บน 06/05/2025 42,320

ประเภทประตูตรรกะและหลักการทำงานของพวกเขา

ประตูตรรกะเป็นหัวใจสำคัญของทุกวงจรดิจิตอลพวกเขาช่วยควบคุมวิธีการที่สัญญาณไบนารีทำงานและตอบสนองในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยใช้กฎพื้นฐานของตรรกะไม่ว่าจะเป็นการตรวจสอบว่าเงื่อนไขทั้งหมดเป็นจริงหรือพลิกสัญญาณอินพุตแต่ละเกตมีบทบาทที่เรียบง่าย แต่สำคัญคุณจะค้นพบว่าประตูที่แตกต่างกันทำงานอย่างไรสิ่งที่พวกเขาดูเหมือนในไดอะแกรมวงจรและวิธีที่พวกเขาตอบสนองผ่านตารางความจริงนอกจากนี้คุณยังจะสำรวจวิธีการสร้างและทดสอบโดยใช้เครื่องมือจำลองเช่น Proteusคู่มือนี้ให้เส้นทางที่ชัดเจนทีละขั้นตอนเพื่อทำความเข้าใจพื้นฐานของตรรกะดิจิตอลเหมาะสำหรับทุกคนที่อยากรู้ว่าสัญญาณเปิดปิดง่าย ๆ ทำให้ระบบที่ซับซ้อนทำงานได้อย่างไร

แคตตาล็อก

รูปที่ 1. ประตูตรรกะพื้นฐานในโปรโตอุสด้วยตารางความจริง

เบื้องต้นเกี่ยวกับประตูตรรกะ

ประตูตรรกะคือ หน่วยการสร้างพื้นฐาน ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลพวกเขาใช้เพื่อทำฟังก์ชั่นเชิงตรรกะอย่างง่ายโดยใช้อินพุตไบนารีซึ่งหมายความว่าพวกเขาจัดการกับเฉพาะ 0s และ 1s-คุณสามารถคิดว่าพวกเขาเป็นผู้มีอำนาจตัดสินใจเล็ก ๆ ที่ตรวจสอบสัญญาณอินพุตและสร้างผลลัพธ์ตามกฎตรรกะเฉพาะ

ใช้ ไม่ใช่ประตู, ตัวอย่างเช่น.เป็นหนึ่งในประตูที่ง่ายที่สุดและทำงานเหมือนสวิตช์ที่พลิกอินพุตหากอินพุตคือ 0มันเปลี่ยนเป็น 1 ที่เอาต์พุตหากอินพุตคือ 1เอาต์พุตจะกลายเป็น 0-มันเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตรงข้ามอัตโนมัติ

ประตูตรรกะเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงทฤษฎี - พวกเขาสามารถสร้างได้โดยใช้ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐาน เช่นตัวต้านทานไดโอดและทรานซิสเตอร์ในขณะที่ใช้งานได้สำหรับโครงการขนาดเล็กที่เรียบง่ายหรือการเรียนรู้ แต่ก็ไม่ได้ใช้งานได้จริงสำหรับวงจรขนาดใหญ่หรืออุปกรณ์ในโลกแห่งความเป็นจริงนั่นคือที่ การผลิต เทคโนโลยี เข้ามาเพื่อทำให้สิ่งต่าง ๆ ง่ายขึ้นเร็วขึ้นและเชื่อถือได้มากขึ้น

มีสองเทคโนโลยีหลักที่ใช้ในการทำประตูตรรกะสำหรับวงจรเชิงพาณิชย์:

TTL (ตรรกะของทรานซิสเตอร์-เทรเนสเตอร์) ใช้ทรานซิสเตอร์แยกสองขั้วเช่นประเภท NPN และ PNPนี่เป็นส่วนหนึ่งของไฟล์ 7400 ซีรีส์ซึ่งคุณอาจเจอกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บ่อยครั้ง

CMOS (เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม) ในทางกลับกันประตูใช้ Mosfets หรือ jfets และเป็นที่รู้จักสำหรับพวกเขา ประสิทธิภาพที่รวดเร็ว และ การใช้พลังงานต่ำ-ประตู CMOS มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะมีความน่าเชื่อถือและทำงานได้ดีแม้ด้วยความเร็วสูง

ทั้ง TTL และ CMOs มีจุดแข็งและตัวเลือกขึ้นอยู่กับว่าคุณกำลังทำงานวงจรประเภทใดแต่การทำความเข้าใจว่าการทำงานของพวกเขาจะให้ภาพที่ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าประตูตรรกะเข้ากับภาพที่ใหญ่กว่าของการออกแบบดิจิทัล

สัญลักษณ์ที่ใช้สำหรับประตูตรรกะ

เพื่อทำไดอะแกรมวงจร อ่านและทำความเข้าใจได้ง่ายขึ้นประตูลอจิกทุกแห่งจะได้รับ สัญลักษณ์ที่เป็นเอกลักษณ์-สัญลักษณ์เหล่านี้ช่วยให้คุณรับรู้ได้อย่างรวดเร็วว่าตรรกะประเภทใดที่ประตูทำงานโดยไม่จำเป็นต้องเขียนคำอธิบายใด ๆ

การใช้สัญลักษณ์ไม่เพียง แต่ช่วยประหยัดพื้นที่บนไดอะแกรม แต่ยังช่วยให้วงจรของคุณเรียบร้อยและสอดคล้องกันสิ่งนี้จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อคุณทำงานด้วย การออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นที่เชื่อมต่อประตูหลายประตูเข้าด้วยกันเมื่อคุณคุ้นเคยกับสัญลักษณ์เหล่านี้การอ่านวงจรดิจิตอลจะกลายเป็นเรื่องตรงไปตรงมามากขึ้น

สัญลักษณ์ที่ใช้กันมากที่สุดรวมถึงสิ่งเหล่านี้สำหรับไฟล์ และหรือไม่และและหรือ ประตู.แต่ละคนมีรูปร่างที่แตกต่างกันดังนั้นคุณสามารถบอกพวกเขาได้ทันทีประตูพื้นฐานเหล่านี้มักจะปรากฏในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลทั้งผู้เริ่มต้นและขั้นสูงและมีการใช้สัญลักษณ์ของพวกเขาใน หนังสือเรียน- เครื่องมือซอฟต์แวร์เช่น Proteusและแผนผังแผนผังในโลกแห่งความเป็นจริง

การเรียนรู้และการรับรู้สัญลักษณ์เหล่านี้เป็นหนึ่งในขั้นตอนแรกที่จะรู้สึกสบายใจ การออกแบบวงจรตรรกะดิจิตอล-

รูปที่ 2. สัญลักษณ์ของประตูตรรกะพื้นฐาน

ตารางความจริงของประตูลอจิก

เกตลอจิกทุกตัวจะปฏิบัติตามกฎตรรกะเฉพาะที่เชื่อมต่ออินพุตกับเอาต์พุตอัน ตารางความจริง เป็นวิธีที่ง่ายและชัดเจนในการแสดงว่าประตูทำงานภายใต้ชุดค่าผสมที่เป็นไปได้ทั้งหมดมันเหมือนแผ่นโกงที่บอกคุณว่าเอาต์พุตจะคาดหวังอะไรสำหรับอินพุตแต่ละชุด

ในตารางความจริงทั่วไป อินพุตแสดงอยู่ทางด้านซ้าย และ เอาต์พุตทางด้านขวา-เค้าโครงนี้ช่วยให้คุณติดตามว่าตรรกะไหลผ่านประตูได้อย่างง่ายดาย

ตารางความจริงของก ไม่ใช่ประตู (ซึ่งกลับอินพุตของมัน) แสดงด้านล่าง:

ป้อนข้อมูล	เอาท์พุท
0	1
1	0

อย่างที่คุณเห็นตารางนี้มี 2 แถวหนึ่งสำหรับแต่ละค่าอินพุตที่เป็นไปได้นั่นเป็นเพราะประตูไม่ได้มีเพียง หนึ่งอินพุตดังนั้น2¹ = 2 ชุดค่าผสมที่เป็นไปได้

จำนวนแถวในตารางความจริงขึ้นอยู่กับจำนวนอินพุตที่ประตูมีคุณสามารถคำนวณจำนวนแถวโดยใช้สูตร 2ⁿ, ที่ไหน n คือจำนวนอินพุต-ดังนั้นประตูที่มี 2 อินพุตจะมี2² = 4 แถว

ตารางความจริงมีประโยชน์อย่างยิ่งใน ตรรกะบูลีน และการดำเนินการที่เกี่ยวข้องกับคณิตศาสตร์ซึ่งการแสดงความสัมพันธ์กับอินพุตเอาท์พุททำให้ง่ายต่อการเข้าใจว่าวงจรทำงานได้ง่ายขึ้นเมื่อคุณคุ้นเคยกับพวกเขาคุณจะพบว่าพวกเขาเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับการวางแผนและวิเคราะห์ระบบดิจิตอล

วิธีการออกแบบวงจรลอจิกเกตส์

การออกแบบประตูลอจิกอาจเป็นเรื่องง่ายเมื่อคุณเข้าใจวิธีการต่าง ๆ ที่ใช้คุณสามารถสร้างพวกเขาโดยใช้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานหรือไปสำหรับวิธีการขั้นสูงที่ให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นตัวเลือกขึ้นอยู่กับประเภทของโครงการที่คุณกำลังทำงานและความน่าเชื่อถือหรือรวดเร็วที่คุณต้องการให้วงจรเป็น

วิธีหนึ่งทั่วไปในการสร้างประตูลอจิกคือการใช้ส่วนประกอบพื้นฐานเช่น ตัวต้านทานไดโอดและทรานซิสเตอร์-สิ่งเหล่านี้เหมาะสำหรับการเรียนรู้และโครงการขนาดเล็กบางประเภทที่รู้จักกันดีของวงจรตรรกะง่าย ๆ เหล่านี้ ได้แก่ :

- RTL (ตรรกะตัวต้านทาน-transistor) - ใช้ตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์มันง่ายต่อการสร้าง แต่ไม่เร็วหรือมีประสิทธิภาพ

- DTL (Diode-Transistor Logic) - รวมไดโอดและทรานซิสเตอร์มันปรับปรุงประสิทธิภาพเล็กน้อยผ่าน RTL

- ECL (ลอจิกแบบคู่) - มุ่งเน้นไปที่ความเร็วมากขึ้น แต่ใช้พลังงานมากขึ้น

- DRL (ตรรกะตัวต้านไดโอด) - ใช้เฉพาะไดโอดและตัวต้านทานและส่วนใหญ่สำหรับการสาธิตหรือวัตถุประสงค์ทางการศึกษา

การออกแบบที่เรียบง่ายเหล่านี้ทำงานได้ดีเพื่อทำความเข้าใจว่าประตูตรรกะทำงานอย่างไร แต่พวกเขามักจะมาพร้อมกับข้อเสียเช่น เวลาตอบสนองช้าลง และ ความไวต่อเสียงรบกวนซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อวิธีการทำงานอย่างถูกต้อง

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพคุณสามารถใช้วิธีการที่ละเอียดยิ่งขึ้นเช่น TTL และ CMOSซึ่งเป็นเรื่องธรรมดาในวงจรดิจิตอลทุกวันวิธีการเหล่านี้เร็วขึ้นมีความเสถียรและเหมาะสมกว่าสำหรับแอปพลิเคชันในโลกแห่งความเป็นจริง

- TTL (ตรรกะของทรานซิสเตอร์-เทรเนสเตอร์) ใช้ทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP เพื่อสร้างประตูที่สลับเร็วขึ้นและทำงานได้ดีกว่าการออกแบบพื้นฐานมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบดิจิตอลเป็นเวลาหลายปี

- CMOS (เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม) ใช้ mosfets หรือ fetsเป็นที่นิยมสำหรับมัน การใช้พลังงานต่ำการสลับอย่างรวดเร็ว และ ความต้านทานต่อเสียงดัง-เนื่องจากประโยชน์เหล่านี้ CMOS เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการออกแบบประตูตรรกะในปัจจุบัน

หากคุณกำลังสร้างวงจรที่ซับซ้อนมากขึ้นหรือต้องการสิ่งที่รวดเร็วและเชื่อถือได้การใช้ TTL หรือ CMOS จะให้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นวิธีการเหล่านี้ใช้ในอุปกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดดังนั้นการเรียนรู้จะช่วยให้คุณสร้างวงจรที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้มากขึ้น

ทำประตูตรรกะด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐาน

นี่คือตัวอย่างของไฟล์ และประตู ออกแบบโดยใช้ ลอจิกไดโอดต้าน (DRL) และ ประตู NAND สร้างขึ้นด้วย Diode-Transistor Logic (DTL) วงจรประเภทนี้เป็นวิธีที่ดีในการทำความเข้าใจว่าประตูตรรกะทำงานอย่างไรในระดับพื้นฐาน

รูปที่ 3. การออกแบบวงจรและและประตู NAND ด้วยส่วนประกอบพื้นฐาน

อย่างที่คุณเห็นในรูปด้านบนวงจรเหล่านี้ค่อนข้างง่ายในการสร้างพวกเขาต้องการเพียงส่วนพื้นฐานเช่น ไดโอดตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์-สิ่งนี้ทำให้พวกเขายอดเยี่ยมสำหรับการเรียนรู้หรือสร้างวงจรทดลองขนาดเล็ก

อย่างไรก็ตามแม้ว่าการตั้งค่าเหล่านี้จะสร้างได้ง่าย แต่ก็ไม่ได้ใช้ในวงจรรวมเชิงพาณิชย์เหตุผลก็คือพวกเขามักจะทุกข์ทรมาน การสูญเสียพลังงานสูง เนื่องจากตัวต้านทานแบบดึงขึ้นและ การตอบกลับล่าช้า เป็นที่รู้จัก ความล่าช้าในการขยายพันธุ์-ปัญหาเหล่านี้อาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของประตูในวงจรที่ใหญ่กว่าหรือเร็วขึ้น

ด้วยเหตุนี้ TTL และ CMOS เทคโนโลยีเป็นที่ต้องการสำหรับการออกแบบประตูตรรกะในแอปพลิเคชันที่ใช้งานได้จริงพวกเขาให้ความเร็วที่ดีขึ้นการใช้พลังงานที่ต่ำลงและผลลัพธ์ที่สอดคล้องกันมากขึ้น

รายละเอียดประตูตรรกะ TTL

TTL หรือ ตรรกะทรานซิสเตอร์, ใช้ ทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP เพื่อสร้างประตูตรรกะดิจิตอลประตูเหล่านี้เป็นที่รู้จักสำหรับการสลับอย่างรวดเร็วและใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากประตู TTL ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำงานในระดับแรงดันไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจงเพื่อแสดงสถานะตรรกะ

ใน ประตู TTL ในอุดมคติ, ต่ำ (0) สัญญาณลอจิกสอดคล้องกับ 0 โวลต์และก สูง (1) สัญญาณลอจิกสอดคล้องกับ 5 โวลต์-แต่ในวงจรโลกแห่งความเป็นจริงระดับแรงดันไฟฟ้ามีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้นมีการพิจารณาสัญญาณ ต่ำ ถ้าอยู่ระหว่าง 0 และ 0.8 โวลต์และมัน สูง ถ้าอยู่ระหว่าง 2 และ 5 โวลต์-ช่วงจาก 0.8V ถึง 2V ไม่เสถียรและไม่ได้รับการยอมรับอย่างชัดเจนว่าสูงหรือต่ำพื้นที่ที่ไม่ได้กำหนดนี้มักจะเรียกว่า "ไม่มีที่ดินของมนุษย์"เพราะอาจทำให้เกิดพฤติกรรมที่คาดเดาไม่ได้

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาในช่องว่างแรงดันไฟฟ้านี้วงจรมักใช้ ตัวต้านทานแบบดึงขึ้นหรือดึงลง-สิ่งเหล่านี้ช่วยให้สัญญาณมีเสถียรภาพและทำให้มันชัดเจนในช่วงสูงหรือต่ำ

TTL Logic Gate ICS มีหลายรุ่นเช่น 74LXX, 74LSXX, 74ALSXX, 74HCXX, 74HCTXX และ 74ACTXX-แต่ละประเภทมีประสิทธิภาพที่แตกต่างกันเล็กน้อยตามโครงสร้างและวัสดุภายในเช่นความเร็วการใช้พลังงานหรือแรงดันไฟฟ้าสลับ

TTL ยังคงเป็นวิธีที่เชื่อถือได้และเป็นที่นิยมสำหรับการสร้างประตูตรรกะโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเร็วมีความสำคัญและความต้องการพลังงานอยู่ในระดับปานกลาง

รายละเอียดประตูตรรกะของ CMOS

CMOS ซึ่งย่อมาจาก เซมิคอนดักเตอร์ออกไซด์ของโลหะออกไซด์เป็นอีกวิธีที่ได้รับความนิยมที่ใช้ในการสร้างประตูตรรกะแทนที่จะใช้ทรานซิสเตอร์มาตรฐานวงจร CMOS ใช้ FETs (Transistors เอฟเฟกต์ฟิลด์) และ Mosfets-ส่วนประกอบเหล่านี้ทำให้ประตู CMOS มีประสิทธิภาพมากขึ้นในแง่ของการใช้พลังงานและดีกว่าในการจัดการเสียงอิเล็กทรอนิกส์

ในประตูตรรกะ CMOS ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในการกำหนดสถานะลอจิกนั้นแตกต่างจาก TTL เล็กน้อยมีการพิจารณาสัญญาณ ต่ำ (0) เมื่อมันอยู่ระหว่าง 0 และ 1.5 โวลต์และได้รับการพิจารณา สูง (1) ถ้าอยู่ระหว่าง 3 และ 18 โวลต์-ช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้างขึ้นเหล่านี้ช่วยให้ประตู CMOS ทำงานได้ดีในแหล่งจ่ายไฟและแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย

ตรรกะ ประตู	ต่ำ (0)	สูง (1)
TTL	0-0.8V	2-5V
CMOS	0-1.5V	3-18V

หนึ่งในเหตุผลหลักที่ CMOs ใช้กันอย่างแพร่หลายในวันนี้เป็นเพราะมัน การใช้พลังงานต่ำ-ซึ่งแตกต่างจาก TTL ประตู CMOS จะวาดกระแสที่สำคัญเมื่อเปลี่ยนสถานะสิ่งนี้ทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับอุปกรณ์และระบบที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ซึ่งประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นสิ่งสำคัญ

กับพวกเขา การตอบสนองอย่างรวดเร็วความต้านทานเสียงและการใช้พลังงานต่ำประตู CMOS พบได้ในวงจรดิจิตอลที่ทันสมัยส่วนใหญ่ - จากไมโครคอนโทรลเลอร์และชิปหน่วยความจำไปจนถึงสมาร์ทโฟนและคอมพิวเตอร์

ประตูตรรกะประเภทต่าง ๆ

ประตูตรรกะมีหลายรูปแบบขึ้นอยู่กับจำนวนอินพุตที่พวกเขามีและประเภทของตรรกะที่พวกเขาติดตามในขณะที่มีประเภทพิเศษมากมายวงจรดิจิตอลส่วนใหญ่ใช้เพียงไม่กี่ประตูทั่วไปเมื่อคุณเข้าใจสิ่งพื้นฐานและขั้นสูงเหล่านี้มันจะง่ายขึ้นในการทำงานกับการออกแบบตรรกะที่ซับซ้อนมากขึ้น

ประตูตรรกะพื้นฐาน - รากฐานของวงจรดิจิตอล

มีประตูตรรกะหลักสามประตูที่เป็นฐานของการดำเนินการดิจิตอลทั้งหมด:

- และประตู - เอาต์พุตสูงเฉพาะเมื่ออินพุตทั้งหมดสูง

- หรือประตู - เอาต์พุตสูงเมื่ออินพุตอย่างน้อยหนึ่งอินพุตสูง

- ไม่ใช่ประตู - เรียกอีกอย่างว่าอินเวอร์เตอร์มันกลับค่าอินพุตหากอินพุตคือ 1 เอาต์พุตคือ 0 และในทางกลับกัน

ประตูเหล่านี้มักจะเป็นจุดเริ่มต้นเมื่อออกแบบวงจรลอจิกเพราะง่ายต่อการเข้าใจและใช้กันอย่างแพร่หลาย

รูปที่ 4. สัญลักษณ์และตารางความจริงของประตูตรรกะทั่วไป

ประตูตรรกะขั้นสูงที่ใช้กันทั่วไป

นอกจากประตูพื้นฐานแล้วยังมีอีกหลายตัว ประตูขั้นสูง ทำโดยการรวมหรือขยายตรรกะพื้นฐานเหล่านี้รวมถึง:

- ประตู NAND - ทำงานเหมือนประตูและตามด้วยประตูไม่ได้มันให้เอาต์พุตต่ำเฉพาะในกรณีที่อินพุตทั้งหมดสูง

- ไม่มีประตู - รวมหรือไม่มันให้เอาต์พุตสูงเฉพาะเมื่ออินพุตทั้งหมดต่ำ

- xor gate (พิเศษหรือ) - เอาต์พุตสูงเฉพาะเมื่ออินพุตแตกต่างกัน

- Xnor Gate (Exclusive NOR) - เอาต์พุตสูงเมื่ออินพุตเหมือนกัน

ประตูเหล่านี้พบได้ในระบบที่ใช้ตรรกะที่หลากหลายตั้งแต่ตัวควบคุมอย่างง่ายไปจนถึงโปรเซสเซอร์ที่ซับซ้อน

รูปที่ 5. สัญลักษณ์ของประตูลอจิก

พบน้อยกว่า แต่ยังมีประโยชน์ประตูลอจิก

นอกจากนี้ยังมีประตูที่ใช้กันทั่วไปน้อยกว่าที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์พิเศษในการออกแบบตรรกะ:

- Min Gate (ตรรกะขั้นต่ำ) - เอาต์พุตค่าอินพุตที่เล็กที่สุด

- ประตูสูงสุด (ตรรกะสูงสุด) - ส่งออกค่าอินพุตที่ใหญ่ที่สุด

- INH GATE (ยับยั้งลอจิก) - บล็อกเอาต์พุตตามสัญญาณควบคุม

- Maj Gate (ตรรกะส่วนใหญ่) - ส่งออกค่าที่ส่วนใหญ่ของอินพุตเห็นด้วย

- ประตู IMP (ความหมายเชิงตรรกะ) - ผลิตผลลัพธ์ตามตรรกะตามเงื่อนไข

แม้ว่าคุณจะไม่เห็นสิ่งเหล่านี้ในการออกแบบทุกครั้ง แต่ก็มีประโยชน์ในบางแอปพลิเคชันที่ต้องการพฤติกรรมตรรกะที่เฉพาะเจาะจง

และประตูทำงาน

ที่ และประตู เป็นหนึ่งในประตูตรรกะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่หลายเงื่อนไขต้องเป็นจริงในเวลาเดียวกันมันดำเนินการเชิงตรรกะที่เรียกว่า การรวมกันซึ่งหมายความว่าตรวจสอบ ไม่ว่าอินพุตทั้งหมดจะสูง (1) หากเป็นเช่นนั้นเอาต์พุตจะสูงอย่างไรก็ตามถ้าแม้กระทั่ง อินพุตหนึ่งอินพุตต่ำ (0) เอาต์พุตต่ำ

ประตูนี้มักจะใช้ในระบบควบคุมที่ต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดมากกว่าหนึ่งข้อเพื่อให้เกิดอะไรขึ้นตัวอย่างเช่นในวงจรที่ทั้งเซ็นเซอร์และสวิตช์จะต้องเปิดใช้งานมอเตอร์และประตูเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบ

การดำเนินการของ GATE สามารถแสดงเป็น a · b = yโดยที่ A และ B คืออินพุตและ y คือเอาต์พุตสิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าและประตูสามารถมีได้ มากกว่าสองอินพุตและทั้งหมดจะต้องสูงเพื่อให้ผลลัพธ์สูงมิฉะนั้นประตูจะผลิตเอาต์พุตต่ำ

รูปที่ 6. และสัญลักษณ์ประตู

อัน	ข	A.B
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

รูปด้านบนแสดงสัญลักษณ์ของประตูและตารางความจริงด้านล่างมันทำให้ตรรกะชัดเจนยิ่งขึ้นคุณจะเห็นว่ามีเพียงการรวมอินพุตสุดท้าย (1, 1) ให้เอาต์พุตสูงชุดค่าผสมอื่น ๆ ทั้งหมดนำไปสู่เอาต์พุตต่ำซึ่งตรงกับพฤติกรรมที่อธิบายไว้

และการจำลองประตูในโพรอุส

จำลองและประตูใน โพรติส เป็นวิธีที่ดีในการดูว่ามันทำงานอย่างไรในวงจรจริงProteus มีส่วนประกอบในตัวและเกตในห้องสมุดดังนั้นคุณสามารถลากลงในพื้นที่ทำงานของคุณและตั้งค่าการทดสอบได้อย่างง่ายดาย

รูปที่ 7. การจำลองและประตูในโปรตีอุส

ในการจำลองการจำลองคุณจะต้อง:

- และประตู

- การสลับตรรกะ (เพื่อเปลี่ยนค่าอินพุตระหว่าง 0 และ 1)

- นำ (เพื่อให้เห็นภาพสถานะเอาต์พุต)

- เทอร์มินัลภาคพื้นดิน

เริ่มต้นด้วยการวางและประตูบนพื้นที่ออกแบบเชื่อมต่อ การสลับตรรกะ ไปยังอินพุตและ นำ ที่พินเอาท์พุทแนบพื้นดินที่จำเป็นเพื่อให้วงจรเสร็จสมบูรณ์เมื่อคุณเรียกใช้การจำลองลองเปลี่ยนอินพุตคุณจะสังเกตเห็นว่าไฟล์ LED จะสว่างขึ้นเมื่อทั้งสองอินพุตสูง- เพียงแค่คาดหวังจากตารางความจริง

การจำลองแบบง่าย ๆ นี้ช่วยให้คุณเข้าใจวิธีการทำงานของและประตูในวงจรดิจิตอลจริงนอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าเงื่อนไขอินพุตที่แตกต่างกันส่งผลโดยตรงต่อเอาต์พุตโดยตรงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเรียนรู้วิธีการใช้ประตูตรรกะในการตัดสินใจภายในระบบอิเล็กทรอนิกส์

หรือประตูทำงาน

ที่ หรือประตู เป็นอีกองค์ประกอบสำคัญในระบบลอจิกดิจิตอลมันทำงานบนตรรกะที่เรียกว่า disjunction ซึ่งหมายความว่ามันตรวจสอบว่า อย่างน้อยหนึ่งอินพุตสูง (1)-ถ้าเป็นเช่นนั้นเอาต์พุตจะสูงเช่นกันกรณีเดียวที่เอาต์พุตต่ำ (0) คือเมื่อ อินพุตทั้งหมดต่ำ-

ประตูประเภทนี้มีประโยชน์ในสถานการณ์ที่ หนึ่งในหลายเงื่อนไข การเป็นจริงก็เพียงพอที่จะกระตุ้นการกระทำตัวอย่างเช่นหากคุณต้องการให้ไฟเปิดเมื่อกดสวิตช์ทั้งสองตัวหรือเกตเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม

ฟังก์ชั่นของหรือประตูมักจะแสดงเป็น a + b = y โดยที่ A และ B คืออินพุตและ y คือเอาต์พุตโปรดทราบว่าเครื่องหมายบวก (+) ที่นี่ไม่ได้หมายถึงการเพิ่มเลขคณิต - มันหมายถึงตรรกะหรือการทำงาน

รูปที่ 8. หรือสัญลักษณ์ประตู

อัน	ข	A+B
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

ดังที่แสดงในตารางความจริงด้านบนเอาต์พุตต่ำ เฉพาะเมื่ออินพุตทั้งสองเป็น 0-ในทุกกรณีแม้ว่าจะมีอินพุตเพียงครั้งเดียวสูง แต่เอาต์พุตก็สูงสิ่งนี้ทำให้แตกต่างจากประตูและเกตซึ่งต้องการอินพุตทั้งหมดให้สูงเพื่อให้ได้เอาต์พุตสูง

หรือการจำลองประตูในโพรอุส

เพื่อให้เข้าใจดีขึ้นว่าหรือประตูทำงานได้ดีขึ้นคุณสามารถจำลองได้โดยใช้ โพรติสเช่นเดียวกับที่คุณทำกับประตูและประตูProteus มีส่วนประกอบในตัวหรือประตูที่คุณสามารถใช้ในการตั้งค่าวงจรของคุณได้อย่างง่ายดาย

รูปที่ 9. การจำลองหรือประตูในโพรอุส

สำหรับการจำลองนี้คุณจะต้องมีส่วนประกอบต่อไปนี้:

- หรือประตู

- การสลับตรรกะ (เพื่อใช้สัญญาณอินพุต)

- นำ (เพื่อให้เห็นภาพผลลัพธ์)

- เทอร์มินัลภาคพื้นดิน

เมื่อส่วนประกอบเชื่อมต่อแล้วสลับอินพุตเพื่อทดสอบชุดค่าผสมที่แตกต่างกันคุณจะสังเกตเห็นว่าไฟล์ LED เปิด หากอินพุตหนึ่งหรือทั้งสองตัวถูกตั้งค่าให้สูงที่ LED เข้าพัก ปิดเฉพาะเมื่ออินพุตทั้งสองอยู่ในระดับต่ำซึ่งตรงกับสิ่งที่ตารางความจริงแสดง

การจำลองนี้เป็นวิธีที่ใช้งานได้จริงในการสังเกตวิธีการหรือประตูจัดการกับเงื่อนไขตรรกะทำให้ง่ายต่อการเข้าใจว่าพวกเขาใช้ในวงจรจริงเพื่อทำการตัดสินใจเมื่อใด เงื่อนไขใด ๆ เพียงพอที่จะเปิดใช้งานผลลัพธ์

ไม่ได้ทำงานประตู

ที่ ไม่ใช่ประตูเรียกอีกอย่างว่าไฟล์ อินเวอร์เตอร์เป็นประตูตรรกะพื้นฐานที่สุดที่คุณจะเจอในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิตอลมันมีเพียง หนึ่งอินพุตและเอาต์พุตหนึ่งรายการและงานหลักของมันคือ ย้อนกลับอินพุต ค่า-ถ้าคุณให้มัน 0เอาต์พุตจะกลายเป็น 1-หากอินพุตคือ 1เอาต์พุตพลิกไปที่ 0-นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงเรียกว่าอินเวอร์เตอร์ - มันเพียงแค่กลับสัญญาณที่ได้รับ

ประตูนี้มักจะถูกนำมาใช้โดยใช้ A ′, ที่ไหน อัน คืออินพุตและอะพอสโทรฟี (′) หมายถึง "ไม่" หรือ "ตรงกันข้าม"เป็นเรื่องปกติเมื่อคุณต้องการวงจรเพื่อตอบสนองเมื่อสัญญาณเป็น ไม่ปรากฏหรือเพื่อปิดการใช้งานบางสิ่งเมื่อเงื่อนไขเปิดใช้งานตัวอย่างเช่นหากคุณต้องการให้ระบบยังคงปิดอยู่ในขณะที่เซ็นเซอร์เปิดอยู่คุณสามารถใช้เกตที่ไม่ได้ย้อนกลับสัญญาณ

รูปที่ 10. ไม่ใช่สัญลักษณ์ประตู

อัน	ข
0	1
1	0

ที่ ตารางความจริง สำหรับประตูไม่ง่ายมากและจดจำได้ง่ายเนื่องจากมีอินพุตเพียงครั้งเดียวจึงมีเพียง ความเป็นไปได้สองประการ-เมื่ออินพุตคือ 0เอาท์พุทคือ 1-เมื่ออินพุตคือ 1เอาท์พุทคือ 0-พฤติกรรมที่สะอาดและคาดการณ์ได้นี้ทำให้ประตูไม่ได้มีประโยชน์มากในการออกแบบตรรกะ

ไม่ใช่การจำลองประตูในโพรอุส

คุณสามารถดูได้อย่างง่ายดายว่าประตูไม่ทำงานอย่างไรโดยการตั้งค่าอย่างรวดเร็ว การจำลองในโพรอุส-Proteus เสนอประตูที่ไม่ได้สร้างไว้ในไลบรารีส่วนประกอบทำให้การตั้งค่าทั้งที่รวดเร็วและเป็นมิตรกับผู้เริ่มต้น

รูปที่ 11. การจำลองเกตที่ไม่ได้เป็นในโพรอุส

ในการสร้างการจำลองคุณจะต้องมีส่วนประกอบต่อไปนี้:

- ไม่ใช่ประตู

- สลับตรรกะ (เพื่อเปลี่ยนอินพุตด้วยตนเอง)

- นำ (เพื่อแสดงผลลัพธ์ด้วยสายตา)

- เทอร์มินัลภาคพื้นดิน

เริ่มต้นด้วยการวางประตูไม่ได้อยู่ในพื้นที่ทำงานของ Proteusเชื่อมต่อ สลับตรรกะ ไปยังอินพุตและ LED ไปยังเอาต์พุตในที่สุดเพิ่มการเชื่อมต่อภาคพื้นดินเพื่อทำให้วงจรเสร็จสมบูรณ์เมื่อคุณเรียกใช้การจำลองและเปลี่ยนการสลับตรรกะระหว่าง 0 ถึง 1 คุณจะเห็นว่า ไฟ LED จะเพิ่มขึ้นเมื่ออินพุตเป็น 0, และ ปิดเมื่ออินพุตเป็น 1-

การตั้งค่าอย่างง่ายนี้แสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมของอินเวอร์เตอร์อย่างชัดเจนหลังจากเรียนรู้วิธีการ และ และ หรือ ประตูทำงานทำความเข้าใจว่าประตูไม่ได้ทำให้ทั้งสามคน ประตูตรรกะพื้นฐาน-ประตูเหล่านี้สร้าง พื้นฐาน สำหรับวงจรตรรกะดิจิตอลอื่น ๆ ทั้งหมดและการควบคุมพวกเขาจะช่วยให้คุณมีจุดเริ่มต้นที่แข็งแกร่งในการสำรวจการออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น

บทสรุป

การทำความเข้าใจกับ Logic Gates เป็นขั้นตอนแรกในการเรียนรู้ว่าวงจรดิจิตอลทำงานอย่างไรจากประตูที่เรียบง่ายเช่นและหรือและไม่ใช่ตัวเลือกขั้นสูงเช่น NAND และ XOR แต่ละตัวมีบทบาทพิเศษในการประมวลผลสัญญาณไบนารีประตูเหล่านี้เข้าใจได้ง่ายเมื่อคุณรู้สัญลักษณ์ตารางความจริงและวิธีทดสอบผ่านการจำลองการใช้เครื่องมือเช่น Proteus ทำให้กระบวนการเรียนรู้ชัดเจนขึ้นและมีจริงมากขึ้นเมื่อคุณสร้างความมั่นใจด้วยพื้นฐานเหล่านี้คุณจะพบว่าง่ายต่อการย้ายไปยังระบบดิจิตอลที่ซับซ้อนมากขึ้นไม่ว่าคุณจะทดลองหรือศึกษาการสร้างบล็อกเหล่านี้จะปรากฏขึ้นอีกครั้งและอีกครั้ง