Logické brány sú základnými komponentmi všetkých digitálnych obvodov a systémov. V digitálnej elektronike existujú sedem hlavných typov logických brán Používa sa na vykonávanie rôznych logických operácií. Logické hradlo je v podstate elektronický obvod navrhnutý pomocou komponentov, ako sú diódy, tranzistory, odpory, kondenzátory atď. a sú schopné vykonávať logické operácie. V tomto článku budeme študovať definíciu, pravdivostnú tabuľku a ďalšie súvisiace koncepty logických brán. Začnime teda základným predstavením logických brán.

Obsah

• Čo je to logická brána?
• Typy logických brán
• A Brána
• ALEBO Brána
• NIE Brána
• NOR Gate
• Brána NAND
• Brána XOR
• Brána XNOR
• Aplikácie logických brán

Čo je to logická brána?

A logická brána je elektronický obvod navrhnutý pomocou elektronických komponentov, ako sú diódy, tranzistory, odpory a ďalšie. Ako už názov napovedá, logická brána je navrhnutá na vykonávanie logických operácií v digitálnych systémoch, ako sú počítače, komunikačné systémy atď.

Preto môžeme povedať, že stavebnými kameňmi digitálneho obvodu sú logické brány, ktoré vykonávajú množstvo logických operácií, ktoré vyžaduje akýkoľvek digitálny obvod. Logické hradlo môže mať dva alebo viac vstupov, ale produkuje iba jeden výstup. Výstup logického hradla závisí od kombinácie vstupov a logickej operácie, ktorú logické hradlo vykonáva.

Použitie logických brán Booleovská algebra vykonávať logické procesy. Logické brány sa nachádzajú takmer v každom digitálnom prístroji, ktorý bežne používame. Logické brány sa používajú v architektúre našich telefónov, notebookov, tabletov a pamäťových zariadení.

Typy logických brán

Logické hradlo je digitálne hradlo, ktoré umožňuje manipuláciu s údajmi. Logické brány, použite logiku na určenie, či prejsť signálom alebo nie. Logické brány na druhej strane riadia tok informácií na základe súboru pravidiel.

Logické brány možno rozdeliť do nasledujúcich hlavných typov:

1. Základné logické brány

Existujú tri základné logické brány:

1. A Brána
2. ALEBO Brána
3. NIE Brána

2. Univerzálne logické brány

V digitálnej elektronike sa tieto dve logické brány považujú za univerzálne logické brány:

1. NOR Gate
2. Brána NAND

3. Odvodené logické brány

Nasledujúce dve sú odvodené logické brány používané v digitálnych systémoch:

1. Brána XOR
2. Brána XNOR

Poďme teraz diskutovať o každom z týchto typov logických brán podrobne jeden po druhom.

A Brána

V digitálnej elektronike je hradlo AND jedným zo základných logických hradel, ktoré vykonáva logické násobenie vstupov, ktoré sú naň aplikované. Generuje vysoký výstup alebo výstup logickej 1, iba ak sú všetky vstupy, ktoré sú naň privedené, vysoké alebo logická 1. V opačnom prípade je výstup hradla AND nízky alebo logická 0.

Vlastnosti brány AND:

Nasledujú dve hlavné vlastnosti brány AND:

• Brána AND môže akceptovať dve alebo viac ako dve vstupné hodnoty naraz.
• Keď sú všetky vstupy logická 1, výstup tohto hradla je logická 1.

Činnosť hradla AND je opísaná matematickým výrazom, ktorý sa nazýva booleovský výraz hradla AND.

Pre dvojvstupové hradlo AND je booleovský výraz daný výrazom,

Z = A.B

Kde A a B sú vstupy pre hradlo AND, zatiaľ čo Z označuje výstup hradla AND.

Tento výraz môžeme rozšíriť na ľubovoľný počet vstupných premenných, ako napr.

Z=A.B.C.D…

Tabuľka pravdy A Brány:

Pravdivostná tabuľka brány s dvoma vstupmi AND je uvedená nižšie:

Symbol brány AND:

Logický symbol dvojvstupového hradla AND je znázornený na nasledujúcom obrázku.

Symbol dvoch vstupov A brány

ALEBO Brána

V digitálnej elektronike existuje typ základného logického hradla, ktoré produkuje nízku alebo logickú 0 výstup iba vtedy, keď sú všetky jej vstupy nízke alebo logická 0. Pre všetky ostatné vstupné kombinácie je výstup hradla OR vysoký alebo logická 1. logické hradlo sa označuje ako hradlo OR. Brána OR môže byť navrhnutá tak, aby mala dva alebo viac vstupov, ale iba jeden výstup. Primárnou funkciou brány OR je vykonávať operáciu logického súčtu.

Vlastnosti brány OR:

Brána OR má nasledujúce dve vlastnosti:

• Môže mať dva alebo viac vstupných riadkov naraz.
• Keď sú všetky vstupy hradla OR nízke alebo logická 0, jeho výstup je nízky alebo logická 0.

Činnosť brány OR môže byť matematicky opísaná prostredníctvom matematického výrazu nazývaného booleovské vyjadrenie brány OR.

Booleovský výraz pre dvojvstupové hradlo OR je daný výrazom,

Z = A + B

Booleovský výraz pre trojvstupové hradlo OR je,

Z = A + B + C

Tu sú A, B a C vstupy a Z sú výstupné premenné. Tento booleovský výraz môžeme rozšíriť na ľubovoľný počet vstupných premenných.

Tabuľka pravdy brány OR:

Pravdivostná tabuľka brány OR popisuje vzťah medzi vstupmi a výstupmi. Nasleduje pravdivostná tabuľka pre dvojvstupovú bránu OR:

Symbol brány OR:

Logický symbol hradla OR s dvomi vstupmi je znázornený na nasledujúcom obrázku.

Symbol dvojvstupovej ALEBO brány

NIE Brána

V digitálnej elektronike je brána NOT ďalšou základnou logickou bránou, ktorá sa používa na vykonávanie kompliment vstupného signálu aplikované na to. Zaberá len jeden vstup a jeden výstup. Výstup brány NOT je doplnkom vstupu aplikovaného na ňu. Preto, ak použijeme nízky výstup alebo výstup logickej 0 na hradlo NOT, dáva vysoký výstup alebo výstup logickej 1 a naopak. Brána NOT je tiež známa ako invertor, pretože vykonáva operáciu inverzie.

Vlastnosti brány NOT:

• Výstup brány NOT je doplnkom alebo inverzným vstupom, ktorý je na ňu aplikovaný.
• Brána NOT má iba jeden výstup.

Logická činnosť brány NOT je opísaná jeho boolovským výrazom, ktorý je uvedený nižšie.

Z= overline{A}

Pruh nad vstupnou premennou A predstavuje operáciu inverzie.

Tabuľka pravdy brány OR:

Pravdivostná tabuľka popisuje vzťah medzi vstupom a výstupom. Nasleduje pravdivostná tabuľka pre bránu NOT:

Symbol brány NOT

Symbol logického obvodu brány NOT je znázornený na nasledujúcom obrázku. Tu je A vstupný riadok a Z je výstupný riadok.

Symbol NIE Brány

NOR Gate

Hradlo NOR je typ univerzálneho logického hradla, ktoré môže mať dva alebo viac vstupov, ale jeden výstup. Ide v podstate o kombináciu dvoch základných logických brán, tj brány OR a brány NOT. Dá sa teda vyjadriť ako,

NIE Brána = ALEBO Brána + NIE Brána

Inými slovami, brána NOR je brána OR, po ktorej nasleduje brána NOT.

Vlastnosti brány NOR:

Nasledujúce sú dve dôležité vlastnosti brány NOR:

• Hradlo NOR môže mať dva alebo viac vstupov a poskytuje výstup.
• Hradlo NOR dáva vysoký alebo logický výstup 1 iba vtedy, keď sú všetky jeho vstupy nízke alebo logická 0.

Podobne ako pri základných logických hradlach môžeme opísať činnosť hradla NOR pomocou matematickej rovnice nazývanej booleovské vyjadrenie hradla NOR.

Booleovský výraz dvojvstupového hradla NOR je uvedený nižšie:

C=overline{A+B}

Tento výraz môžeme rozšíriť na ľubovoľný počet vstupných premenných.

Vo vyššie uvedených booleovských výrazoch sa premenné A a B nazývajú vstupné premenné, zatiaľ čo premenná C sa nazýva výstupná premenná.

Tabuľka pravdy brány NOR:

Nasleduje pravdivostná tabuľka dvojvstupovej brány NOR, ktorá ukazuje vzťah medzi jej vstupmi a výstupmi:

Symbol brány NOR

Brána NAND

V digitálnej elektronike je hradlo NAND ďalším typom univerzálneho logického hradla používaného na vykonávanie logických operácií. Hradlo NAND vykonáva obrátenú operáciu hradla AND. Podobne ako brána NOR, aj brána NAND môže mať dve alebo viac vstupných liniek, ale iba jednu výstupnú linku.

Brána NAND je tiež reprezentovaná ako kombinácia dvoch základných logických brán, a to brány AND a brány NOT. Dá sa teda vyjadriť ako

Brána NAND = Brána AND + Brána NIE

Vlastnosti brány NAND:

Nasledujú dve kľúčové vlastnosti brány NAND:

• Brána NAND môže mať dva alebo viac vstupov naraz a vytvára jeden výstup na základe kombinácie použitých vstupov.
• Brána NAND produkuje nízky výstup alebo výstup logickej 0 iba vtedy, keď sú všetky jeho vstupy vysoké alebo logická 1.

Vyjadrenie hradla NAND môžeme opísať pomocou matematickej rovnice nazývanej jeho booleovský výraz. Tu je boolovské vyjadrenie dvojvstupovej brány NAND.

C=overline{AB}

V tomto výraze sú A a B vstupné premenné a C je výstupná premenná. Tento vzťah môžeme rozšíriť na ľubovoľný počet vstupných premenných, ako sú tri, štyri alebo viac.

Tabuľka pravdy brány NAND:

Pravdivostná tabuľka je tabuľka vstupov a výstupov, ktorá popisuje činnosť brány NAND a ukazuje logický vzťah medzi nimi:

Symbol brány NAND:

Logický symbol hradla NAND je znázornený ako hradlo AND s bublinou na výstupnom konci, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku. Je to symbol dvojvstupovej NAND brány.

Symbol brány NAND

Brána XOR

V digitálnej elektronike existuje špeciálne navrhnuté logické hradlo pomenované, hradlo XOR, ktoré sa používa v digitálnych obvodoch na vykonávanie súčtový modul . Označuje sa aj ako Exkluzívna brána OR alebo brána Ex-OR . Brána XOR môže mať naraz iba dva vstupy a poskytnúť výstup. Výstup hradla XOR je vysoký alebo logická 1 iba vtedy, keď sú jeho dva vstupy odlišné.

Vlastnosti brány XOR:

Nasledujúce dve sú hlavné vlastnosti brány XOR:

• Môže akceptovať iba dva vstupy naraz. Neexistuje nič ako troj alebo viac vstupná brána XOR.
• Výstup brány XOR je logická 1 alebo vysoká, keď sú jej vstupy odlišné.

Činnosť brány XOR možno opísať pomocou matematickej rovnice nazývanej jej booleovský výraz. Nasleduje booleovský výraz pre výstup brány XOR.

Z=A oplus B

Tu je Z výstupná premenná a A a B sú vstupné premenné.

Tento výraz možno zapísať aj takto:

Z=A overline{B}+overline{A}B

Tabuľka pravdy brány XOR:

Pravdivostná tabuľka je tabuľka vstupov a výstupov, ktoré opisujú vzťah medzi nimi a činnosťou brány XOR pre rôzne kombinácie vstupov. Pravdivostná tabuľka brány XOR je uvedená nižšie:

Symbol brány XOR:

Logický symbol brány XOR je znázornený na nasledujúcom obrázku.

Symbol brány XOR

Brána XNOR

Brána XNOR je ďalším typom špeciálnej logickej brány, ktorá sa používa na implementáciu výhradná prevádzka v digitálnych obvodoch . Používa sa na implementáciu operácie Exclusive NOR v digitálnych obvodoch. Nazýva sa aj brána Ex-NOR alebo Exclusive NOR. Ide o kombináciu dvoch logických brán, menovite brány XOR a brány NOT. Dá sa teda vyjadriť ako,

zoznam triediacich polí java

Brána XNOR = Brána XOR + Brána NIE

Výstup brány XNOR je vysoký alebo logická 1, keď sú jeho oba vstupy podobné. V opačnom prípade je výstup nízky alebo logická 0. Preto sa hradlo XNOR používa ako obvod detektora podobnosti.

Vlastnosti brány XNOR:

Nasledujú dve kľúčové vlastnosti brány XNOR:

• Brána XNOR má iba dva vstupy a vytvára jeden výstup.
• Výstup brány XNOR je vysoký alebo logická 1 iba vtedy, keď má podobné vstupy.

Činnosť brány XNOR možno opísať pomocou matematickej rovnice nazývanej booleovský výraz brány XNOR. Tu je booleovský výraz brány XNOR.

Y=A odot B

Tento výraz môžeme zapísať aj takto:

Y=AB + overline{A} overline{B}

Tu sú A a B vstupy a Y je výstup.

Tabuľka pravdy brány XNOR:

Pravdivostná tabuľka brány XNOR je uvedená nižšie. Táto pravdivostná tabuľka popisuje vzťah medzi vstupmi a výstupmi brány XNOR.

Symbol brány XNOR:

Logický symbol brány XNOR je znázornený na nasledujúcom obrázku. Tu sú A a B vstupy a Y je výstup.

Symbol brány XNOR

Aplikácie logických brán

Logické brány sú základnými stavebnými kameňmi všetkých digitálnych obvodov a zariadení, ako sú počítače. Tu sú niektoré kľúčové digitálne zariadenia, v ktorých sa logické brány používajú na navrhovanie ich obvodov:

• Počítače
• Mikroprocesory
• Mikrokontroléry
• Digitálne a inteligentné hodinky
• Smartfóny atď.

Na základe logických brán – často kladené otázky

Čo sú logické brány?

Logické brány sú digitálne obvody, ktoré vykonávajú logické operácie na vstupe, ktorý im je poskytnutý, a vytvárajú príslušný výstup.

Čo sú univerzálne brány?

Na uskutočnenie špecifického logického procesu sú univerzálne brány vytvorené zlúčením dvoch alebo viacerých základných brán. Univerzálne brány sú brány NAND a NOR.

Aký je výstup brány NOT, keď je aplikovaný vstup 0?

Pretože brána NOT je invertor. Výsledkom je, že ak sa ako vstup použije 0, výstup bude 1.

Ktoré logické hradlo je známe ako invertor?

Invertor je tiež známy ako brána NOT. Získaný výstup je inverzný k vstupu.

Aký je boolovský výraz pre bránu OR?

Ak sú A a B vstupom, potom výstup hradla OR môže byť daný ako Y=A+B.

Aký je booleovský výraz pre bránu XNOR?

Ak sú A a B vstup, potom výstup brány XNOR môže byť daný ako Y=A.B+A'B'.