Logična vrata so temeljne komponente vseh digitalnih vezij in sistemov. V digitalni elektroniki obstajajo sedem glavnih tipov logičnih vrat uporablja za izvajanje različnih logičnih operacij. Logična vrata so v bistvu elektronsko vezje, zasnovano z uporabo komponent, kot so diode, tranzistorji, upori, kondenzatorji , itd., in sposobni izvajati logične operacije. V tem članku bomo preučili definicijo, tabelo resnic in druge povezane koncepte logičnih vrat. Začnimo torej z osnovno uvedbo logičnih vrat.
Kazalo
- Kaj so logična vrata?
- Vrste logičnih vrat
- IN Vrata
- ALI Vrata
- NE Vrata
- Vrata NOR
- Vrata NAND
- Vrata XOR
- Vrata XNOR
- Uporaba logičnih vrat
Kaj so logična vrata?
A logična vrata je elektronsko vezje, zasnovano z uporabo elektronskih komponent, kot so diode, tranzistorji, upori itd. Kot že ime pove, so logična vrata zasnovana za izvajanje logičnih operacij v digitalnih sistemih, kot so računalniki, komunikacijski sistemi itd.
Zato lahko rečemo, da so gradniki digitalnega vezja logična vrata, ki izvajajo številne logične operacije, ki jih zahteva katero koli digitalno vezje. Logična vrata lahko sprejmejo dva ali več vhodov, vendar ustvarijo samo en izhod. Izhod logičnih vrat je odvisen od kombinacije vhodov in logične operacije, ki jo logična vrata izvajajo.
Uporaba logičnih vrat Boolov algebra za izvajanje logičnih procesov. Logična vrata najdemo v skoraj vseh digitalnih pripomočkih, ki jih redno uporabljamo. Logična vrata se uporabljajo v arhitekturi naših telefonov, prenosnikov, tablic in pomnilniških naprav.
Vrste logičnih vrat
Logična vrata so digitalna vrata, ki omogočajo manipulacijo podatkov. Logična vrata, uporabljajo logiko za določitev, ali prenesti signal ali ne. Po drugi strani pa logična vrata urejajo pretok informacij na podlagi niza pravil.
Logična vrata lahko razvrstimo v naslednje glavne vrste:
1. Osnovna logična vrata
Obstajajo tri osnovna logična vrata:
- IN Vrata
- ALI Vrata
- NE Vrata
2. Univerzalna logična vrata
V digitalni elektroniki se naslednji dve logični vrati obravnavata kot univerzalna logična vrata:
- Vrata NOR
- Vrata NAND
3. Izpeljana logična vrata
Naslednja dva sta izpeljana logična vrata, ki se uporabljajo v digitalnih sistemih:
- Vrata XOR
- Vrata XNOR
Oglejmo si zdaj podrobno vsako od teh vrst logičnih vrat enega za drugim.
IN Vrata
V digitalni elektroniki so vrata AND ena od osnovnih logičnih vrat, ki izvajajo logično množenje vhodov, ki se uporabljajo zanje. Generira visoko ali logično 1 izhod samo, če so vsi vhodi, ki so nanj uporabljeni, visoki ali logična 1. V nasprotnem primeru je izhod IN vrat nizek ali logična 0.
Lastnosti vrat AND:
Sledita dve glavni lastnosti vrat IN:
- Vrata IN lahko sprejmejo dve ali več kot dve vhodni vrednosti hkrati.
- Ko so vsi vhodi logična 1, je izhod teh vrat logična 1.
Delovanje vrat IN je opisano z matematičnim izrazom, ki se imenuje logični izraz vrat IN.
Za vrata IN z dvema vhodoma je logični izraz podan z
Z = A.B
Kjer sta A in B vhoda v vrata IN, medtem ko Z označuje izhod vrat IN.
Ta izraz lahko razširimo na poljubno število vhodnih spremenljivk, kot je npr.
Z=A.B.C.D…
Tabela resnice IN vrat:
Tabela resnic vrat z dvema vhodoma IN je podana spodaj:
Vnos | Izhod | |
|---|---|---|
A | B | A IN B |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Simbol vrat IN:
Logični simbol vrat IN z dvema vhodoma je prikazan na naslednji sliki.
Simbol vrat z dvema vhodoma IN
ALI Vrata
V digitalni elektroniki obstaja vrsta osnovnih logičnih vrat, ki proizvedejo nizek izhod ali logično 0 le, če so vsi njegovi vhodi nizki ali logična 0. Za vse druge vhodne kombinacije je izhod vrat ALI visok ali logična 1. To logična vrata se imenujejo vrata ALI. Vrata ALI so lahko oblikovana tako, da imajo dva ali več vhodov, a samo en izhod. Primarna funkcija vrat ALI je izvajanje operacije logične vsote.
Lastnosti vrat OR:
Vrata ALI imajo naslednji dve lastnosti:
- Lahko ima dve ali več vhodnih vrstic hkrati.
- Ko so vsi vhodi v vrata ALI nizki ali logična 0, je izhod nizek ali logična 0.
Delovanje vrat ALI je mogoče matematično opisati z matematičnim izrazom, imenovanim Boolov izraz vrat ALI.
Logični izraz za vrata ALI z dvema vhodoma je podan z:
Z = A + B
Logični izraz za vrata ALI s tremi vhodi je,
Z = A + B + C
Tu so A, B in C vhodi, Z pa izhodne spremenljivke. Ta logični izraz lahko razširimo na poljubno število vhodnih spremenljivk.
Resnična tabela vrat ALI:
Tabela resnic vrat ALI opisuje razmerje med vhodi in izhodi. Sledi tabela resnic za vrata ALI z dvema vhodoma:
Vnos | Izhod | |
|---|---|---|
A | B | A ALI B naključni brez generatorja v Javi |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
Simbol vrat OR:
Logični simbol vrat ALI z dvema vhodoma je prikazan na naslednji sliki.
Simbol vrat z dvema vhodoma ALI
NE Vrata
V digitalni elektroniki so vrata NOT druga osnovna logična vrata, ki se uporabljajo za delovanje dopolnitev vhodnega signala uporabili zanj. Potrebuje samo en vhod in en izhod. Izhod vrat NOT je komplement vhoda, ki je uporabljen zanje. Torej, če uporabimo nizek izhod ali logično 0 na vratih NOT, dobimo visok izhod ali logično 1 in obratno. Vrata NOT so znana tudi kot inverter, saj izvajajo operacijo inverzije.
Lastnosti vrat NOT:
- Izhod vrat NOT je komplement ali inverzija vhoda, ki je uporabljen zanj.
- Vrata NOT sprejmejo samo en izhod.
Logično delovanje vrat NOT je opisano z njihovim logičnim izrazom, ki je podan spodaj.
Z= overline{A}
Vrstica nad vhodno spremenljivko A predstavlja operacijo inverzije.
Resnična tabela vrat ALI:
Tabela resnic opisuje razmerje med vhodom in izhodom. Sledi tabela resnic za vrata NOT:
Vnos | Izhod |
|---|---|
A | NE A |
0 | 1 |
1 | 0 |
Simbol NOT Gate
Simbol logičnega vezja vrat NOT je prikazan na naslednji sliki. Tu je A vhodna vrstica, Z pa izhodna vrstica.
Simbol NE vrat
Vrata NOR
Vrata NOR so vrsta univerzalnih logičnih vrat, ki lahko sprejmejo dva ali več vhodov in en izhod. V bistvu je kombinacija dveh osnovnih logičnih vrat, tj. vrat ALI in vrat NE. Tako se lahko izrazi kot,
NOR vrata = ALI vrata + NOT vrata
Z drugimi besedami, vrata NI so vrata ALI, ki jim sledijo vrata NE.
Lastnosti vrat NOR:
Sledita dve pomembni lastnosti vrat NOR:
- Vrata NOR imajo lahko dva ali več vhodov in dajejo izhod.
- Vrata NOR dajejo visoko ali logično 1 izhod le, če so vsi njegovi vhodi nizki ali logična 0.
Podobno kot pri osnovnih logičnih vratih lahko opišemo delovanje vrat NOR z matematično enačbo, imenovano logični izraz vrat NOR.
Logični izraz vrat NOR z dvema vhodoma je podan spodaj:
C=overline{A+B}
Ta izraz lahko razširimo na poljubno število vhodnih spremenljivk.
V zgornjih logičnih izrazih se spremenljivki A in B imenujeta vhodni spremenljivki, medtem ko se spremenljivka C imenuje izhodna spremenljivka.
Tabela resnice vrat NOR:
Sledi tabela resničnosti vrat NOR z dvema vhodoma, ki prikazuje razmerje med njegovimi vhodi in izhodom:
Vnos | Izhod | |
|---|---|---|
A | B | A NI B |
0 | 0 | 1 pretvori niz v datum |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 0 |
Simbol Vrata NOR
Vrata NAND
V digitalni elektroniki so vrata NAND druga vrsta univerzalnih logičnih vrat, ki se uporabljajo za izvajanje logičnih operacij. Vrata NAND izvajajo obratno operacijo vrat IN. Podobno kot vrata NOR imajo lahko tudi vrata NAND dve ali več vhodnih linij, vendar samo eno izhodno linijo.
Vrata NAND so predstavljena tudi kot kombinacija dveh osnovnih logičnih vrat, in sicer vrat IN in vrat NE. Zato se lahko izrazi kot
NAND vrata = IN vrata + NE vrata
Lastnosti vrat NAND:
Sledita dve ključni lastnosti vrat NAND:
- Vrata NAND lahko sprejmejo dva ali več vhodov hkrati in proizvedejo en izhod na podlagi kombinacije uporabljenih vhodov.
- Vrata NAND proizvedejo nizek izhod ali logično 0 le, če so vsi njegovi vhodi visoki ali logična 1.
Izraz vrat NAND lahko opišemo z matematično enačbo, imenovano njen logični izraz. Tukaj je logični izraz vrat NAND z dvema vhodoma.
C=overline{AB}
V tem izrazu sta A in B vhodni spremenljivki, C pa izhodna spremenljivka. To razmerje lahko razširimo na poljubno število vhodnih spremenljivk, kot so tri, štiri ali več.
Tabela resničnosti vrat NAND:
Tabela resnic je tabela vhodov in izhodov, ki opisuje delovanje vrat NAND in prikazuje logično razmerje med njimi:
Vnos | Izhod | |
|---|---|---|
A | B | A NAND B |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Simbol vrat NAND:
Logični simbol vrat NAND je predstavljen kot vrata IN z mehurčkom na izhodnem koncu, kot je prikazano na naslednji sliki. Je simbol vrat NAND z dvema vhodoma.
Simbol vrat NAND
Vrata XOR
V digitalni elektroniki obstajajo posebej zasnovana logična vrata, imenovana vrata XOR, ki se uporabljajo v digitalnih vezjih za izvajanje modul vsote . Imenuje se tudi kot Ekskluzivna OR vrata ali Ex-OR vrata . Vrata XOR lahko sprejmejo samo dva vhoda hkrati in dajo izhod. Izhod vrat XOR je visok ali logična 1 le, če sta njegova dva vhoda različna.
Lastnosti vrat XOR:
Naslednji dve sta glavni lastnosti vrat XOR:
- Sprejme lahko le dva vnosa hkrati. Nič ni kot vrata XOR s tremi ali več vhodi.
- Izhod vrat XOR je logična 1 ali visok, če so njegovi vhodi različni.
Delovanje vrat XOR je mogoče opisati z matematično enačbo, imenovano njen logični izraz. Sledi logični izraz za izhod vrat XOR.
Z=A oplus B
Tukaj je Z izhodna spremenljivka, A in B pa vhodni spremenljivki.
Ta izraz lahko zapišemo tudi na naslednji način:
Z=A overline{B}+overline{A}B
Tabela resnice vrat XOR:
Tabela resnic je tabela vhodov in izhodov, ki opisuje razmerje med njimi in delovanjem vrat XOR za različne vhodne kombinacije. Tabela resnic vrat XOR je podana spodaj:
Vnos | Izhod | |
|---|---|---|
A | B | A XOR B |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Simbol vrat XOR:
Logični simbol vrat XOR je prikazan na naslednji sliki.
Simbol vrat XOR
Vrata XNOR
Vrata XNOR so druga vrsta logičnih vrat za posebne namene, ki se uporabljajo za implementacijo izključno delovanje v digitalnih vezjih . Uporablja se za izvajanje operacije Exclusive NOR v digitalnih vezjih. Imenuje se tudi Ex-NOR ali Exclusive NOR gate. Je kombinacija dveh logičnih vrat, in sicer vrat XOR in vrat NE. Tako se lahko izrazi kot,
Vrata XNOR = vrata XOR + vrata NE
Izhod vrat XNOR je visok ali logična 1, če sta oba vhoda podobna. V nasprotnem primeru je izhod nizek ali logična 0. Zato se vrata XNOR uporabljajo kot vezje detektorja podobnosti.
Lastnosti vrat XNOR:
Sledita dve ključni lastnosti vrat XNOR:
- Vrata XNOR sprejmejo samo dva vhoda in ustvarijo en izhod.
- Izhod vrat XNOR je visok ali logična 1 samo, če ima podobne vhode.
Delovanje vrat XNOR je mogoče opisati z matematično enačbo, imenovano logični izraz vrat XNOR. Tukaj je logični izraz vrat XNOR.
Y=A odot B
Ta izraz lahko zapišemo tudi takole:
Y=AB + overline{A} overline{B}
Tu sta A in B vhoda, Y pa izhod.
Tabela resnice vrat XNOR:
Tabela resnic vrat XNOR je podana spodaj. Ta tabela resnic opisuje razmerje med vhodi in izhodi vrat XNOR.
Vnos | Izhod | |
|---|---|---|
A | B | A XNOR B |
0 | 0 | 1 |
0 niz v c++ | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Simbol vrat XNOR:
Logični simbol vrat XNOR je prikazan na naslednji sliki. Tukaj sta A in B vhoda, Y pa izhod.
Simbol vrat XNOR
Uporaba logičnih vrat
Logična vrata so temeljni gradniki vseh digitalnih vezij in naprav, kot so računalniki. Tukaj je nekaj ključnih digitalnih naprav, v katerih se za načrtovanje vezij uporabljajo logična vrata:
- Računalniki
- Mikroprocesorji
- Mikrokontrolerji
- Digitalne in pametne ure
- Pametni telefoni itd.
Na podlagi logičnih vrat – pogosta vprašanja
Kaj so logična vrata?
Logična vrata so digitalna vezja, ki izvajajo logične operacije na vhodu, ki jim je zagotovljen, in proizvajajo ustrezen izhod.
Kaj so univerzalna vrata?
Za izvedbo določenega logičnega procesa se univerzalna vrata ustvarijo z združitvijo dveh ali več osnovnih vrat. Univerzalna vrata so vrata NAND in NOR.
Kakšen je izhod vrat NOT, ko je uporabljen vhod 0?
Ker so NOT gate pretvornik. Posledično, če je 0 uporabljena kot vhod, bo izhod 1.
Katera logična vrata so znana kot pretvornik?
Invertor je znan tudi kot NOT vrata. Dobljeni izhod je inverzna vhodu.
Kaj je logični izraz za vrata ALI?
Če sta A in B vhod, se lahko izhod vrat ALI poda kot Y=A+B.
Kaj je logični izraz za vrata XNOR?
Če sta A in B vhod, se lahko izhod vrat XNOR poda kot Y=A.B+A’B’.