Logické brány sú jednou z najdôležitejších tém v elektronike, najmä v digitálnej elektronike. Koncept logických brán sa opiera o koncept booleovských funkcií. Logické brány berú jednu alebo viacero binárnych hodnôt ako vstup a po vykonaní logického výpočtu na nich vrátia jednu binárnu hodnotu ako výstup. V digitálnej elektronike je k dispozícii niekoľko druhov GATE, niektoré z nich sú známe ako základné brány a niektoré sú známe ako univerzálne brány.
A Brána NAND spadá do kategórie univerzálnych brán, pretože brána NAND dokáže implementovať akúkoľvek booleovskú funkciu bez pomoci základných brán a tiež vypočítať výsledky logických vstupov bez pomoci akéhokoľvek iného logického hradla.
Obsah
- Čo je to logická brána?
-
Symbol brány AND - Tabuľka pravdy brány AND
- Brána NAND z hľadiska tranzistora
- Aplikácie NAND Gate
- Výhody NAND Gate
- Nevýhody NAND Gate
Čo je brána NAND?
Logické brány sú malý digitálny prepínací obvod, ktorý určuje výstup dvoch alebo viacerých zadaných booleovských funkcií v binárnom formáte. Logická 1 znamená pravdivý alebo vysoký charakter, zatiaľ čo logická 0 znamená nepravdivý alebo nízky charakter. Na základe rôznych logických operácií sa výstup líši. V logickom hradle môže byť veľa vstupov, ale bude len jeden výstup. Každá logická brána má svoju vlastnú tabuľku pravdy, ktorá predstavuje všetky kombinácie vstupu a výstupu.
Brána NAND, známa aj ako brána Not-AND, robí presný opak alebo doplnok brány AND.
Prevádzka brány AND
Brána NAND berie ako vstup boolovské hodnoty a vracia:
- Vráti 1, ak sú všetky vstupy 0 alebo alternatívne (to znamená, že jeden je 0 a druhý je 1 alebo naopak).
- Vráti 0, ak sú všetky vstupy 1
The Booleovský výraz brány NAND je nasledovné –
Povedzme, že máme dva vstupy, A a B a výstup sa nazýva X, potom výraz je –
X = (A . B)“
Typy brán NAND
Existujú dva typy brán NAND na základe počtu vstupov
- 2-vstupová brána NAND
- 3-vstupová brána NAND
2-vstupová brána NAND
Je to najjednoduchšia forma brány NAND, ktorá má dva vstupy a vracia výstup. Sú tam 22= 4 kombinácie vstupu a výstupu.
np nuly
Trojvstupová brána NAND
Ako už názov napovedá, má tri vstupy a iba jeden výstup. Sú tam 23= 8 kombinácií vstupu a výstupu.
Symbol brány AND
Nižšie je uvedený symbol brány NAND, A a B predstavujú dva vstupy. Brána NAND vykonáva logickú operáciu NAND na vstupoch. Výstup je reprezentovaný čiarou siahajúcou od spodnej časti symbolu brány NAND.
The pravdivostná tabuľka dvojvstupovej brány NAND je nasledovné –
Brána NAND
Tabuľka pravdy brány AND
V danej pravdivostnej tabuľke vráti 1, ak sú všetky vstupy 0 alebo alternatívne (to znamená, že jeden je 0 a druhý je 1 alebo naopak). inak vráti 0, ak sú všetky vstupy 1.
3 Vstupná brána NAND
Brána NAND z hľadiska tranzistora
Brána NAND je jedným z hlavných stavebných kameňov digitálnych logických obvodov. Jeho činnosť môže byť vysvetlená aj prostredníctvom konceptu tranzistorov. Tranzistory sú typom polovodič zariadenia, ktoré sa používajú hlavne na zosilnenie alebo spínanie elektronických signálov.
Brána NAND z hľadiska tranzistora
Fungovanie okruhu
Tu vo vyššie uvedenom diagrame sú dva tranzistory pomenované Q1 a Q2, ktoré sú zapojené do série. Svorka kolektora Q1 je spojená s Vcc a tiež s výstupnou svorkou. Emitor Q1 je spojený s kolektorom Q2, čo vytvára spojenie v sériovej konfigurácii. Emitor Q2 je spojený so zemou, ktorá dopĺňa celý obvod.
Vezmime si prípad, keď sú vstupy A a B 0. V tomto prípade bude tranzistor fungovať ako spínač a ukončí spojenie medzi kolektorom a emitorom. Keď je napájanie 5V zapnuté, dosiahne kolektorový terminál priamo prvého tranzistora. Svorka kolektora je spojená s výstupom, takže napájanie 5V ide priamo na výstup. Výstup bude teda VYSOKÝ.
Aplikácie NAND Gate
- Univerzálna brána: Brána NAND sa nazýva univerzálna brána, pretože pomocou nich možno vytvoriť všetky základné logické brány.
- Používa sa na ukladanie údajov: Brány NAND sa používajú na vytváranie prvkov, ako sú klopné obvody a zámky, čo je kľúčový komponent na ukladanie údajov.
- Aritmetická logika: Brány NAND sa vo veľkej miere používajú v aritmetických a logických jednotkách (ALU) výpočtového zariadenia na vykonávanie operácií, ako je sčítanie, odčítanie atď.
- Používa sa v dekodéri a kódovači: Brány NAND sa tiež používajú v obvodoch dekodéra a kódovača na konverziu binárneho kódu na súbor digitálnych signálov a naopak.
- Používa sa v multiplexeroch a demultiplexoroch: Brány NAND sa používajú v multiplexeroch na rozhodnutie, ktorou cestou by sa mal signál dostať, aby dosiahol jeden výstup. Demultiplexor robí presný opak tohto.
- Generátory hodín: Brány NAND používané v generátoroch hodín na generovanie hodinových signálov, ktoré synchronizujú rôzne operácie v digitálnom obvode.
- Logické operácie: Brány NAND sa tiež používajú na implementáciu rôznych logických operácií.
Výhody NAND Gate
- Je to univerzálna brána: Brána NAND je univerzálna brána, takže ju možno použiť na zostavenie akéhokoľvek základného logického hradla bez použitia akejkoľvek inej brány. Tiež dokáže vyriešiť zložité logické problémy.
- Zjednodušte logické výrazy: Iba pomocou brány NAND môžeme zjednodušiť akékoľvek zložité logické obvody a reprezentovať ich jednoduchším spôsobom.
- Málo potrebných komponentov: Hradlo NAND môže reprezentovať akékoľvek iné logické hradlo, hradla NAND môžeme využiť na riešenie zložitých logických výrazov, a preto je potrebný malý počet hradel NAND.
- Nižšia spotreba energie: Implementácia logických funkcií pomocou brány NAND spotrebuje oveľa menej energie ako iné brány.
Nevýhody NAND Gate
- Nedostatok flexibility: Hoci NAND je univerzálna brána, implementácia všetkých logických obvodov pomocou brány NAND nemusí vždy priniesť najlepšie optimalizovaný výsledok.
- rýchlosť: V niektorých prípadoch môže použitie brány NAND viesť k oneskoreniu šírenia, tieto logické výrazy môžu potrebovať na vyriešenie niektoré vyhradené brány.
Vyriešený príklad brány NAND
Implementujte daný obvod pomocou NAND brány.
Máme 4 vstupy pomenované ako A, B, C a D. Tu vykonáme funkčnosť brány NAND pomocou 2 AND brány a 1 brány OR.
A vo výslednej časti použijeme 2 hradla NAND a 1 hradlo OR, aby sme poznali rozdiel medzi funkčnosťou AND ate a hradla NAND.
Schéma obvodu
Riešenie:
Konverzia hradla AND a OR na hradlo NAND a zachovanie rovnakého boolovského výrazu.
Implementujte daný obvod pomocou NAND brány
typy testovania softvéru
Výsledkom je výstup: A'B' + C'D'
Brána NAND – často kladené otázky
Prečo sa brána NAND nazýva Universal Gate?
Brána NAND sa nazýva univerzálna brána, pretože ju možno použiť na vytvorenie akýchkoľvek iných základných logických brán, ako je AND OR NOT, bez toho, aby ste potrebovali pomoc inej brány.
Ako sa brána NAND líši od brány AND?
Keď invertujeme výstup hradla AND, dostaneme hradlo NAND. Znamená to, že výsledok brány AND bude v prípade brány NAND iba obrátený. Je to krátka forma brány NOT-AND.
Ako sa dosiahne operácia logického NOT v bráne NAND?
Logická operácia NOT sa vykonáva na výstupe hradla AND. Hradlo NAND je kombináciou hradla AND a NOT, kde dva alebo viac vstupov vstupuje do vstupu AND a poskytuje jeden výstup, ktorý je potom privádzaný do hradla NOT, ktorý poskytuje doplnok výstupu.