Λογικές πύλες (OR, AND, NOT, NAND και NOR)
Η λογική πύλη μπορεί να περιγραφεί ως μια συσκευή που λειτουργεί ως δομικό στοιχείο σε ψηφιακά κυκλώματα. Εκτελούν λογικές εργασίες, που αποτελούν τη βάση των ψηφιακών κυκλωμάτων. Οι περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές είναι εξοπλισμένες με τουλάχιστον μία λογική πύλη στα κυκλώματά τους. Για παράδειγμα, οι λογικές πύλες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τεχνολογία όπως tablet, smartphone ή εσωτερικές συσκευές μνήμης.
Στο σύστημα, οι λογικές πύλες αποφασίζουν τη λειτουργία αναλύοντας ένα μείγμα ψηφιακών σημάτων που προέρχονται από τις εξόδους του. Οι περισσότερες από αυτές τις λογικές πύλες διαθέτουν δύο εισόδους και μία έξοδο.
Οι λογικές πύλες είναι ενσωματωμένες στην άλγεβρα Boole. Ανά πάσα στιγμή, κάθε τερματικό είναι μία από τις δύο δυαδικές καταστάσεις, αληθής ή ψευδής. Το False δείχνει 0 και το true είναι 1. Η δυαδική έξοδος μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της λογικής πύλης που χρησιμοποιείται και τον αριθμό των εισόδων που χρησιμοποιούνται. Η λογική πύλη θα μπορούσε να θεωρηθεί ηλεκτρικός διακόπτης όπου η έξοδος είναι ενεργοποιημένη, δηλαδή 1, ενώ σε άλλη θέση, η έξοδος είναι απενεργοποιημένη, η οποία είναι στο 0. Οι λογικές πύλες χρησιμοποιούνται συνήθως ως ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC).
Σε αυτό το υλικό μελέτης Logic gates (OR, AND, NOT, NAND and NOR), θα μάθουμε για τις βασικές λογικές πύλες.
Βασικές λογικές πύλες
Υπάρχουν επτά λογικές πύλες:AND, OR, XOR, NOT, NAND, NOR και XNOR. Δείτε τις σημειώσεις του υλικού μελέτης στις Λογικές πύλες (OR, AND, NOT, NAND και NOR).
ΚΑΙ
Η πύλη AND πήρε το όνομά της επειδή εάν το 0 αναφέρεται ως "false" ενώ το 1 περιγράφεται ως "true", η πύλη λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως ο λογικός τελεστής "and". Ο παρακάτω πίνακας και η εικόνα έχουν το σύμβολο του κυκλώματος και τις λογικές διαμορφώσεις για και πύλη.
Πίνακας αλήθειας
| Εισαγωγή | Έξοδος | |
| A | B | Y |
| 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 |
Οι ακροδέκτες εισόδου εμφανίζονται στα αριστερά στο διάγραμμα, ενώ ένας ακροδέκτης εξόδου βρίσκεται στα δεξιά. Αυτή η έξοδος θα είναι "true" όταν και οι δύο είσοδοι ταιριάζουν με το "true". Εάν όχι, η έξοδος θα είναι "false". Αυτό σημαίνει ότι η έξοδος είναι μόνο 1 όταν οι είσοδοι ένα και δύο είναι και οι δύο 1.
Ή
Η πύλη OR ονομάζεται επειδή λειτουργεί παρόμοια με τον λογικό τελεστή "or". Η έξοδος του θα είναι "true" όταν η μία ή και οι δύο είσοδοι ταιριάζουν με "true". Όταν και οι δύο είσοδοι διαβάζουν "false", η έξοδος είναι "false". Για να είναι η έξοδος τουλάχιστον μία, η είσοδος μία ή δύο πρέπει να είναι 1.
Πίνακας αλήθειας
| Εισαγωγή | Έξοδος | |
| A | B | Y |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
XOR
Η πύλη XOR (exclusive-OR) λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως η λογική "είτε/ή". Αυτή η έξοδος μπορεί να περιγραφεί ως "αληθής" όταν μία (αλλά όχι και οι δύο) από τις εισόδους είναι "αληθής". Είναι "false" όταν οι είσοδοι και των δύο είναι "false" ή όταν οι είσοδοι και των δύο είναι "true". Μια άλλη προσέγγιση στο κύκλωμα είναι ότι η έξοδος θα είναι 1 όταν οι είσοδοι διαφέρουν. Ωστόσο, είναι 0 εάν και οι δύο είσοδοι είναι ίδιες.
Πίνακας αλήθειας
| Εισαγωγή | Έξοδος | |
| A | B | Y |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
ΟΧΙ
Ένας λογικός μετατροπέας ονομάζεται μερικές φορές πύλη NOT για να τον διακρίνει από άλλες ηλεκτρονικές συσκευές μετατροπέα. Έχει μία είσοδο. Η λογική είναι αντίστροφη. Εάν η είσοδος είναι μία, η έξοδος είναι 0. Εάν η τιμή εισόδου είναι 0, η έξοδος θα είναι 1.
Πίνακας αλήθειας
| Εισαγωγή | Έξοδος |
| A | Y |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
NAND
Η πύλη NAND είναι μια καθολική πύλη. Η πύλη NAND λειτουργεί σαν μια πύλη AND που ακολουθείται από μια πύλη NOT. Λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως η λογική πράξη «και» και ακολουθείται από άρνηση. Η έξοδος του θα είναι "false" όταν και οι δύο είσοδοι είναι "true". Σε άλλες περιπτώσεις, η έξοδος θα είναι "true".
Πίνακας αλήθειας
| Εισαγωγή | Έξοδος | |
| A | B | Y |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
NOR
Μια πύλη NOR, μια γενική πύλη, μπορεί να περιγραφεί ως ένας συνδυασμός μιας πύλης OR που ακολουθείται από έναν μετατροπέα. Η έξοδος της πύλης είναι "true" όταν κάθε είσοδος είναι "false". Εάν όχι, η έξοδος θα είναι "false".
Πίνακας αλήθειας
| Εισαγωγή | Έξοδος | |
| A | B | Y |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
XNOR
Η πύλη XNOR (exclusive-NOR) είναι μια πύλη XOR με έναν μετατροπέα στο άκρο. Η έξοδος της πύλης είναι "true" όταν και οι δύο είσοδοι είναι ίδιες και "false" όταν οι είσοδοι διαφέρουν.
Πίνακας αλήθειας
| Εισαγωγή | Έξοδος | |
| A | B | Y |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Με τη βοήθεια αυτών των πυλών μπορούν να πραγματοποιηθούν σύνθετες λειτουργίες. Θεωρητικά, δεν υπάρχει όριο στον αριθμό των πυλών που θα μπορούσαν να συνδυαστούν σε μία μόνο συσκευή. Στην πραγματικότητα, ωστόσο, το όριο τίθεται στον αριθμό των πυλών που θα μπορούσαν να συσκευαστούν σε έναν φυσικό χώρο. Τα ψηφιακά IC μπορούν να έχουν μια σειρά από λογικές πύλες. Θα βρείτε ψηφιακές συσκευές που έχουν την καλύτερη ταχύτητα και μπορούν να περιλαμβάνουν πιο περίπλοκες λειτουργίες καθώς προχωρά η τεχνολογία των IC.
Σύνθεση Λογικών Πυλών
Σε αυτές τις σημειώσεις του υλικού μελέτης για τις Λογικές πύλες (OR. ΚΑΙ. ΟΧΙ. NAND και NOR), θα μάθουμε τώρα τη βασική σύνθεση των λογικών πυλών.
Διάφορα επίπεδα τάσης εκφράζουν υψηλές ή χαμηλές δυαδικές συνθήκες. Η κατάσταση της λογικής του τερματικού μπορεί να αλλάζει και συνήθως αλλάζει συχνά ενώ το κύκλωμα επεξεργάζεται δεδομένα. Στις περισσότερες λογικές πύλες, υπάρχει μια χαμηλή κατάσταση σε περίπου μηδενική τάση (0 V) και η κατάσταση υψηλής είναι περίπου πέντε Volts θετική (+5 V).
Οι λογικές πύλες είναι κατασκευασμένες από αντιστάσεις και τρανζίστορ ή διόδους. Οι αντιστάσεις χρησιμοποιούνται συνήθως ως pull-up και pull-down αντιστάσεις. Οι αντιστάσεις έλξης και κατεβάσματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν όταν οι αχρησιμοποίητες είσοδοι λογικής πύλης συνδέονται στο λογικό επίπεδο 1 ή 0. Αυτό θα αποτρέψει οποιαδήποτε εσφαλμένη αλλαγή της πύλης. Οι αντιστάσεις έλξης συνδέονται Vcc (+5V) και οι αντιστάσεις έλξης συνδέονται με τη γείωση (0 V).
Οι λογικές πύλες που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν το TTL καθώς και το CMO. Transistor-Transistor Logic ή TTL, τα IC θα χρησιμοποιούν διπολικά τρανζίστορ διασταύρωσης – τύπου PNP και NPN. Τα συμπληρωματικά IC πυριτίου οξειδίου μετάλλου (CMOS) είναι κατασκευασμένα από τρανζίστορ τύπου JFET και MOSFET. Τα TTL IC προσδιορίζονται συνήθως με το όνομα 7400 series. Από την άλλη πλευρά, τα IC CMOS μπορούν να ταυτιστούν με τη σειρά 4000.
Εφαρμογή Λογικών Πυλών
Οι λογικές πύλες έρχονται με ένα ευρύ φάσμα πιθανών εφαρμογών. Ωστόσο, βασίζονται ως επί το πλείστον στη μέθοδο λειτουργίας τους καθώς και στον πίνακα αληθείας τους. Οι πιο βασικές λογικές πύλες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κυκλώματα όπως συναγερμοί διαρρήξεων με ενεργοποίηση φωτός, αυτοματοποιημένο σύστημα ποτίσματος, κλειδαριές με κουμπιά, θερμοστάτες ασφαλείας και άλλος ηλεκτρονικός εξοπλισμός.
Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα είναι ότι οι λογικές πύλες χρησιμοποιούνται σε διάφορους συνδυασμούς όταν οι διαδικασίες προχωρούν. Στα ηλεκτρονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC), μπορούμε να δούμε μια σειρά από μονάδες περιοχής λογικής πύλης.
Συμπέρασμα
Οι λογικές πύλες είναι μια κρίσιμη έννοια που πρέπει να λάβετε υπόψη όταν μελετάτε ηλεκτρονικά. Αυτές είναι σημαντικές ψηφιακές συσκευές που είναι κατασκευασμένες γύρω από τη συνάρτηση Boolean. Οι λογικές πύλες εκτελούν λογικές πράξεις στη δυαδική είσοδο μεμονωμένων ή πολλαπλών πηγών και παρέχουν μια ενιαία δυαδική έξοδο. Με απλά λόγια, οι λογικές πύλες περιλαμβάνουν τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που αποτελούν μέρος του ψηφιακού συστήματος και διατίθενται σε 7 τύπους – AND, OR, XOR, NOT, NAND, NOR και XNOR.
