Portes lògiques són els components fonamentals de tots els circuits i sistemes digitals. En electrònica digital, n'hi ha set tipus principals de portes lògiques s'utilitza per realitzar diverses operacions lògiques. Una porta lògica és bàsicament un circuit electrònic dissenyat utilitzant components com díodes, transistors, resistències, condensadors , etc., i capaç de realitzar operacions lògiques. En aquest article, estudiarem la definició, la taula de veritat i altres conceptes relacionats amb les portes lògiques. Per tant, comencem amb la introducció bàsica de les portes lògiques.
Taula de contingut
- Què és una porta lògica?
- Tipus de portes lògiques
- I Porta
- O Porta
- NO Porta
- Porta NOR
- Porta NAND
- Porta XOR
- Porta XNOR
- Aplicacions de les portes lògiques
Què és una porta lògica?
A porta lògica és un circuit electrònic dissenyat utilitzant components electrònics com díodes, transistors, resistències i molt més. Com el seu nom indica, una porta lògica està dissenyada per realitzar operacions lògiques en sistemes digitals com ordinadors, sistemes de comunicació, etc.
Per tant, podem dir que els blocs de construcció d'un circuit digital són portes lògiques, que executen nombroses operacions lògiques que requereix qualsevol circuit digital. Una porta lògica pot prendre dues o més entrades, però només produeix una sortida. La sortida d'una porta lògica depèn de la combinació d'entrades i de l'operació lògica que realitza la porta lògica.
Ús de portes lògiques Àlgebra de Boole per executar processos lògics. Les portes lògiques es troben a gairebé tots els gadgets digitals que fem servir de manera habitual. Les portes lògiques s'utilitzen en l'arquitectura dels nostres telèfons, ordinadors portàtils, tauletes i dispositius de memòria.
Tipus de portes lògiques
Una porta lògica és una porta digital que permet manipular dades. Portes lògiques, utilitzeu la lògica per determinar si s'ha de passar o no un senyal. Les portes lògiques, en canvi, regeixen el flux d'informació basant-se en un conjunt de regles.
Les portes lògiques es poden classificar en els següents tipus principals:
1. Portes lògiques bàsiques
Hi ha tres portes lògiques bàsiques:
- I Porta
- O Porta
- NO Porta
2. Portes lògiques universals
En electrònica digital, les dues portes lògiques següents es consideren portes lògiques universals:
- Porta NOR
- Porta NAND
3. Portes lògiques derivades
Les dues següents són les portes lògiques derivades utilitzades en sistemes digitals:
- Porta XOR
- Porta XNOR
Anem a discutir ara cadascun d'aquests tipus de portes lògiques en detall una per una.
I Porta
En electrònica digital, la porta AND és una de les portes lògiques bàsiques que realitza la multiplicació lògica de les entrades aplicades a ella. Genera una sortida alta o 1 lògica, només quan totes les entrades aplicades a ella són altes o 1 lògica. En cas contrari, la sortida de la porta AND és baixa o 0 lògic.
Propietats de AND Gate:
Les següents són dues propietats principals de la porta AND:
- La porta AND pot acceptar dos o més de dos valors d'entrada alhora.
- Quan totes les entrades són 1 lògic, la sortida d'aquesta porta és 1 lògic.
El funcionament d'una porta AND es descriu mitjançant una expressió matemàtica, que s'anomena expressió booleana de la porta AND.
Per a la porta AND de dues entrades, l'expressió booleana ve donada per,
Z = A.B
On, A i B són entrades a la porta AND, mentre que Z denota la sortida de la porta AND.
Podem estendre aquesta expressió a qualsevol nombre de variables d'entrada, com ara,
Z=A.B.C.D…
Taula de veritat de la porta AND:
La taula de veritat d'una porta AND de dues entrades es mostra a continuació:
Entrada | Sortida | |
|---|---|---|
A | B | A I B |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Símbol de la porta AND:
El símbol lògic d'una porta AND de dues entrades es mostra a la figura següent.
Símbol de la porta AND de dues entrades
O Porta
En electrònica digital, hi ha un tipus de porta lògica bàsica que produeix una sortida baixa o 0 lògica només quan totes les seves entrades són baixes o 0 lògic. Per a totes les altres combinacions d'entrada, la sortida de la porta OR és alta o 1 lògic. La porta lògica s'anomena porta OR. Una porta OR es pot dissenyar per tenir dues o més entrades però només una sortida. La funció principal de la porta OR és realitzar l'operació de suma lògica.
Propietats de la porta OR:
Una porta OR té les dues propietats següents:
- Pot tenir dues o més línies d'entrada alhora.
- Quan totes les entrades de la porta OR són baixes o 0 lògic, la sortida és baixa o 0 lògic.
El funcionament d'una porta OR es pot descriure matemàticament mitjançant una expressió matemàtica anomenada expressió booleana de la porta OR.
L'expressió booleana per a una porta OR de dues entrades ve donada per,
Z = A + B
L'expressió booleana per a una porta OR de tres entrades és,
Z = A + B + C
Aquí, A, B i C són entrades i Z són les variables de sortida. Podem estendre aquesta expressió booleana a qualsevol nombre de variables d'entrada.
Taula de veritat de la porta OR:
La taula de veritat d'una porta OR descriu la relació entre les entrades i la sortida. La següent és la taula de veritat per a la porta OR de dues entrades:
Entrada | Sortida | |
|---|---|---|
A | B | A O B |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 granandhra | 1 | 1 |
Símbol de la porta OR:
El símbol lògic d'una porta OR de dues entrades es mostra a la figura següent.
Símbol de la porta OR de dues entrades
NO Porta
En electrònica digital, la porta NOT és una altra porta lògica bàsica que s'utilitza complement d'un senyal d'entrada aplicat a ell. Només necessita una entrada i una sortida. La sortida de la porta NOT és complement de l'entrada que s'hi aplica. Per tant, si apliquem una sortida baixa o 0 lògica a la porta NOT, es dóna una sortida alta o 1 lògica i viceversa. La porta NOT també es coneix com a inversor, ja que realitza l'operació d'inversió.
Propietats de NOT Gate:
- La sortida d'una porta NOT és complementària o inversa de l'entrada que s'hi aplica.
- NOT gate només pren una sortida.
El funcionament lògic de la porta NOT es descriu per la seva expressió booleana, que es mostra a continuació.
Z= overline{A}
La barra sobre la variable d'entrada A representa l'operació d'inversió.
Taula de veritat de la porta OR:
La taula de veritat descriu la relació entre entrada i sortida. La següent és la taula de veritat per a la porta NOT:
Entrada | Sortida |
|---|---|
A | NO A |
0 | 1 |
1 | 0 |
Símbol de NOT Gate
El símbol del circuit lògic d'una porta NOT es mostra a la figura següent. Aquí, A és la línia d'entrada i Z és la línia de sortida.
Símbol de NO la Porta
Porta NOR
La porta NOR és un tipus de porta lògica universal que pot prendre dues o més entrades però una sortida. Bàsicament és una combinació de dues portes lògiques bàsiques, és a dir, la porta OR i la porta NOT. Així, es pot expressar com,
NOR Porta = OR Porta + NOT Porta
En altres paraules, una porta NOR és una porta OR seguida d'una porta NOT.
Propietats de NOR Gate:
Les següents són dues propietats importants de la porta NOR:
- Una porta NOR pot tenir dues o més entrades i dóna una sortida.
- Una porta NOR dóna una sortida alta o lògica 1 només quan totes les seves entrades són baixes o 0 lògic.
De manera similar a les portes lògiques bàsiques, podem descriure el funcionament d'una porta NOR utilitzant una equació matemàtica anomenada expressió booleana de la porta NOR.
L'expressió booleana d'una porta NOR de dues entrades es dóna a continuació:
C=overline{A+B}
Podem estendre aquesta expressió a qualsevol nombre de variables d'entrada.
En les expressions booleanes anteriors, les variables A i B s'anomenen variables d'entrada mentre que la variable C s'anomena variable de sortida.
Taula de veritat de la porta NOR:
La següent és la taula de veritat d'una porta NOR de dues entrades que mostra la relació entre les seves entrades i les seves sortides:
Entrada | Sortida | |
|---|---|---|
A | B | A NI B |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 0 |
Símbol de la porta NOR
matriu java
Porta NAND
En electrònica digital, la porta NAND és un altre tipus de porta lògica universal que s'utilitza per realitzar operacions lògiques. La porta NAND realitza l'operació invertida de la porta AND. Similar a la porta NOR, la porta NAND també pot tenir dues o més línies d'entrada però només una línia de sortida.
La porta NAND també es representa com una combinació de dues portes lògiques bàsiques, la porta AND i la porta NOT. Per tant, es pot expressar com
NAND Gate = AND Gate + NOT Gate
Propietats de la porta NAND:
Les següents són les dues propietats clau de la porta NAND:
- La porta NAND pot prendre dues o més entrades alhora i produeix una sortida basada en la combinació d'entrades aplicades.
- La porta NAND només produeix una sortida baixa o 0 lògica quan totes les seves entrades són altes o 1 lògic.
Podem descriure l'expressió de la porta NAND mitjançant una equació matemàtica anomenada expressió booleana. Aquí hi ha l'expressió booleana d'una porta NAND de dues entrades.
C=overline{AB}
En aquesta expressió, A i B són les variables d'entrada i C és la variable de sortida. Podem estendre aquesta relació a qualsevol nombre de variables d'entrada com tres, quatre o més.
Taula de veritat de la porta NAND:
La taula de veritat és una taula d'entrades i sortides que descriu el funcionament de la porta NAND i mostra la relació lògica entre elles:
Entrada | Sortida | |
|---|---|---|
A | B | A NAND B |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Símbol de la porta NAND:
El símbol lògic d'una porta NAND es representa com una porta AND amb una bombolla a l'extrem de sortida, tal com es mostra a la figura següent. És el símbol d'una porta NAND de dues entrades.
com obrir un fitxer json
Símbol de la porta NAND
Porta XOR
En electrònica digital, hi ha una porta lògica especialment dissenyada anomenada XOR gate, que s'utilitza en circuits digitals per realitzar mòdul sum . També es coneix com Porta OR exclusiva o porta Ex-OR . La porta XOR només pot prendre dues entrades alhora i donar una sortida. La sortida de la porta XOR és alta o lògica 1 només quan les seves dues entrades són diferents.
Propietats de XOR Gate:
Les dues següents són les principals propietats de la porta XOR:
- Només pot acceptar dues entrades alhora. No hi ha res com una porta XOR de tres o més entrades.
- La sortida de la porta XOR és lògica 1 o alta, quan les seves entrades són diferents.
El funcionament de la porta XOR es pot descriure mitjançant una equació matemàtica anomenada expressió booleana. La següent és l'expressió booleana per a la sortida de la porta XOR.
Z=A oplus B
Aquí, Z és la variable de sortida i A i B són les variables d'entrada.
Aquesta expressió també es pot escriure de la següent manera:
Z=A overline{B}+overline{A}B
Taula de veritat de la porta XOR:
La taula de veritat és una taula d'entrades i sortides que descriuen la relació entre elles i el funcionament de la porta XOR per a diferents combinacions d'entrada. La taula de veritat de la porta XOR es mostra a continuació:
Entrada | Sortida | |
|---|---|---|
A | B | A XOR B |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Símbol de la porta XOR:
El símbol lògic d'una porta XOR es mostra a la figura següent.
Símbol de XOR Gate
Porta XNOR
La porta XNOR és un altre tipus de porta lògica de propòsit especial que s'utilitza per implementar funcionament exclusiu en circuits digitals . S'utilitza per implementar l'operació NOR exclusiu en circuits digitals. També s'anomena la porta Ex-NOR o Exclusive NOR. És una combinació de dues portes lògiques, és a dir, la porta XOR i la porta NOT. Així, es pot expressar com,
XNOR Gate = XOR Gate + NOT Gate
La sortida d'una porta XNOR és alta o lògica 1 quan les dues entrades són similars. En cas contrari, la sortida és baixa o lògica 0. Per tant, la porta XNOR s'utilitza com a circuit detector de similitud.
Propietats de XNOR Gate:
Les següents són dues propietats clau de la porta XNOR:
- La porta XNOR només pren dues entrades i produeix una sortida.
- La sortida de la porta XNOR és alta o lògica 1 només quan té entrades similars.
El funcionament de la porta XNOR es pot descriure mitjançant una equació matemàtica anomenada expressió booleana de la porta XNOR. Aquí teniu l'expressió booleana de la porta XNOR.
Y=A odot B
També podem escriure aquesta expressió de la següent manera:
Y=AB + overline{A} overline{B}
Aquí, A i B són entrades i Y és la sortida.
Taula de veritat de XNOR Gate:
A continuació es mostra la taula de veritat de la porta XNOR. Aquesta taula de veritat descriu la relació entre les entrades i la sortida de la porta XNOR.
Entrada | Sortida | |
|---|---|---|
A | B | A XNOR B |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Símbol de XNOR Gate:
El símbol lògic de la porta XNOR es mostra a la figura següent. Aquí, A i B són entrades i Y és la sortida.
Símbol de la porta XNOR
Aplicacions de les portes lògiques
Les portes lògiques són els elements bàsics de tots els circuits i dispositius digitals com els ordinadors. Aquests són alguns dispositius digitals clau en els quals s'utilitzen portes lògiques per dissenyar els seus circuits:
- Ordinadors
- Microprocessadors
- Microcontroladors
- Rellotges digitals i intel·ligents
- Telèfons intel·ligents, etc.
Basat en portes lògiques: preguntes freqüents
Què són les portes lògiques?
Les portes lògiques són circuits digitals que realitzen operacions lògiques a l'entrada que se'ls proporciona i produeixen una sortida adequada.
Què són les portes universals?
Per dur a terme un procés lògic específic, les portes universals es creen fusionant dues o més portes fonamentals. Les portes universals són portes NAND i NOR.
Quina és la sortida d'una porta NOT quan s'aplica l'entrada 0?
Perquè NOT gate és un inversor. Com a resultat, si s'utilitza 0 com a entrada, la sortida serà 1.
Quina porta lògica es coneix com a inversor?
Un inversor també es coneix com a porta NOT. La sortida obtinguda és la inversa de l'entrada.
Quina és l'expressió booleana de la porta OR?
Si A i B són l'entrada, la sortida de la porta OR es pot donar com a Y=A+B.
Quina és l'expressió booleana de la porta XNOR?
Si A i B són l'entrada, la sortida de la porta XNOR es pot donar com a Y=A.B+A'B'.