Giới thiệu các cổng logic

Cổng logic là khối thiết kế xây dựng cơ bản của bất kể mạng lưới hệ thống kỹ thuật số nào. Nó là một mạch điện tử có một hoặc nhiều ngõ vào và chỉ có một ngõ ra. Mối quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra dựa trên một logic nhất định. Dựa trên điều này, những cổng logic được đặt tên là cổng AND, cổng OR, cổng NOT, v.v. .
Cổng logic hoàn toàn có thể được sản xuất bằng những công nghệ tiên tiến khác nhau ( lưỡng cực, MOS ), hoàn toàn có thể được tổng hợp bằng những linh phụ kiện rời nhưng thường được sản xuất bởi những công nghệ tiên tiến tích hợp IC ( Intergrated circuit ). Cổng logic được sử dụng trong vi giải quyết và xử lý, vi điều khiển và tinh chỉnh, những ứng dụng mạng lưới hệ thống nhúng và trong những mạch điện và điện tử .
Có tổng thể 7 cổng logic : NOT, AND, OR, NAND, NOR, EX-OR và EX-NOR. Ký hiệu, hoạt động giải trí và ứng dụng của những cổng logic này được trình diễn bên dưới .

Cổng NOT

Cổng NOT chỉ có một ngõ vào và một ngõ ra. Cổng NOT dùng để thực hiện phép NOT hay phép phủ định trong đại số Boole. Cổng NOT còn được gọi là cổng ĐẢO (Inverter).

Ký hiệu

Bảng trạng thái

Ngõ vào	Ngõ ra
A	Q
0	1
1	0

Nhận xét : Ngõ vào và ngõ ra có mức logic trái ngược nhau .

Biểu thức logic:

Cổng AND

Cổng AND dùng thực thi hàm AND của 2 hay nhiều biến. Cổng AND có số ngõ vào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra. Ngõ ra cổng là hàm AND của những biến ngõ vào .

Ký hiệu

Bảng trạng thái

Các ngõ vào		Ngõ ra
A	B	Q
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Nhận xét :

• Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao.
• Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại.

Biểu thức logic

Q = A.B

Cổng OR

Cổng OR dùng thực thi hàm OR của 2 hay nhiều biến. Cổng OR có số ngõ vào tuỳ thuộc vào số biến và có một ngõ ra. Ngõ ra cổng là hàm OR của những biến ngõ vào .

Ký hiệu

Bảng trạng thái

Các ngõ vào		Ngõ vào
A	B	Q
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Nhận xét :

• Ngõ ra cổng OR chỉ ở mức thấp khi tất cả các ngõ vào xuống thấp.
• Khi có một ngõ vào bằng 1, ngõ ra bằng 1 bất chấp các ngõ vào còn lại.

Biểu thức logic

Q. = A + B

Cổng NAND

Cổng NAND là phối hợp của cổng AND và cổng NOT. Ngõ ra của cổng NAND là hòn đảo với ngõ ra cổng AND.

Ký hiệu

Bảng trạng thái

Các ngõ vào		Ngõ ra
A	B	Q
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Nhận xét :

• Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0.
• Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1.

Biểu thức logic

Cổng NOR

Cổng NOR là tích hợp của cổng OR và cổng NOT. Ngõ ra của cổng NOR là hòn đảo với ngõ ra cổng OR .

Ký hiệu

Bảng trạng thái

Các ngõ vào		Ngõ ra
A	B	Q
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

Nhận xét :

• Ngõ ra cổng NOR = 1 khi tất cả các ngõ vào của nó có giá trị 0.
• Ngõ ra cổng NOR = 0 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó có giá trị 1

Biểu thức logic

Cổng EX-OR

Cổng EX-OR dùng để thực thi hàm EX-OR. Cổng EX-OR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra .

Ký hiệu

Bảng trạng thái

Các ngõ vào		Ngõ ra
A	B	Q
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Nhận xét :

• Ngõ ra của cổng EX-OR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic bằng nhau.
• Ngõ ra của cổng EX-OR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic khác nhau.

Biểu thức logic

Cổng EX-NOR

Cổng EX-NOR là phối hợp của cổng EX-OR và cổng NOT, dùng để thực thi hàm EX-NOR. Cổng EX-NOR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra .

Ký hiệu

Bảng trạng thái

Các ngõ vào		Ngõ ra
A	B	Q
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Nhận xét :

• Ngõ ra của cổng EX-NOR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic khác nhau.
• Ngõ ra của cổng EX-NOR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic bằng nhau.

Biểu thức logic

Sự kết hợp của các cổng logic

Các cổng logic hoàn toàn có thể phối hợp lại với nhau để tạo ra một mạch logic thực thi một nhu yếu đơn cử nào đó. Bảng trạng thái hoàn toàn có thể được sử dụng để xác lập tính năng của một mạch tổng hợp được hiển thị bên dưới :

Đầu tiên, tất cả chúng ta tạo ra một bảng hiển thị tổng thể những trạng thái hoàn toàn có thể có ở những ngõ vào A, B, C với những cột bổ trợ cho mỗi ngõ ra trung gian ( D và E ) cũng như ngõ ra sau cuối ( Q. ). Sau đó, tính ra tổng thể những trạng thái ngõ ra trung gian, điền vào bảng như bạn thấy trên hình. Các ngõ ra trung gian này tạo thành những ngõ vào cho cổng tiếp theo để bạn hoàn toàn có thể sử dụng chúng để xác lập trạng thái logic của ngõ ra tiếp theo, trong ví dụ này là ngõ ra sau cuối ( Q. )

D = NOT (A OR B)
E = B AND C
Q = D OR E = (NOT (A OR B)) OR (B AND C)

Bảng trạng thái hay bảng chân trị ở trên cho thấy trạng thái hay mức logic của những ngõ ra trung gian D và E cũng như ngõ ra sau cuối Q. tương ứng với mức logic ở những ngõ vào A, B, C .

Sự đa năng của cổng NAND và cổng NOR

Tất cả những biểu thức logic đều hoàn toàn có thể được kiến thiết xây dựng trải qua những cổng NOT, AND và OR. Tuy nhiên, để thực thi những biểu thức mà chỉ dùng một loại cổng NAND ( hay cổng NOR ), tất cả chúng ta sẽ biến hóa cổng NAND ( hay cổng NOR ) để triển khai những cổng logic cơ bản AND, OR, NOT tương tự như sau :

Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NAND

Thực hiện các cổng logic cơ bản bằng cổng NOR

Để minh họa cho yếu tố vừa trình diễn ở trên, tất cả chúng ta xem ví dụ sau đây .
Biến đổi mạch logic bên dưới về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NAND .

Chúng ta thấy rằng mạch này có 3 cổng khác nhau ( NOR, AND và OR ) để kiến thiết mạch này thì cần phải có ba IC khác nhau cho mỗi loại cổng .
Để phong cách thiết kế lại mạch logic này bằng cách sử dụng cổng NAND, tất cả chúng ta sẽ sửa chữa thay thế mỗi cổng bằng những cổng NAND tương tự của nó, như hình dưới đây .

Sau đó, tất cả chúng ta đơn thuần mạch bằng cách xóa những cặp cổng NOT liền kề ( được lưu lại X ở hình trên ). Điều này hoàn toàn có thể được triển khai vì khi hai cổng NOT mắc tiếp nối đuôi nhau nhau thì trạng thái logic ở ngõ vào và ngõ ra là giống nhau. Hình dưới đây cho thấy mạch logic sau khi đơn thuần .

Mạch logic ở đầu cuối có năm cổng NAND và chỉ dùng hai IC ( với bốn cổng cho mỗi IC ). Rõ ràng, mạch này tốt hơn so với mạch bắt đầu vì số lượng IC sử dụng ít hơn. Điều này dẫn đến việc thiết kế mạch sẽ thuận tiện và tiết kiệm chi phí được ngân sách hơn .

Tất nhiên, mạch logic ở trên cũng có thể biến đổi về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NOR. Các bạn hãy suy nghĩ cách thực hiện nhé.

Như vậy, tất cả chúng ta thấy rằng bất kể một mạch logic nào cũng hoàn toàn có thể chuyển về dạng mạch chỉ dùng một loại cổng NAND hay cổng NOR. Chính vì điều này mà cổng NAND và cổng NOR được gọi là hai cổng đa năng .

Ứng dụng của cổng logic

Các ứng dụng của cổng logic hầu hết được xác lập dựa trên bảng trạng thái của chúng, tức là phương pháp hoạt động giải trí của chúng. Các cổng logic cơ bản được sử dụng trong nhiều mạch điện như khóa nút nhấn, kích hoạt báo trộm bằng ánh sáng, bộ kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ, mạng lưới hệ thống tưới nước tự động hóa, v.v.
Ngoài ra, cổng logic cũng chính là những thành phần cấu thành nên những mạch tổng hợp ví dụ điển hình như mạch giải thuật, mạch mã hóa, mạch đa hợp, mạch giải phức hợp, …

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử