Lär dig om grundläggande logiska grindar med sanningstabeller

Numera har datorer blivit en integrerad del av livet eftersom de utför många uppgifter och operationer på ganska kort tid. En av CPU: s viktigaste funktioner i en dator är att utföra logiska operationer genom att använda hårdvara som Integrerade kretsar mjukvaruteknik & elektroniska kretsar ,. Men hur denna hårdvara och mjukvara utför sådana operationer är ett mystiskt pussel. För att få en bättre förståelse för en så komplex fråga måste vi bekanta oss med termen Boolean Logic, utvecklad av George Boole. För en enkel operation använder datorer binära siffror snarare än digitala siffror. Alla operationer utförs av Basic Logic-grindarna. Denna artikel diskuterar en översikt över vad som är grundläggande logiska grindar inom digital elektronik och deras arbete.

Vad är grundläggande logiska grindar?

En logisk grind är en grundläggande byggsten i en digital krets som har två ingångar och en utgång. Förhållandet mellan i / p och o / p baseras på en viss logik. Dessa grindar implementeras med elektroniska omkopplare som transistorer, dioder. Men i praktiken är grundläggande logiska grindar byggda med CMOS-teknik, FETS och MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) s . Logiska grindar är används i mikroprocessorer, mikrokontroller , inbäddade systemapplikationer och i elektroniska och elektriska projektkretsar . De grundläggande logiska grindarna kategoriseras i sju: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR och NOT. Dessa logiska grindar med deras logiska grindsymboler och sanningstabeller förklaras nedan.

Grundläggande drift av logiska grindar

Vilka är de 7 grundläggande logiska grindarna?

De grundläggande logikgrindarna klassificeras i sju typer: AND-grind, ELLER-grind, XOR-grind, NAND-grind, NOR-grind, XNOR-grind och INTE-grind. Sanningstabellen används för att visa den logiska grindfunktionen. Alla logiska grindar har två ingångar utom NOT-grinden, som bara har en ingång.

När du ritar en sanningstabell används de binära värdena 0 och 1. Varje möjlig kombination beror på antalet ingångar. Om du inte känner till logikgrindarna och deras sanningstabeller och behöver vägledning om dem, gå igenom följande infografik som ger en översikt över logikgrindar med deras symboler och sanningstabeller.

Varför använder vi Basic Logic Gates?

De grundläggande logiska grindarna används för att utföra grundläggande logiska funktioner. Dessa är de grundläggande byggstenarna i digitala IC: er (integrerade kretsar). De flesta av de logiska grindarna använder två binära ingångar och genererar en enda utgång som 1 eller 0. I vissa elektroniska kretsar används få logiska grindar medan mikroprocessorer i vissa andra kretsar innehåller miljontals logiska grindar.

Implementeringen av logiska grindar kan göras genom dioder, transistorer, reläer, molekyler och optik, annars mekaniska element. På grund av denna anledning används grundläggande logiska grindar som elektroniska kretsar.

Binär och decimal

Innan du talar om sanningstabellerna för logiska grindar är det viktigt att känna till bakgrunden för binära och decimaltal. Vi känner alla till decimaltalen som vi använder i vardagliga beräkningar som 0 till 9. Denna typ av talsystem inkluderar bas-10. På samma sätt kan binära tal som 0 och 1 användas för att beteckna decimaltal varhelst basen för de binära siffrorna är 2.

Betydelsen av att använda binära siffror här är att beteckna omkopplingsläget annars spänningsposition för en digital komponent. Här representerar 1 hög signal eller hög spänning medan '0' anger låg spänning eller låg signal. Därför startades boolesk algebra. Därefter diskuteras varje logisk grind separat, den innehåller grinden, sanningstabellen och dess typiska symbol.

Typer av logiska grindar

De olika typerna av logiska grindar och symboler med sanningstabeller diskuteras nedan.

Grundläggande logiska grindar

OCH Gate

OCH-grinden är en digital logisk grind med ‘n’ i / ps one o / p, som utför logisk sammankoppling baserat på kombinationerna av dess ingångar. Utgången för denna grind är sant endast när alla ingångar är sanna. När en eller flera ingångar till AND-grindens i / ps är falska, är endast utgången från AND-grinden falsk. Symbolen och sanningstabellen för en AND-grind med två ingångar visas nedan.

AND Gate och dess sanningstabell

ELLER Gate

OR-grinden är en digital logisk grind med 'n' i / ps och en o / p, som utför logisk sammankoppling baserat på kombinationerna av dess ingångar. Utgången från ELLER-grinden är endast sann när en eller flera ingångar är sanna. Om alla portens i / ps är falska, är bara utgången från ELLER-porten falsk. Symbolen och sanningstabellen för en ELLER-grind med två ingångar visas nedan.

ELLER Gate och dess sanningstabell

INTE Gate

NOT-grinden är en digital logisk grind med en ingång och en utgång som styr en inverterdrift av ingången. Utgången från NOT-grinden är baksidan av ingången. När ingången till NOT-grinden är sann kommer utmatningen att vara falsk och tvärtom. Symbolen och sanningstabellen för en NOT-grind med en ingång visas nedan. Genom att använda denna grind kan vi implementera NOR- och NAND-grindar

INTE Gate och dess sanningstabell

NAND-porten

NAND-grinden är en digital logisk grind med 'n' i / ps och en o / p, som utför drift av AND-grinden följt av drift av NOT-grinden. NAND-grinden är designad genom att kombinera AND och NOT-grindarna. Om ingången till NAND-grinden är hög, kommer grindens utgång att vara låg. Symbolen och sanningstabellen för NAND-grinden med två ingångar visas nedan.

NAND Gate och dess sanningstabell

NOR-porten

NOR-grinden är en digital logisk grind med n ingångar och en utgång, som utför funktionen för ELLER-grinden följt av NOT-grinden. NOR-grinden är designad genom att kombinera grinden OR och NOT. När någon av i / ps för NOR-grinden är sant, kommer utgången från NOR-grinden att vara falsk. Symbolen och sanningstabellen för NOR-porten med sanningstabellen visas nedan.

NOR Gate och dess sanningstabell

Exklusiv-ELLER Gate

Exclusive-ELLER-grinden är en digital logisk grind med två ingångar och en utgång. Den korta formen av denna grind är Ex-OR. Det utförs baserat på funktionen för ELLER-grinden. . Om någon av ingångarna för denna grind är hög, kommer utgången för EX-ELLER-grinden att vara hög. Symbolen och sanningstabellen för EX-OR visas nedan.

EX-ELLER-grinden och dess sanningstabell

Exklusiv-NOR-port

Exclusive-NOR-grinden är en digital logisk grind med två ingångar och en utgång. Den korta formen av denna grind är Ex-NOR. Det utförs baserat på drift av NOR-grinden. När båda ingångarna för denna grind är höga, kommer utgången för EX-NOR-grinden att vara hög. Men om någon av ingångarna är hög (men inte båda), kommer utmatningen att vara låg. Symbolen och sanningstabellen för EX-NOR visas nedan.

EX-NOR Gate och dess sanningstabell

Tillämpningarna av logiska grindar bestäms huvudsakligen baserat på deras sanningstabell, dvs deras driftsätt. De grundläggande logikgrindarna används i många kretsar som ett tryckknappslås, ljusaktiverat inbrottslarm , säkerhetstermostat, ett automatiskt vattensystem etc.

Sanningstabell till Express Logic Gate Circuit

Portkrets kan uttryckas med en vanlig metod som är känd som en sanningstabell. Denna tabell innehåller alla ingångslogiska tillståndskombinationer antingen hög (1) eller låg (0) för varje ingångsterminal i logikgrinden genom motsvarande utgångslogiknivå som hög eller låg. NOT-logikkortkretsen visas ovan och dess sanningstabell är verkligen extremt lätt

Sanningstabellerna för logiska grindar är mycket komplexa men större än NOT-grinden. Sanningstabellen för varje grind måste innehålla många rader som det finns möjligheter för exklusiva kombinationer för ingångar. Till exempel, för NOT-grinden, finns det två möjligheter för ingångar antingen 0 eller 1, medan det för den tvåingångslogiska grinden finns fyra möjligheter som 00, 01, 10 och 11. Därför innehåller den fyra rader för motsvarande sanningstabell.

För en logisk grind med 3 ingångar finns det 8 möjliga ingångar som 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 & 111. Därför krävs en sanningstabell med 8 rader. Matematiskt är det erforderliga antalet rader i sanningstabellen ekvivalent med 2 ökat till kraften i nr. av i / p-terminaler.

Analys

Spänningssignalerna i de digitala kretsarna representeras med binära värden som 0 och 1 beräknade med hänvisning till jord. Bristen på spänning betyder huvudsakligen ett '0' medan förekomsten av full likströmsförsörjningsspänning betyder ett '1'.

En logisk grind är en speciell typ av förstärkarkrets som huvudsakligen är utformad för både ingångs- och utgångslogiknivåspänningar. Logiska grindkretsar symboliseras oftast med ett schematiskt diagram genom sina egna exklusiva symboler istället för deras väsentliga motstånd och transistorer.

Precis som med Op-Amps (operationsförstärkare), är anslutningarna av strömförsörjning till logiska grindar ofta felplacerade i schematiska diagram för enkelhets skull. Den inkluderar de troliga kombinationerna av logiknivåer för ingångar genom deras speciella utlogiknivåer.

Vad är det enklaste sättet att lära sig logiska grindar?

Det enklaste sättet att lära sig funktionen av grundläggande logiska grindar förklaras nedan.

• För AND Gate - Om båda ingångarna är höga är utgången också hög
• För ELLER-grind - Om minst en ingång är hög är utgången hög
• För XOR Gate - Om den minsta ingången är hög är endast utgången hög
• NAND Gate - Om den minsta ingången är låg är utmatningen hög
• NOR Gate - Om båda ingångarna är låga är utgången hög.

The Morgan's Theorem

Den första satsen för DeMorgan säger att den logiska grinden som NAND är lika med en ELLER-grind med en bubbla. Den logiska funktionen för NAND-grinden är

A'B = A '+ B'

Den andra satsen för DeMorgan säger att NOR-logikgrinden är lika med en AND-grind med en bubbla. Den logiska funktionen för NOR gate är

(A + B) ’= A’. B '

Omvandlingen av NAND-porten

NAND-grinden kan bildas med AND gate & NOT gate. Tabellen för booleskt uttryck och sanning visas nedan.

NAND Logic Gates Formation

Y = (A⋅B) ’

NOR Gate Conversion

NOR-grinden kan bildas med ELLER grind & INTE-grind. Tabellen för booleskt uttryck och sanning visas nedan.

NOR Logic Gates Formation

Y = (A + B) '

Ex-ELLER grindkonvertering

Ex-OR-grinden kan bildas med NOT, AND & OR gate. Tabellen för booleskt uttryck och sanning visas nedan. Denna logiska grind kan definieras som grinden som ger hög effekt när någon ingång av denna är hög. Om båda ingångarna till denna grind är höga blir utgången låg.

Ex-ELLER Logic Gates Formation

Y = A⊕B eller A'B + AB '

Ex-NOR Gate Conversion

Ex-NOR-grinden kan bildas med EX-OR-grinden & INTE-grinden. Tabellen för booleskt uttryck och sanning visas nedan. I denna logiska grind, när utgången är hög '1', kommer båda ingångarna att vara antingen '0' eller '1'.

Ex-NOR Gate Formation

Y = (A'B + AB ')'

Grundläggande logiska grindar med Universal Gates

Universella grindar som NAND gate och NOR gate kan implementeras genom vilket booleskt uttryck som helst utan att använda någon annan typ av logisk gate. Och de kan också användas för att utforma valfri logisk grind. Dessutom används dessa i stor utsträckning i integrerade kretsar eftersom de är enkla och kostnadseffektiva att göra. De grundläggande logiska grindarna design med universella grindar diskuteras nedan.

De grundläggande logiska grindarna kan utformas med hjälp av universella grindar. Det använder ett fel, lite test annars kan du använda boolesk logik för att uppnå dessa genom logikportens ekvationer för en NAND-grind såväl som en NOR-grind. Här används boolesk logik för att lösa den effekt du behöver. Det tar lite tid men det behövs för att utföra detta för att få en boolsk logik och grundläggande logikgrindar.

Grundläggande logiska grindar som använder NAND Gate

Utformningen av grundläggande logiska grindar med NAND gate diskuteras nedan.

INTE Gate Design med NAND

Utformningen av NOT-grinden är mycket enkel genom att helt enkelt ansluta båda ingångarna som en.

OCH Gate Design med NAND

Utformningen av AND-grinden med NAND-grinden kan göras vid NAND-grindens utgång för att vända den och få OCH-logik.

ELLER Gate Design med NAND

Utformningen av OR-grinden med NAND-grind kan göras genom att ansluta två NOT-grindar med NAND-grindar vid NANDs ingångar för att få ELLER-logik.

NOR Gate Design med NAND

Utformningen av NOR-grinden med NAND-grind kan göras genom att helt enkelt ansluta en annan NOT-grind genom NAND-grinden till O / P för en ELLER-grind genom NAND.

EXOR Gate Design med NAND

Den här är lite knepig. Du delar de två ingångarna med tre grindar. Utgången från den första NAND är den andra ingången till de andra två. Slutligen tar en annan NAND utgångarna från dessa två NAND-grindar för att ge den slutliga utgången.

Grundläggande logiska grindar med NOR Gate

Utformningen av grundläggande logiska grindar med NOR gate diskuteras nedan.

INTE Gate med NOR

Utformningen av NOT-grinden med NOR-grinden är enkel genom att ansluta båda ingångarna som en.

ELLER Gate med NOR

Utformningen av OR-porten med NOR-porten är enkel genom att ansluta vid NOR / -portens o / p för att vända den och få ELLER-logik.

AND Gate med NOR

Utformningen av AND-grinden med NOR-grind kan göras genom att ansluta två NOT med NOR-grindar vid NOR-ingångarna för att få OCH-logik.

NAND Gate med NOR

Utformningen av NAND-porten med NOR-grinden kan göras genom att helt enkelt ansluta en annan NOT-grind genom NOR-grinden till AND-grindens utgång med NOR.

EX-NOR Gate med NOR

Denna typ av anslutning är lite svår eftersom de två ingångarna kan delas med tre logiska grindar. Den första NOR-grindutgången är nästa ingång till de återstående två grindarna. Slutligen använder en annan NOR-grind de två NOR-grindutgångarna för att tillhandahålla den sista utgången.

Applikationer

De tillämpningar av grundläggande logiska grindar är så många men de beror mestadels på deras sanningstabeller annars form av operationer. Grundlogiska grindar används ofta i kretsar som ett lås med tryckknapp, vattensystemet automatiskt, inbrottslarm aktiverat genom ljus, säkerhetstermostat och andra typer av elektroniska enheter.

Den största fördelen med grundläggande logiska grindar är att dessa kan användas i en annan kombinationskrets. Dessutom finns det ingen gräns för antalet logiska grindar som kan användas i en enda elektronisk enhet. Men det kan begränsas på grund av det angivna fysiska avståndet i enheten. I digitala IC: er (integrerade kretsar) kommer vi att upptäcka en samling av den logiska grindregionenheten.

Genom att använda blandningar av grundläggande logiska grindar utförs ofta avancerade operationer. I teorin finns det ingen gräns för antalet portar som kan klädas under en enda enhet. I applikationen finns det dock en gräns för antalet portar som kan packas i ett visst fysiskt område. Arrayer av den logiska grindareanheten finns i digitala integrerade kretsar (ICs). Som IC-teknik framåt minskar den önskade fysiska volymen för varje enskild grind och digitala enheter av motsvarande eller mindre storlek blir kapabla att agera med mer komplicerade operationer i ständigt ökande hastigheter.

Infographics of Logic Gates

Det här handlar om en översikt över vad som är en grundläggande logisk grind , typer som AND gate, OR gate, NAND gate, NOR gate, EX-OR gate och EX-NOR gate. I detta är AND, NOT och OR-grindarna de grundläggande logiska grindarna. Genom att använda dessa grindar kan vi skapa vilken logisk grind som helst genom att kombinera dem. Där NAND- och NOR-grindar kallas universella grindar. Dessa grindar har en viss egenskap med vilken de kan skapa ett logiskt booleskt uttryck om de utformas på ett korrekt sätt. Vidare för frågor angående denna artikel, eller elektronikprojekt, vänligen ge din feedback genom att kommentera i kommentarsektionen nedan.