Gates met meerdere ingangen

Het gebruik van logische poort

Omvormers en buffers putten de mogelijkheden voor poortcircuits met één ingang uit. Wat kan er nog meer worden gedaan met een enkel logisch signaal dan het te bufferen of om te keren? Om meer logische poortmogelijkheden te verkennen, moeten we meer ingangsterminals aan de schakeling(en) toevoegen.

Het toevoegen van meer ingangsterminals aan een logische poort verhoogt het aantal ingangsstatusmogelijkheden. Met een poort met één ingang, zoals de omvormer of buffer, kunnen er slechts twee mogelijke ingangstoestanden zijn:ofwel is de ingang "hoog" (1) of is deze "laag" (0).

Zoals eerder in dit hoofdstuk werd vermeld, heeft een poort met twee invoer vier mogelijkheden (00, 01, 10 en 11). Een poort met drie ingangen heeft acht mogelijkheden (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 en 111) voor invoerstatussen.

Het aantal mogelijke ingangstoestanden is gelijk aan twee tot de macht van het aantal ingangen:

Deze toename van het aantal mogelijke ingangstoestanden maakt duidelijk meer complex poortgedrag mogelijk. Nu, in plaats van slechts een enkel "hoog" of "laag" logisch niveau te inverteren of te versterken (bufferen), wordt de output van de poort bepaald door welke combinatie dan ook. van enen en nullen is aanwezig op de ingangsklemmen.

Omdat er zoveel combinaties mogelijk zijn met slechts een paar ingangsklemmen, zijn er veel verschillende soorten poorten met meerdere ingangen, in tegenstelling tot poorten met één ingang die alleen inverters of buffers kunnen zijn. Elk basispoorttype wordt in deze sectie gepresenteerd, met het standaardsymbool, de waarheidstabel en de praktische bediening. De daadwerkelijke TTL-schakelingen van deze verschillende poorten zullen in volgende paragrafen worden onderzocht.

De EN-poort

Een van de gemakkelijkste meervoudige invoerpoorten om te begrijpen is de EN-poort, zo genoemd omdat de uitvoer van deze poort "hoog" zal zijn (1) als en slechts als alle invoer (eerste invoer en de tweede invoer en . . .) zijn “hoog” (1). Als een ingang(en) “laag” (0) is, is de uitgang gegarandeerd ook in een “laag” staat.

Voor het geval je je misschien afvroeg:AND-poorten worden gemaakt met meer dan drie ingangen, maar dit komt minder vaak voor dan de eenvoudige variant met twee ingangen.

Twee-input AND Gate's waarheidstabel

De waarheidstabel van een AND-poort met twee ingangen ziet er als volgt uit:

EN-poort Voorbeeld Circuitwerking

Wat deze waarheidstabel in praktische termen betekent, wordt getoond in de volgende reeks illustraties, waarbij de EN-poort met 2 ingangen is onderworpen aan alle mogelijkheden van logische ingangsniveaus. Een LED (Light-Emitting Diode) geeft een visuele indicatie van het logische uitgangsniveau:

Alleen als alle ingangen zijn verhoogd tot "hoge" logische niveaus, wordt de uitgang van de EN-poort "hoog", waardoor de LED slechts voor één van de vier invoercombinatiestatussen wordt geactiveerd.

De NAND-poort

Een variatie op het idee van de EN-poort wordt de NAND-poort genoemd. Het woord “NAND” is een verbale samentrekking van de woorden NOT en AND.

In wezen gedraagt ​​een NIET-EN-poort zich hetzelfde als een EN-poort met een NIET (inverter) poort aangesloten op de uitgangsklem. Om deze inversie van het uitgangssignaal te symboliseren, heeft het NAND-poortsymbool een bel op de uitgangslijn.

De waarheidstabel voor een NAND-poort is zoals je zou verwachten, precies het tegenovergestelde van die van een EN-poort:

Net als bij EN-poorten, worden NAND-poorten gemaakt met meer dan twee ingangen. In dergelijke gevallen geldt hetzelfde algemene principe:de output zal “laag” (0) zijn als en slechts als alle inputs “hoog” (1) zijn. Als een ingang "laag" (0) is, wordt de uitgang "hoog" (1).

De OK-poort

Onze volgende poort om te onderzoeken is de OF-poort, zo genoemd omdat de uitgang van deze poort "hoog" (1) zal zijn als een van de ingangen (eerste ingang of de tweede ingang of ...) "hoog" is (1 ). De uitgang van een OF-poort wordt “laag” (0) als en alleen als alle ingangen “laag” (0) zijn.

OR-poort waarheidstabel met twee ingangen

De waarheidstabel van een OR-poort met twee ingangen ziet er als volgt uit:

Werking OF Gate Sample Circuit

De volgende reeks illustraties demonstreert de functie van de OF-poort, waarbij de 2-ingangen alle mogelijke logische niveaus ervaren. Een LED (Light-Emitting Diode) geeft een visuele indicatie van het logische uitgangsniveau van de poort:

Als een ingang wordt verhoogd tot een "hoog" logisch niveau, wordt de uitgang van de OF-poort "hoog", waardoor de LED wordt geactiveerd voor drie van de vier invoercombinatiestatussen.

De NOCH-poort

Zoals je misschien al vermoedde, is de NOR-poort een OF-poort waarvan de uitgang omgekeerd is, net zoals een NAND-poort een EN-poort is met een omgekeerde uitgang.

NOR-poorten kunnen, net als alle andere poorten met meerdere ingangen die tot nu toe zijn gezien, worden vervaardigd met meer dan twee ingangen. Toch is hetzelfde logische principe van toepassing:de uitgang wordt "laag" (0) als een van de ingangen "hoog" (1) wordt gemaakt. De uitgang is alleen “hoog” (1) als alle ingangen “laag” (0) zijn.

De Negatieve-EN-poort

Een negatieve EN-poort werkt hetzelfde als een EN-poort met alle ingangen omgekeerd (verbonden via NIET-poorten). In overeenstemming met de standaard conventie voor poortsymbolen, worden deze geïnverteerde invoer aangegeven met bellen.

In tegenstelling tot het eerste instinct van de meeste mensen, is het logische gedrag van een Negatieve-EN-poort niet hetzelfde als een NAND-poort. De waarheidstabel is eigenlijk identiek aan een NOR-poort:

De negatieve-OF-poort

Volgens hetzelfde patroon functioneert een negatief-OF-poort hetzelfde als een OF-poort met alle ingangen omgekeerd. In overeenstemming met de standaard poortsymboolconventie, worden deze geïnverteerde inputs aangeduid met bellen. Het gedrag en de waarheidstabel van een Negatieve OF-poort is hetzelfde als voor een NAND-poort:

De Exclusieve OK-poort

De laatste zes poorttypes zijn allemaal vrij directe variaties op drie basisfuncties:AND, OR en NOT. De Exclusive-OF-poort is echter iets heel anders.

Exclusieve OF-poorten geven een "hoog" (1) logisch niveau af als de ingangen zich op verschillende logische niveaus bevinden, ofwel 0 en 1 of 1 en 0. Omgekeerd geven ze een "laag" (0) logisch niveau af als de ingangen zich op het dezelfde logische niveaus.

De Exclusive-OR (ook wel XOR genoemd) poort heeft zowel een symbool als een waarheidstabelpatroon dat uniek is:

XOR-equivalente circuits

Er zijn equivalente circuits voor een exclusieve OF-poort die bestaat uit EN-, OF- en NIET-poorten, net zoals er waren voor NAND-, NOR- en de negatieve invoerpoorten. Een nogal directe benadering voor het simuleren van een Exclusive-OF-poort is om te beginnen met een gewone OF-poort en vervolgens extra poorten toe te voegen om te voorkomen dat de uitgang "hoog" (1) gaat wanneer beide ingangen "hoog" zijn (1):

In dit circuit fungeert de laatste EN-poort als een buffer voor de uitvoer van de OF-poort wanneer de uitvoer van de NAND-poort hoog is, wat het geval is voor de eerste drie invoerstatuscombinaties (00, 01 en 10). Wanneer beide ingangen echter "hoog" (1) zijn, voert de NAND-poort een "laag" (0) logisch niveau uit, waardoor de laatste EN-poort wordt gedwongen een "lage" (0) uitgang te produceren.

Een ander equivalent circuit voor de exclusieve OF-poort maakt gebruik van een strategie van twee EN-poorten met omvormers, ingesteld om "hoge" (1) uitgangen te genereren voor ingangscondities 01 en 10. Een laatste OF-poort maakt dan een van de EN-poorten mogelijk. hoge” uitgangen om een ​​uiteindelijke “hoge” uitgang te creëren:

Exclusieve OF-poorten zijn erg handig voor circuits waar twee of meer binaire getallen bit-voor-bit moeten worden vergeleken, en ook voor foutdetectie (pariteitscontrole) en codeconversie (binair naar Gray en vice versa).

De exclusieve-NOR-poort

Ten slotte is onze laatste poort voor analyse de Exclusive-NOR-poort, ook wel bekend als de XNOR-poort. Het is gelijk aan een Exclusive-OF-poort met een geïnverteerde uitgang. De waarheidstabel voor deze poort is precies het tegenovergestelde van die van de Exclusieve OF-poort:

Zoals aangegeven door de waarheidstabel, is het doel van een exclusieve-NOR-poort om een ​​"hoog" (1) logisch niveau uit te voeren wanneer beide ingangen zich op hetzelfde logische niveau bevinden (00 of 11).

BEOORDELING:

• Regel voor een EN-poort:uitvoer is alleen "hoog" als eerste invoer en tweede invoer zijn beide "hoog".
• Regel voor een OF-poort:uitgang is "hoog" als ingang A of ingang B zijn "hoog".
• Regel voor een NAND-poort:uitvoer is niet “hoog” als zowel de eerste ingang als de tweede ingang “hoog” zijn.
• Regel voor een NOR-poort:uitvoer is niet “hoog” als ofwel de eerste ingang of de tweede ingang “hoog” zijn.
• Een Negatieve EN-poort gedraagt ​​zich als een NOR-poort.
• Een Negatieve OF-poort gedraagt ​​zich als een NAND-poort.
• Regel voor een exclusieve OF-poort:de output is "hoog" als de logische inputniveaus verschillend zijn .
• Regel voor een Exclusive-NOR-poort:de uitvoer is "hoog" als de logische invoerniveaus dezelfde zijn .

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Basis Logic Gates-werkblad

• Booleaanse algebra-werkblad