Come funzionano le porte logiche

Come funzionano le porte logiche

In questo post capiremo in modo esauriente cosa sono le porte logiche e il loro funzionamento. Daremo uno sguardo alla definizione di base, al simbolo, alla tabella di verità, alle porte di ingresso multiple, costruiremo anche equivalenti di gate basati su transistor e infine faremo una panoramica su vari circuiti integrati CMOS rilevanti.

Cosa sono le porte logiche

Una porta logica in un circuito elettronico può essere espressa come un'unità fisica rappresentata tramite una funzione booleana.



In altre parole, una porta logica è progettata per eseguire una funzione logica utilizzando uno o più ingressi binari e per generare una singola uscita binaria.



Le porte logiche elettroniche sono fondamentalmente configurate e implementate utilizzando blocchi o elementi semiconduttori come diodi o transistor che funzionano come interruttori ON / OFF con uno schema di commutazione ben definito. Le porte logiche facilitano il collegamento a cascata delle porte in modo tale da consentire facilmente la composizione di funzioni booleane, rendendo possibile la creazione di modelli fisici di tutta la logica booleana. Ciò consente inoltre la scrittura di algoritmi e matematica utilizzando la logica booleana.

I circuiti logici possono impiegare elementi semiconduttori nella gamma di multiplexer, registri, unità logiche aritmetiche (ALU) e memoria di computer e persino microprocessori, che coinvolgono fino a 100 milioni di porte logiche. Nell'implementazione odierna, troverai principalmente transistor ad effetto di campo (FET), utilizzati per la produzione di porte logiche, un buon esempio sono i transistor a effetto di campo o MOSFET di ossido di metallo-semiconduttore.



Iniziamo il tutorial con la logica AND.

Che cos'è il gate logico 'AND'?

È un cancello elettronico, la cui uscita diventa 'alto' o '1' o 'vero' o dà un 'segnale positivo' quando tutti gli ingressi delle porte AND sono 'alto' o '1' o 'vero' o ' segnale positivo ”.
Ad esempio: Dire in una porta AND con un numero 'n' di ingressi, se tutti gli ingressi sono 'alti' l'uscita diventa 'alta'. Anche se un ingresso è 'BASSO' o '0' o 'falso' o 'segnale negativo', l'uscita diventa 'BASSO' o '0' o 'falso' o emette un 'segnale negativo'.

Nota:
I termini 'Alto', '1', 'segnale positivo', 'vero' sono essenzialmente gli stessi (il segnale positivo è il segnale positivo della batteria o dell'alimentatore).
I termini 'BASSO', '0', 'segnale negativo', 'falso' sono essenzialmente gli stessi (il segnale negativo è il segnale negativo della batteria o dell'alimentatore).



Illustrazione del simbolo della porta logica AND:

AND Gate

Qui 'A' e 'B' sono i due ingressi e 'Y' viene emesso.
L'espressione booleana per la porta logica AND: l'uscita 'Y' è la moltiplicazione dei due ingressi 'A' e 'B'. (A.B) = Y.
La moltiplicazione booleana è indicata da un punto (.)
Se 'A' è '1' e 'B' è '1', l'uscita è (A.B) = 1 x 1 = '1' o 'alto'
Se 'A' è '0' e 'B' è '1', l'uscita è (A.B) = 0 x 1 = '0' o 'Basso'
Se 'A' è '1' e 'B' è '0', l'uscita è (A.B) = 1 x 0 = '0' o 'Basso'
Se 'A' è '0' e 'B' è '0', l'uscita è (A.B) = 0 x 0 = '0' o 'Basso'

Le condizioni di cui sopra sono semplificate nella tabella di verità.

Tabella della verità (due input):

A (ingresso) B (INGRESSO) Y (uscita)
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Gate 'AND' a 3 ingressi:

Porta AND a 3 ingressi

Illustrazione della porta AND a 3 ingressi:

Le porte AND logiche possono avere un numero 'n' di ingressi, il che significa che possono avere più di due ingressi (le porte AND logiche avranno almeno due ingressi e sempre un'uscita).

Per una porta AND a 3 ingressi l'equazione booleana gira in questo modo: (A.B.C) = Y, analogamente per 4 ingressi e oltre.

Tabella di verità per porta logica AND a 3 ingressi:

A (INGRESSO) B (INGRESSO) C (INGRESSO) Y (USCITA)
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1

Porte AND logiche multi ingresso:

Le porte logiche AND disponibili in commercio sono disponibili solo con 2, 3 e 4 ingressi. Se abbiamo più di 4 input, dobbiamo mettere in cascata le porte.

Possiamo avere sei porte AND logiche di ingresso collegando in cascata le 2 porte AND di ingresso come segue:

6 porte logiche di ingresso


Ora l'equazione booleana per il circuito sopra diventa Y = (A.B). (C.D). (E.F)

Tuttavia, tutte le regole logiche menzionate si applicano al circuito sopra.

Se utilizzerai solo 5 ingressi dai 6 ingressi AND sopra, possiamo collegare un resistore di pull-up a qualsiasi pin e ora diventa un gate AND a 5 ingressi.

Porta logica AND a due ingressi basata su transistor:

Ora sappiamo come funziona una porta logica AND, costruiamo una porta AND a 2 ingressi utilizzando due transistor NPN. I circuiti integrati logici sono costruiti quasi allo stesso modo allo stesso modo.

Schema di due transistor AND gate:

Due transistor AND gate

All'uscita “Y” è possibile collegare un LED se l'uscita è alta il LED si illuminerà (LED + Ve terminale a “Y” con resistenza da 330 ohm e negativo a GND).

Quando applichiamo un segnale alto alla base dei due transistor, entrambi i transistor si accendono, il segnale + 5V sarà disponibile all'emettitore del T2, quindi l'uscita diventa alta.

Se uno qualsiasi dei transistor è spento, non sarà disponibile alcuna tensione positiva all'emettitore di T2, ma a causa del resistore di pull down da 1K la tensione negativa sarà disponibile all'uscita, quindi l'uscita è indicata come bassa.

Ora sai come costruire la tua logica AND gate.

Quad AND gate IC 7408:

Quad AND Gate IC

Se vuoi acquistare la logica AND dal mercato, entrerai nella configurazione di cui sopra.
Ha 14 pin, il pin # 7 e il pin # 14 sono rispettivamente GND e Vcc. Funziona a 5V.

Ritardo di propagazione:

Il ritardo di propagazione è il tempo impiegato dall'uscita per passare da BASSO ad ALTO e viceversa.
Il ritardo di propagazione da BASSO ad ALTO è di 27 nanosecondi.
Il ritardo di propagazione da HIGH a LOW è di 19 nanosecondi.
Altri circuiti integrati 'AND' comunemente disponibili:

• 74LS08 Quad a 2 ingressi
• 74LS11 Triplo 3 ingressi
• 74LS21 Doppio 4 ingressi
• CD4081 Quad a 2 ingressi
• CD4073 Triplo 3 ingressi
• CD4082 Doppio 4 ingressi

È sempre possibile fare riferimento alla scheda tecnica per i circuiti integrati di cui sopra per ulteriori informazioni.

Come Logic 'Esclusiva NOR' Funzione Gate

In questo articolo esploreremo il gate logico 'Ex-NOR' o il gate Exclusive-NOR. Daremo uno sguardo alla definizione di base, al simbolo, alla tabella della verità, al circuito equivalente Ex-NOR, alla realizzazione Ex-NOR usando porte logiche NAND e infine, faremo una panoramica sul quad 2 input Ex-OR gate IC 74266.

Cos'è il gate 'Exclusive NOR'?

È un cancello elettronico, la cui uscita diventa 'alto' o '1' o 'vero' o fornisce un 'segnale positivo' quando gli ingressi sono pari numero di '1' logici (o 'vero' o 'alto' o ' segnale positivo ”).

Ad esempio: Dire una porta NOR esclusiva con numero 'n' di ingressi, se gli ingressi sono logici 'ALTO' con 2 o 4 o 6 ingressi (numero pari di ingressi '1s') l'uscita diventa 'ALTO'.

Anche se non applichiamo alcuna logica “alta” ai pin di ingresso (cioè zero numero di logica “ALTA” e tutta la logica “BASSA”), ancora “zero” è un numero pari l'uscita diventa “ALTA”.
Se il numero di '1' logici applicati è DISPARI, l'uscita diventa 'BASSA' (o '0' o 'falso' o 'segnale negativo').

Questo è l'opposto della porta logica 'OR esclusivo' dove la sua uscita diventa 'ALTA' quando gli ingressi sono un numero DISPARI di '1' logici.
Nota:

I termini 'Alto', '1', 'segnale positivo', 'vero' sono essenzialmente gli stessi (il segnale positivo è il segnale positivo della batteria o dell'alimentatore).

I termini 'BASSO', '0', 'segnale negativo', 'falso' sono essenzialmente gli stessi (il segnale negativo è il segnale negativo della batteria o dell'alimentatore).

Illustrazione del gate logico 'Exclusive NOR':

Esclusivo NOR Gate

Circuito equivalente gate 'NOR esclusivo':

Circuito equivalente EXNOR

Quanto sopra è il circuito equivalente per la logica Ex-NOR, che è fondamentalmente una combinazione di porta logica 'OR esclusivo' e porta logica 'NOT'.
Qui 'A' e 'B' sono i due ingressi e 'Y' viene emesso.
L'espressione booleana per la porta logica Ex-NOR: Y = (AB) ̅ + AB.
Se 'A' è '1' e 'B' è '1', l'uscita è ((AB) ̅ + AB) = 0 + 1 = '1' o 'ALTO'
Se 'A' è '0' e 'B' è '1', l'uscita è ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = '0' o 'LOW'
Se 'A' è '1' e 'B' è '0', l'uscita è ((AB) ̅ + AB) = 0 + 0 = '0' o 'LOW'
Se 'A' è '0' e 'B' è '0', l'uscita è ((AB) ̅ + AB) = 1 + 1 = '1' o 'ALTO'
Le condizioni di cui sopra sono semplificate nella tabella di verità.

Tabella della verità (due input):

A (ingresso) B (INGRESSO) Y (uscita)
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Gate NOR esclusivo a 3 ingressi:

Illustrazione della porta Ex-NOR a 3 ingressi:

Cancello Ex-NOR a 3 ingressi

Tabella verità per porta EX-OR logica a 3 ingressi:

A (INGRESSO) B (INGRESSO) C (INGRESSO) Y (USCITA)
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0

Per la porta Ex-NOR a 3 ingressi l'equazione booleana diventa: A ̅ (BC) ̅ + ABC ̅ + AB ̅C + A ̅BC.
La porta logica “Ex-NOR” non è una porta logica fondamentale ma, combinazione di diverse porte logiche. La porta Ex-NOR può essere realizzata utilizzando porte logiche 'OR', porte logiche 'AND' e porte logiche 'NAND' come segue:

Circuito equivalente per cancello 'Exclusive NOR':

Il design di cui sopra ha uno svantaggio importante, abbiamo bisogno di 3 diverse porte logiche per creare una porta Ex-NOR. Ma possiamo superare questo problema implementando il gate Ex-NOR con solo porte logiche 'NAND', anche questo è economico da fabbricare.

Gate NOR esclusivo che utilizza il gate NAND:

EXNOR utilizzando NAND Gate

Le porte NOR esclusive vengono utilizzate per eseguire complicate attività di calcolo come operazioni aritmetiche, sommatori binari, sottrazione binaria, controlli di parità e sono usati come comparatori digitali.

Logic Exclusive-NOR Gate IC 74266:

IC 74266 Pinout

Se si desidera acquistare un gate logico Ex-NOR dal mercato, si otterrà la configurazione DIP sopra.
Ha 14 pin, il pin # 7 e il pin # 14 sono rispettivamente GND e Vcc. Funziona a 5V.

Ritardo di propagazione:

Il ritardo di propagazione è il tempo impiegato dall'uscita per passare da BASSA ad ALTA e viceversa dopo aver fornito l'input.

Il ritardo di propagazione da BASSO ad ALTO è di 23 nanosecondi.

Il ritardo di propagazione da HIGH a LOW è di 23 nanosecondi.

Circuiti integrati per gate 'EX-NOR' comunemente disponibili:
74LS266 Quad a 2 ingressi
CD4077 Quad a 2 ingressi

Come funziona il NAND Gate

Nella spiegazione di seguito esploreremo il gate NAND della logica digitale. Daremo uno sguardo alla definizione di base, al simbolo, alla tabella della verità, alla porta NAND multi ingresso, costruiremo una porta NAND a 2 ingressi basata su transistor, varie porte logiche usando solo la porta NAND e infine faremo una panoramica sulla porta NAND IC 7400.

Che cos'è il gate logico 'NAND'?

È un gate elettronico, la cui uscita diventa 'LOW' o '0' o 'false' o emette un 'segnale negativo' quando tutti gli ingressi delle porte NAND sono 'alti' o '1' o 'true' o ' segnale positivo ”.

Ad esempio: supponiamo una porta NAND con un numero 'n' di ingressi, se tutti gli ingressi sono 'alti' l'uscita diventa 'BASSA'. Anche se un ingresso è 'BASSO' o '0' o 'falso' o 'segnale negativo', l'uscita diventa 'ALTO' o '1' o 'vero' o emette un 'segnale positivo'.

Nota:

I termini 'Alto', '1', 'segnale positivo', 'vero' sono essenzialmente gli stessi (il segnale positivo è il segnale positivo della batteria o dell'alimentatore).
I termini 'BASSO', '0', 'segnale negativo', 'falso' sono essenzialmente gli stessi (il segnale negativo è il segnale negativo della batteria o dell'alimentatore).

Illustrazione del simbolo del gate NAND logico:

Simbolo NAND Gate

Qui 'A' e 'B' sono i due ingressi e 'Y' viene emesso.

Questo simbolo è cancello “AND” con inversione “o”.

Circuito equivalente gate logico 'NAND':

La porta logica NAND è la combinazione della porta logica 'AND' e della porta logica 'NOT'.

L'espressione booleana per la porta logica NAND: l'uscita 'Y' è la moltiplicazione complementare dei due ingressi 'A' e 'B'. Y = ((A.B) ̅)

La moltiplicazione booleana è indicata da un punto (.) E il complementare (inversione) è rappresentato da una barra (-) su una lettera.

Se 'A' è '1' e 'B' è '1', l'uscita è ((A.B) ̅) = (1 x 1) ̅ = '0' o 'LOW'
Se 'A' è '0' e 'B' è '1', l'uscita è ((A.B) ̅) = (0 x 1) ̅ = '1' o 'ALTO'
Se 'A' è '1' e 'B' è '0', l'uscita è ((A.B) ̅) = (1 x 0) ̅ = '1' o 'ALTO'
Se 'A' è '0' e 'B' è '0', l'uscita è ((A.B) ̅) = (0 x 0) ̅ = '1' o 'HIGH'

Le condizioni di cui sopra sono semplificate nella tabella di verità.

Tabella della verità (due input):

A (ingresso) B (INGRESSO) Y (uscita)
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Gate 'NAND' a 3 ingressi:

Illustrazione della porta NAND a 3 ingressi:

Le porte logiche NAND possono avere un numero 'n' di ingressi, il che significa che possono avere più di due ingressi

(Le porte logiche NAND avranno almeno due input e sempre un'uscita).
Per una porta NAND a 3 ingressi l'equazione booleana gira in questo modo: ((A.B.C) ̅) = Y, analogamente per 4 ingressi e oltre.

Tabella della veritàper porta NAND logica a 3 ingressi:

A (INGRESSO) B (INGRESSO) C (INGRESSO) Y (USCITA)
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0

Porte NAND logiche multi ingresso:

Le porte Logic NAND disponibili in commercio sono disponibili solo con 2, 3 e 4 ingressi. Se abbiamo più di 4 input, dobbiamo mettere in cascata le porte.
Ad esempio, possiamo avere una porta NAND logica a quattro ingressi collegando in cascata 5 porte NAND a due ingressi come segue:

porta logica NAND collegando in cascata 5 porte NAND a due ingressi

Ora l'equazione booleana per il circuito sopra diventa Y = ((A.B.C.D) ̅)

Tuttavia, tutte le regole logiche menzionate si applicano al circuito sopra.

Se hai intenzione di utilizzare solo 3 ingressi dal gate NAND a 4 ingressi sopra, possiamo collegare un resistore di pull-up a qualsiasi pin e ora diventa un gate NAND a 3 ingressi.

Porta NAND logica a due ingressi basata su transistor:

Ora sappiamo come funziona una porta NAND logica, costruiamo una porta NAND a 2 input usando due

Transistor NPN. I circuiti integrati logici sono costruiti quasi allo stesso modo allo stesso modo.
Schema del gate NAND a due transistor:

2 gate NAND a transistor

All'uscita “Y” è possibile collegare un LED se l'uscita è alta, il LED si illuminerà (LED + Ve terminale a “Y” con resistenza da 330 ohm e negativo a GND).

Quando applichiamo un segnale alto alla base dei due transistor, entrambi i transistor si accendono, il segnale di massa sarà disponibile sul collettore del T1, quindi l'uscita diventa “LOW”.

Se uno qualsiasi dei transistor è OFF, cioè applicando il segnale 'LOW' alla base, nessun segnale di massa sarà disponibile sul collettore di T1, ma a causa del resistore di pull up da 1K il segnale positivo sarà disponibile in uscita e l'uscita sarà attiva 'ALTO'.

Ora sai come costruire la tua porta logica NAND.

Varie porte logiche che utilizzano la porta NAND:

La porta NAND è anche nota come 'porta logica universale' perché possiamo creare qualsiasi logica booleana con questa porta singola. Questo è un vantaggio per la fabbricazione di circuiti integrati con diverse funzioni logiche e la fabbricazione di un unico gate è economica.

Varie porte logiche che utilizzano la porta NAND

Negli schemi sopra sono mostrati solo 3 tipi di porte, ma possiamo creare qualsiasi logica booleana.

Quad NAND gate IC 7400:

Piedinatura IC 7400

Se si desidera acquistare un gate NAND logico dal mercato, si otterrà la configurazione DIP sopra.
Ha 14 pin, il pin # 7 e il pin # 14 sono rispettivamente GND e Vcc. Funziona a 5V.

Ritardo di propagazione:

Il ritardo di propagazione è il tempo impiegato dall'uscita per passare da BASSO ad ALTO e viceversa dopo aver fornito un ingresso.

Il ritardo di propagazione da BASSO ad ALTO è di 22 nanosecondi.
Il ritardo di propagazione da HIGH a LOW è di 15 nanosecondi.
Sono disponibili molti altri circuiti integrati per porte NAND:

  • 74LS00 Quad a 2 ingressi
  • 74LS10 Triplo 3 ingressi
  • 74LS20 Doppio 4 ingressi
  • 74LS30 8 ingressi singoli
  • CD4011 Quad 2 ingressi
  • CD4023 Triplo 3 ingressi
  • CD4012 Doppio 4 ingressi

Come funziona NOR Gate

Qui esploreremo la logica digitale NOR gate. Daremo uno sguardo alla definizione di base, al simbolo, alla tabella della verità, al gate NOR multi input, costruiremo un gate NOR a 2 input basato su transistor, varie porte logiche usando solo il gate NOR e infine faremo una panoramica sul gate NOR IC 7402.

Che cos'è il gate logico 'NOR'?

È un cancello elettronico, la cui uscita diventa “HIGH” o “1” o “true” oppure emette un “segnale positivo” quando tutti gli ingressi delle porte NOR sono “LOW” o “0” o “false” o “ segnale negativo ”.

Ad esempio: supponiamo una porta NOR con un numero di ingressi 'n', se tutti gli ingressi sono 'BASSI' l'uscita diventa 'ALTA'. Anche se un ingresso è 'ALTO' o '1' o 'vero' o 'segnale positivo', l'uscita diventa 'BASSO' o '0' o 'falso' o emette un 'segnale negativo'.

Nota:

I termini 'Alto', '1', 'segnale positivo', 'vero' sono essenzialmente gli stessi (il segnale positivo è il segnale positivo della batteria o dell'alimentatore).
I termini 'BASSO', '0', 'segnale negativo', 'falso' sono essenzialmente gli stessi (il segnale negativo è il segnale negativo della batteria o dell'alimentatore).

Illustrazione del simbolo della porta NOR logica:

logica NOR gate

Qui 'A' e 'B' sono i due ingressi e 'Y' viene emesso.

Questo simbolo è cancello “OR” con inversione “o”.

Circuito equivalente gate logico 'NOR':

Circuito equivalente gate logico

La porta logica NOR è la combinazione della porta logica 'OR' e della porta logica 'NOT'.

L'espressione booleana per la porta logica NOR: l'uscita 'Y' è l'aggiunta complementare dei due ingressi 'A' e 'B'. Y = ((A + B) ̅)

L'addizione booleana è indicata da (+) e il complementare (inversione) è rappresentato da una barra (-) su una lettera.

Se 'A' è '1' e 'B' è '1', l'uscita è ((A + B) ̅) = (1+ 1) ̅ = '0' o 'LOW'
Se 'A' è '0' e 'B' è '1', l'uscita è ((A + B) ̅) = (0+ 1) ̅ = '0' o 'LOW'
Se 'A' è '1' e 'B' è '0', l'uscita è ((A + B) ̅) = (1+ 0) ̅ = '0' o 'LOW'
Se 'A' è '0' e 'B' è '0', l'uscita è ((A + B) ̅) = (0+ 0) ̅ = '1' o 'ALTO'

Le condizioni di cui sopra sono semplificate nella tabella di verità.

Tabella della verità (due input):

A (ingresso) B (INGRESSO) Y (uscita)
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

Gate 'NOR' a 3 ingressi:

Illustrazione della porta NOR a 3 ingressi:

3 ingressi NOR

Le porte logiche NOR possono avere un numero 'n' di ingressi, il che significa che possono avere più di due ingressi (le porte logiche NOR avranno almeno due ingressi e sempre un'uscita).

Per una porta NOR a 3 ingressi l'equazione booleana gira in questo modo: ((A + B + C) ̅) = Y, analogamente per 4 ingressi e oltre.

Tabella di verità per porta NOR logica a 3 ingressi:

A (INGRESSO) B (INGRESSO) C (INGRESSO) Y (USCITA)
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 0

Porte NOR logiche multi ingresso:

Le porte Logic NOR disponibili in commercio sono disponibili solo con 2, 3 e 4 ingressi. Se abbiamo più di 4 input, dobbiamo mettere in cascata le porte.
Ad esempio, possiamo avere una porta NOR logica a quattro ingressi collegando in cascata 5 porte NOR a due ingressi come segue:

Porte NOR logiche multi ingresso:

Ora l'equazione booleana per il circuito sopra diventa Y = ((A + B + C + D) ̅)

Tuttavia, tutte le regole logiche menzionate si applicano al circuito sopra.

Se utilizzerai solo 3 ingressi dai 4 ingressi sopra NOR gate, possiamo collegare un resistore pull-down a uno qualsiasi dei pin e ora diventa un gate NOR a 3 ingressi.

Porta NOR logica a due ingressi basata su transistor:

Ora sappiamo come funziona una porta NOR logica, costruiamo una porta NOR a 2 ingressi utilizzando due transistor NPN. I circuiti integrati logici sono costruiti quasi allo stesso modo allo stesso modo.
Schema del gate NOR a due transistor:

Schema di gate NOR a due transistor

All'uscita “Y” è possibile collegare un LED se l'uscita è alta, il LED si illuminerà (LED + Ve terminale a “Y” con resistenza da 330 ohm e negativo a GND).

Quando applichiamo il segnale “HIGH” alla base dei due transistor, entrambi i transistor si accendono e il segnale di massa sarà disponibile sul collettore di T1 e T2, quindi l'uscita diventa “LOW”.

Se applichiamo 'HIGH' a uno qualsiasi dei transistor, il segnale negativo sarà comunque disponibile in uscita, facendo in modo che l'uscita diventi 'LOW'.

Se applichiamo il segnale 'LOW' alla base di due transistor, entrambi si spengono, ma a causa della resistenza di pull-up l'uscita diventa 'HIGH'.
Ora sai come costruire la tua logica NOR gate.

Varie porte logiche che utilizzano la porta NOR:

NOTA: NAND e NOR sono le due porte altrimenti note come porte universali.

La porta NOR è anche una 'porta logica universale' perché possiamo creare qualsiasi logica booleana con questa porta singola. Questo è un vantaggio per fabbricare circuiti integrati con diverse funzioni logiche e fabbricare un singolo gate è economico, lo stesso vale anche per il gate NAND.

Negli schemi sopra sono mostrati solo 3 tipi di porte, ma possiamo creare qualsiasi logica booleana.
Quad NOR gate IC 7402:

7402-Quad 2 ingressi NOR Gates


Se vuoi acquistare un gate NOR logico dal mercato, entrerai nella configurazione DIP sopra.
Ha 14 pin, il pin # 7 e il pin # 14 sono rispettivamente GND e Vcc. Funziona a 5V.

Ritardo di propagazione:

Il ritardo di propagazione è il tempo impiegato dall'uscita per passare da BASSO ad ALTO e viceversa dopo aver fornito un ingresso.

Il ritardo di propagazione da BASSO ad ALTO è di 22 nanosecondi.
Il ritardo di propagazione da HIGH a LOW è di 15 nanosecondi.
Sono disponibili molti altri circuiti integrati per porte NOR:

  • 74LS02 Quad a 2 ingressi
  • 74LS27 Triplo 3 ingressi
  • 74LS260 Doppio 4 ingressi
  • CD4001 Quad a 2 ingressi
  • CD4025 Triplo 3 ingressi
  • CD4002 Doppio 4 ingressi

Logica NOT Gate

In questo articolo esploreremo il gate logico 'NOT'. Apprenderemo la sua definizione di base, il simbolo, la tabella della verità, gli equivalenti di gate NAND e NOR, gli inverter Schmitt, l'oscillatore Schmitt NOT gate, NOT gate usando transistor e infine daremo uno sguardo all'inverter logico NOT gate IC 7404.

Prima di iniziare a esaminare i dettagli del NOT gate logico, chiamato anche inverter digitale, non bisogna confonderlo con gli 'inverter di potenza' che vengono utilizzati negli alimentatori solari o di backup a casa o in ufficio.

Che cos'è il 'NOT' Gate logico?

È una porta logica a ingresso singolo e uscita singola la cui uscita è complementare all'ingresso.

La definizione di cui sopra afferma che se l'ingresso è 'ALTO' o '1' o 'vero' o 'segnale positivo', l'uscita sarà 'BASSO' o '0' o 'falso' o 'segnale negativo'.

Se l'ingresso è 'BASSO' o '0' o 'falso' o 'segnale negativo' l'uscita verrà invertita in 'ALTO' o '1' o 'vero' o 'segnale positivo'

Nota:

I termini 'Alto', '1', 'segnale positivo', 'vero' sono essenzialmente gli stessi (il segnale positivo è il segnale positivo della batteria o dell'alimentatore).
I termini 'BASSO', '0', 'segnale negativo', 'falso' sono essenzialmente gli stessi (il segnale negativo è il segnale negativo della batteria o dell'alimentatore).

Illustrazione di Logic NOT Gate:

NON Gate

Supponiamo che 'A' sia l'ingresso e 'Y' sia l'uscita, l'equazione booleana per la porta NOT logica è: Ā = Y.

L'equazione afferma che l'uscita è l'inversione dell'ingresso.

Tabella di verità per porta logica NOT:

PER (INGRESSO) Y (PRODUZIONE)
0 1
1 0

I cancelli non avranno sempre un singolo input (e avranno sempre un singolo output) che sono classificati come dispositivi decisionali. Il simbolo 'o' sulla punta del triangolo rappresenta la complementazione o l'inversione.

Questo simbolo 'o' non è solo limitato alla porta logica 'NOT', ma può anche essere utilizzato da qualsiasi porta logica o circuito digitale. Se la 'o' è all'ingresso, indica che l'ingresso è attivo-basso.
Active-Low: l'uscita diventa attiva (attivando un transistor, un LED o un relè ecc.) Quando viene fornito l'ingresso 'LOW'.

Equivalenti a gate NAND e NOR:

NON porta equivalenti utilizzando porte NAND e NOR

La porta 'NOT' può essere costruita utilizzando porte logiche 'NAND' e logiche 'NOR' unendo tutti i pin di ingresso, questo vale per porte con pin di ingresso 3, 4 e superiori.

Porta logica 'NOT' basata su transistor:

transistor NON gate equivalente

Il 'NOT' logico può essere costruito da un transistor NPN e un resistore da 1K. Se applichiamo il segnale “HIGH” alla base del transistor, la massa viene collegata al collettore del transistor, quindi l'uscita diventa “LOW”.

Se applichiamo il segnale “LOW” alla base del transistor, il transistor rimane OFF e non sarà collegato a massa ma l'uscita sarà tirata “HIGH” dalla resistenza di pull-up collegata a Vcc. In questo modo possiamo creare una porta logica 'NOT' utilizzando il transistor.

Inverter Schmitt:

Esploreremo questo concetto con un caricabatterie automatico per spiegare l'utilizzo e il funzionamento degli inverter Schmitt. Prendiamo l'esempio della procedura di ricarica della batteria agli ioni di litio.

La batteria agli ioni di litio da 3,7 V viene caricata quando la batteria raggiunge 3 V a 3,2 V, la tensione della batteria aumenta gradualmente durante la ricarica e la batteria deve essere interrotta a 4,2 V. Dopo la ricarica, la tensione a circuito aperto della batteria scende di circa 4,0 V .

Un sensore di tensione misura il limite di interruzione e attiva il relè per interrompere la carica. Ma quando la tensione scende al di sotto di 4,2 V il caricabatterie rileva come non caricato e inizia la carica fino a 4,2 V e si interrompe, di nuovo la tensione della batteria scende a 4,0 V e ricomincia la carica e questa follia continua a ripetersi.

Questo ucciderà rapidamente la batteria, per superare questo problema abbiamo bisogno di un livello di soglia inferiore o 'LTV' in modo che la batteria non inizi a caricarsi finché la batteria non scende da 3 V a 3,2 V. La tensione di soglia superiore o 'UTV' è 4.2V in questo esempio.

Un inverter Schmitt viene fatto commutare il suo stato di uscita quando la tensione attraversa la tensione di soglia superiore e rimane lo stesso fino a quando l'ingresso non raggiunge la tensione di soglia inferiore.

Allo stesso modo, una volta che l'ingresso supera la tensione di soglia inferiore, l'uscita rimane la stessa finché l'ingresso non raggiunge la tensione di soglia superiore.

Non cambierà il suo stato tra LTV e UTV.

Ora, per questo motivo, l'ON / OFF sarà molto più fluido e le oscillazioni indesiderate verranno rimosse e anche il circuito sarà più resistente ai disturbi elettrici.

Oscillatore Schmitt NOT Gate:

Schmitt NON Gate Oscillator

Il circuito sopra è un oscillatore che produce un'onda quadra con un duty cycle del 33%. Inizialmente il condensatore è in stato di scarica e il segnale di massa sarà disponibile all'ingresso della porta NOT.

L'uscita diventa positiva e carica il condensatore tramite il resistore “R”, il condensatore si carica fino alla tensione di soglia superiore dell'inverter e cambia lo stato, l'uscita diventa segnale negativo e il condensatore inizia a scaricarsi tramite il resistore “R” fino a quando non raggiunge la tensione del condensatore il livello di soglia inferiore e cambia lo stato, l'uscita diventa positiva e carica il condensatore.

Questo ciclo si ripete fino a quando l'alimentazione viene fornita al circuito.

La frequenza dell'oscillatore sopra può essere calcolata: F = 680 / RC

Convertitore ad onda quadra

Dove, F è la frequenza.
R è la resistenza in ohm.
C è la capacità in farad.
Convertitore onda quadra:

Il circuito sopra convertirà il segnale a onda sinusoidale in onda quadra, in realtà può convertire qualsiasi onda analogica in onda quadra.

I due resistori R1 e R2 funzionano come partitore di tensione, questo viene utilizzato per ottenere un punto di polarizzazione e il condensatore blocca qualsiasi segnale DC.

Se il segnale in ingresso supera il livello di soglia superiore o inferiore al livello di soglia inferiore, l'uscita cambia

BASSO o ALTO a seconda del segnale, produce un'onda quadra.

Inverter porta NON IC 7404:

IC 7404 NON cancello

L'IC 7404 è uno dei circuiti integrati NOT logici più comunemente utilizzati. Ha 14 pin, il pin # 7 è a massa e il pin # 14 è Vcc. La tensione di esercizio va da 4,5 V a 5 V.

Ritardo di propagazione:

Il ritardo di propagazione è il tempo impiegato dal gate per elaborare l'uscita dopo aver fornito un input.
Nella logica 'NOT' il gate impiega circa 22 nano secondi per cambiare il suo stato da HIGH a LOW e viceversa.

Ci sono molti altri circuiti integrati logici 'NOT gate:

• 74LS04 Hex Inverting NOT Gate

• 74LS14 Hex Schmitt Inverting NOT Gate

• Driver invertenti esagonali 74LS1004

• Gate NOT invertente esadecimale CD4009

• Porta NON invertente esadecimale CD4069

Come funziona la porta OR

Ora esploriamo la logica digitale o le porte. Daremo uno sguardo alla definizione di base, al simbolo, alla tabella della verità, alla porta OR multi ingresso, costruiremo una porta OR a 2 ingressi basata su transistor e infine faremo una panoramica sulla porta OR IC 7432.

Che cos'è il gate logico 'OR'?

È un cancello elettronico, la cui uscita diventa “LOW” o “0” o “false” oppure emette un “segnale negativo” quando tutti gli ingressi delle porte OR sono “LOW” o “0” o “false” o “ segnale negativo ”.

Ad esempio: Dire una porta OR con un numero 'n' di ingressi, se tutti gli ingressi sono 'BASSI' l'uscita diventa 'BASSA'. Anche se un ingresso è 'ALTO' o '1' o 'vero' o 'segnale positivo', l'uscita diventa 'ALTO' o '1' o 'vero' o emette un 'segnale positivo'.

Nota:

I termini 'Alto', '1', 'segnale positivo', 'vero' sono essenzialmente gli stessi (il segnale positivo è il segnale positivo della batteria o dell'alimentatore).
I termini 'BASSO', '0', 'segnale negativo', 'falso' sono essenzialmente gli stessi (il segnale negativo è il segnale negativo della batteria o dell'alimentatore).

Illustrazione del simbolo della porta logica OR:

Porta OR a 2 ingressi

Qui 'A' e 'B' sono i due ingressi e 'Y' viene emesso.

L'espressione booleana per la porta logica OR: l'uscita 'Y' è la somma dei due ingressi 'A' e 'B', (A + B) = Y.

L'addizione booleana è indicata da (+)

Se 'A' è '1' e 'B' è '1', l'uscita è (A + B) = 1 + 1 = '1' o 'alto'
Se 'A' è '0' e 'B' è '1', l'uscita è (A + B) = 0 + 1 = '1' o 'alto'
Se 'A' è '1' e 'B' è '0', l'uscita è (A + B) = 1 + 0 = '1' o 'alto'
Se 'A' è '0' e 'B' è '0', l'uscita è (A + B) = 0 + 0 = '0' o 'Basso'

Le condizioni di cui sopra sono semplificate nella tabella di verità.

Tabella della verità (due input):

A (ingresso) B (INGRESSO) Y (uscita)
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Gate 'OR' a 3 ingressi:

Illustrazione della porta OR a 3 ingressi:

Porta OR a 3 ingressi

Le porte OR logiche possono avere un numero 'n' di ingressi, il che significa che possono avere più di due ingressi (le porte OR logiche avranno almeno due ingressi e sempre un'uscita).

Per una porta OR logica a 3 ingressi, l'equazione booleana gira in questo modo: (A + B + C) = Y, analogamente per 4 ingressi e oltre.

Tabella verità per porta OR logica a 3 ingressi:

A (INGRESSO) B (INGRESSO) C (INGRESSO) Y (USCITA)
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1

Porte OR logiche multi ingresso:

Le porte logiche OR disponibili in commercio sono disponibili solo con 2, 3 e 4 ingressi. Se abbiamo più di 4 input, dobbiamo mettere in cascata le porte.

Possiamo avere sei porte OR logiche di ingresso collegando in cascata le 2 porte OR di ingresso come segue:

Porte OR logiche multi ingresso

Ora l'equazione booleana per il circuito sopra diventa Y = (A + B) + (C + D) + (E + F)

Tuttavia, tutte le regole logiche menzionate si applicano al circuito sopra.

Se intendi utilizzare solo 5 ingressi dai 6 ingressi precedenti, possiamo collegare un resistore pull-down a qualsiasi pin e ora diventa un gate OR a 5 ingressi.

Porta OR logica a due ingressi basata su transistor:

Ora sappiamo come funziona una porta OR logica, costruiamo una porta OR a 2 ingressi utilizzando due transistor NPN. I circuiti integrati logici sono costruiti quasi allo stesso modo allo stesso modo.

Schema di due transistor OR gate:

Schema di due transistor OR gate

All'uscita “Y” è possibile collegare un LED se l'uscita è alta il LED si illuminerà (LED + Ve terminale a “Y” con resistenza da 330 ohm e negativo a GND).

Quando applichiamo il segnale LOW alla base dei due transistor, entrambi i transistor si spengono, il segnale di massa sarà disponibile all'emettitore del T2 / T1 tramite un resistore pull-down da 1k, quindi l'uscita diventa LOW.

Se uno qualsiasi dei transistor è ON, la tensione positiva sarà disponibile all'emettitore di T2 / T1, quindi l'uscita diventa ALTA.

Ora sai come costruire la tua logica OR gate.

Porta OR quadrupla IC 7432:

Porta OR quadrupla IC 7432

Se si desidera acquistare il gate OR logico dal mercato, si otterrà la configurazione di cui sopra.

Ha 14 pin, il pin # 7 e il pin # 14 sono rispettivamente GND e Vcc. Funziona a 5V.

Ritardo di propagazione:

Il ritardo di propagazione è il tempo impiegato dall'uscita per passare da BASSO ad ALTO e viceversa.
Il ritardo di propagazione da BASSO ad ALTO è di 7,4 nanosecondi a 25 gradi Celsius.
Il ritardo di propagazione da ALTO a BASSO è di 7,7 nanosecondi a 25 gradi Celsius.

• 74LS32 Quad a 2 ingressi
• CD4071 Quad a 2 ingressi
• CD4075 Triplo 3 ingressi
• CD4072 Doppio 4 ingressi

Esclusiva logica - OR Gate

In questo post esploreremo il gate XOR logico o il gate OR esclusivo. Daremo uno sguardo alla definizione di base, al simbolo, alla tabella di verità, al circuito equivalente XOR, alla realizzazione di XOR utilizzando porte logiche NAND e, infine, faremo una panoramica sulla porta Ex-OR IC 7486 a quattro ingressi.

Nei post precedenti, abbiamo imparato a conoscere tre porte logiche fondamentali 'AND', 'OR' e 'NOT'. Abbiamo anche imparato che, utilizzando queste tre porte fondamentali, possiamo costruire due nuove porte logiche 'NAND' e 'NOR'.

Ci sono altre due porte logiche sebbene queste due non siano porte di base ma sono costruite dalla combinazione delle altre porte logiche e la sua equazione booleana è così vitale e molto utile da essere considerata come porte logiche distinte.

Queste due porte logiche sono gate 'OR esclusivo' e 'NOR esclusivo'. In questo post esploreremo solo la logica del gate OR esclusivo.

Che cos'è il gate 'OR esclusivo'?

È un cancello elettronico, la cui uscita diventa 'alta' o '1' o 'vera' oppure emette un 'segnale positivo' quando i due ingressi logici sono diversi tra loro (questo vale solo per due ingressi 2 Ex -OR cancello).

Ad esempio: supponiamo un gate OR esclusivo con 'due' ingressi, se uno dei pin di ingresso A è 'ALTO' e il pin di ingresso B è 'BASSO', l'uscita diventa 'ALTO' o '1' o 'vero' o 'Segnale positivo'.

Se entrambi gli ingressi hanno lo stesso livello logico, cioè entrambi i pin 'HIGH' o entrambi i pin 'LOW', l'uscita diventa 'LOW' o '0' o 'falso' o 'segnale negativo'.

Nota:

I termini 'Alto', '1', 'segnale positivo', 'vero' sono essenzialmente gli stessi (il segnale positivo è il segnale positivo della batteria o dell'alimentatore).

I termini 'BASSO', '0', 'segnale negativo', 'falso' sono essenzialmente gli stessi (il segnale negativo è il segnale negativo della batteria o dell'alimentatore).

Illustrazione del gate OR esclusivo logico:

Cancello OR esclusivo

Qui 'A' e 'B' sono i due ingressi e 'Y' viene emesso.

L'espressione booleana per la porta logica Ex-OR: Y = (A.) ̅B + A.B ̅

Se 'A' è '1' e 'B' è '1', l'uscita è (A ̅.B + A.B ̅) = 0 x 1 + 1 x 0 = '1' o 'LOW'
Se 'A' è '0' e 'B' è '1', l'uscita è (A ̅.B + A.B ̅) = 1 x 1 + 0 x 0 = '1' o 'ALTO'
Se 'A' è '1' e 'B' è '0', l'uscita è (A ̅ B + A.B ̅) = 0 x 0 + 1 x 1 = '1' o 'ALTO'
Se 'A' è '0' e 'B' è '0', l'uscita è (A ̅ B + A.B ̅) = 1 x 0 + 0 x 1 = '0' o 'Basso'
Le condizioni di cui sopra sono semplificate nella tabella di verità.

Tabella della verità (due input):

A (ingresso) B (INGRESSO) Y (uscita)
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Nella porta Ex-OR logica a due ingressi di cui sopra, se i due ingressi sono diversi, cioè '1' e '0', l'uscita diventa 'ALTA'. Ma con 3 o più ingressi logici Ex-OR o in generale l'uscita Ex-OR diventa 'HIGH' solo quando il numero ODD logico 'HIGH' è applicato al gate.

Ad esempio: Se abbiamo 3 ingressi Ex-OR gate, se applichiamo la logica “HIGH” a un solo ingresso (numero dispari di logico “1”) l'uscita diventa “HIGH”. Se applichiamo la logica “HIGH” a due ingressi (questo è il numero pari di “1” logico) l'uscita diventa “LOW” e così via.

Porta OR esclusiva a 3 ingressi:

Illustrazione della porta EX-OR a 3 ingressi:

3 ingressi Ex OR Gate

Tabella verità per porta EX-OR logica a 3 ingressi:

A (INGRESSO) B (INGRESSO) C (INGRESSO) Y (USCITA)
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1

Per la porta Ex-OR a 3 ingressi l'equazione booleana diventa: A (BC) ̅ + A ̅BC ̅ + (AB) ̅C + ABC

Come abbiamo descritto prima, la porta logica “Ex-OR” non è una porta logica fondamentale ma, combinazione di diverse porte logiche. La porta Ex-OR può essere realizzata utilizzando la porta logica 'OR', la porta logica 'AND' e la porta logica 'NAND' come segue:

Circuito equivalente per cancello 'OR esclusivo':

Circuito equivalente per cancello “OR esclusivo”


Il design di cui sopra ha uno svantaggio importante, abbiamo bisogno di 3 diverse porte logiche per creare una porta Ex-OR. Ma possiamo superare questo problema implementando il gate Ex-OR con solo porte NAND logiche, anche questo è economico da fabbricare.

Porta OR esclusiva con porta NAND:

Porta OR esclusiva con porta NAND

Le porte OR esclusive vengono utilizzate per eseguire complicate attività di calcolo come operazioni aritmetiche, sommatori completi, sommatori a metà, ma possono anche fornire funzionalità di esecuzione.

Logic Exclusive OR Gate IC 7486:

Pinout IC 7486

Se si desidera acquistare un gate logico Ex-OR dal mercato, si otterrà la configurazione DIP sopra.
Ha 14 pin, il pin # 7 e il pin # 14 sono rispettivamente GND e Vcc. Funziona a 5V.

Ritardo di propagazione:

Il ritardo di propagazione è il tempo impiegato dall'uscita per passare da BASSA ad ALTA e viceversa dopo aver fornito l'input.
Il ritardo di propagazione da BASSO ad ALTO è di 23 nanosecondi.
Il ritardo di propagazione da HIGH a LOW è di 17 nanosecondi.

Circuiti integrati per gate 'EX-OR' comunemente disponibili:

  • 74LS86 Quad a 2 ingressi
  • CD4030 Quad a 2 ingressi

Spero che la spiegazione dettagliata di cui sopra possa averti aiutato a capire cosa sono le porte logiche e come funzionano le porte logiche, se hai ancora domande? Si prega di esprimere nella sezione commenti, potresti ottenere una risposta rapida.




Precedente: Circuito del tester di dispersione dei condensatori: trova rapidamente i condensatori che perdono Avanti: Buffer digitale: funzionamento, definizione, tabella della verità, doppia inversione, fan-out