảo ngược nó và thu được logic AND.

HOẶC Thiết kế cổng sử dụng NAND

Việc thiết kế cổng OR sử dụng cổng NAND có thể được thực hiện bằng cách kết nối hai cổng NOT bằng cổng NAND tại các đầu vào của NAND để thu được logic OR.

Thiết kế cổng NOR sử dụng NAND

Việc thiết kế cổng NOR sử dụng cổng NAND có thể được thực hiện đơn giản bằng cách kết nối một cổng NOT khác thông qua cổng NAND với o / p của cổng OR thông qua NAND.

Thiết kế cổng EXOR sử dụng NAND

Cái này hơi khó. Bạn chia sẻ hai đầu vào với ba cổng. Đầu ra của NAND đầu tiên là đầu vào thứ hai cho hai NAND còn lại. Cuối cùng, một NAND khác lấy đầu ra của hai cổng NAND này để đưa ra đầu ra cuối cùng.

Cổng logic cơ bản sử dụng cổng NOR

Việc thiết kế các cổng logic cơ bản sử dụng cổng NOR được thảo luận dưới đây.

Cổng NOT sử dụng NOR

Việc thiết kế cổng NOT với cổng NOR rất đơn giản bằng cách kết nối cả hai đầu vào làm một.

HOẶC Cổng sử dụng NOR

Việc thiết kế Cổng OR với cổng NOR rất đơn giản bằng cách kết nối tại o / p của cổng NOR để đảo ngược nó và thu được logic OR.

Cổng AND sử dụng NOR

Việc thiết kế cổng AND sử dụng cổng NOR có thể được thực hiện bằng cách kết nối hai cổng NOT với cổng NOR tại các đầu vào NOR để thu được logic AND.

Cổng NAND sử dụng NOR

Việc thiết kế Cổng NAND sử dụng cổng NOR có thể được thực hiện đơn giản bằng cách kết nối một cổng NOT khác thông qua cổng NOR với đầu ra của cổng AND với NOR.

Cổng EX-NOR sử dụng NOR

Loại kết nối này hơi khó vì hai đầu vào có thể được chia sẻ với ba cổng logic. Đầu ra cổng NOR đầu tiên là đầu vào tiếp theo cho hai cổng còn lại. Cuối cùng, một cổng NOR khác sử dụng hai đầu ra cổng NOR để cung cấp đầu ra cuối cùng.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của các cổng logic cơ bản rất nhiều, tuy nhiên chúng chủ yếu phụ thuộc vào bảng chân trị của chúng, nếu không thì dạng hoạt động. Các cổng logic cơ bản thường được sử dụng trong các mạch điện như khóa bằng nút nhấn, hệ thống tưới nước tự động, cảnh báo trộm được kích hoạt thông qua ánh sáng, bộ điều chỉnh nhiệt an toàn và các loại thiết bị điện tử khác.

Ưu điểm chính của các cổng logic cơ bản là, chúng có thể được sử dụng trong một mạch kết hợp khác nhau. Ngoài ra, không có ranh giới nào về số lượng cổng logic có thể được sử dụng trong một thiết bị điện tử duy nhất. Tuy nhiên, nó có thể bị hạn chế vì khoảng cách vật lý được chỉ định trong thiết bị. Trong các vi mạch kỹ thuật số (mạch tích hợp), chúng ta sẽ khám phá một tập hợp các đơn vị vùng cổng logic.

Bằng cách sử dụng hỗn hợp các cổng logic cơ bản, các phép toán nâng cao thường được thực hiện. Về lý thuyết, không có giới hạn về số lượng cổng có thể được phủ trong một thiết bị. Tuy nhiên, trong ứng dụng, có một giới hạn về số lượng cổng có thể được đóng gói trong một khu vực thực tế nhất định. Các mảng của đơn vị diện tích cổng logic được tìm thấy trong các mạch tích hợp kỹ thuật số (IC). Như Công nghệ vi mạch tiến bộ, khối lượng vật lý mong muốn cho mỗi cổng riêng lẻ giảm xuống và các thiết bị kỹ thuật số có kích thước tương đương hoặc nhỏ hơn trở nên có khả năng hoạt động với các hoạt động phức tạp hơn với tốc độ ngày càng tăng.

Đồ họa thông tin của Cổng logic

Đây là tất cả về một cái nhìn tổng quan về một cổng logic cơ bản , các loại như cổng VÀ, cổng OR, cổng NAND, cổng NOR, cổng EX-OR và cổng EX-NOR. Trong điều này, các cổng AND, NOT và OR là các cổng logic cơ bản. Bằng cách sử dụng các cổng này, chúng ta có thể tạo bất kỳ cổng logic nào bằng cách kết hợp chúng. Trong đó cổng NAND và cổng NOR được gọi là cổng vạn năng. Các cổng này có một thuộc tính cụ thể mà chúng có thể tạo ra bất kỳ biểu thức Boolean logic nào nếu được thiết kế theo cách thích hợp. Hơn nữa, đối với bất kỳ câu hỏi nào liên quan đến bài viết này, hoặc dự án điện tử, vui lòng đưa ra phản hồi của bạn bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới.