تعرف على بوابات المنطق الأساسية مع جداول الحقيقة

تعرف على بوابات المنطق الأساسية مع جداول الحقيقة

في الوقت الحاضر ، أصبحت أجهزة الكمبيوتر جزءًا لا يتجزأ من الحياة لأنها تؤدي العديد من المهام والعمليات في فترة زمنية قصيرة جدًا. تتمثل إحدى أهم وظائف وحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر في إجراء عمليات منطقية باستخدام أجهزة مثل دوائر متكاملة تقنيات البرمجيات و الدوائر الإلكترونية و. لكن كيفية أداء هذه الأجهزة والبرامج لمثل هذه العمليات هي لغز غامض. من أجل الحصول على فهم أفضل لمثل هذه القضية المعقدة ، يجب أن نتعرف على مصطلح المنطق المنطقي ، الذي طوره جورج بول. لإجراء عملية بسيطة ، تستخدم أجهزة الكمبيوتر أرقامًا ثنائية بدلاً من الأرقام الرقمية. يتم تنفيذ جميع العمليات بواسطة بوابات Basic Logic. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ماهية بوابات منطقية أساسية في الإلكترونيات الرقمية وعملهم.



ما هي بوابات المنطق الأساسية؟

البوابة المنطقية هي لبنة بناء أساسية لدائرة رقمية بها مدخلين ومخرج واحد. العلاقة بين i / p و o / p مبنية على منطق معين. يتم تنفيذ هذه البوابات باستخدام مفاتيح إلكترونية مثل الترانزستورات والثنائيات. ولكن ، من الناحية العملية ، يتم إنشاء البوابات المنطقية الأساسية باستخدام تقنية CMOS و FETS و MOSFET (أكسيد المعادن أشباه الموصلات FET) s . هي البوابات المنطقية المستخدمة في المعالجات الدقيقة والميكروكونترولر ، وتطبيقات النظام المضمنة ، والإلكترونية و دارات المشروع الكهربائي . يتم تصنيف البوابات المنطقية الأساسية إلى سبعة: AND و OR و XOR و NAND و NOR و XNOR و NOT. هذه البوابات المنطقية مع رموز البوابة المنطقية وجداول الحقيقة موضحة أدناه.


عملية البوابات المنطقية الأساسية

عملية البوابات المنطقية الأساسية





ما هي بوابات المنطق السبعة الأساسية؟

تصنف البوابات المنطقية الأساسية إلى سبعة أنواع: بوابة AND ، بوابة OR ، بوابة XOR ، بوابة NAND ، بوابة NOR ، بوابة XNOR ، وبوابة NOT. يستخدم جدول الحقيقة لإظهار وظيفة البوابة المنطقية. تحتوي جميع البوابات المنطقية على مدخلين باستثناء البوابة NOT التي تحتوي على مدخل واحد فقط.

عند رسم جدول الحقيقة ، يتم استخدام القيم الثنائية 0 و 1. كل مجموعة ممكنة تعتمد على عدد المدخلات. إذا كنت لا تعرف البوابات المنطقية وجداول الحقيقة الخاصة بها وتحتاج إلى إرشادات بشأنها ، يرجى الاطلاع على مخطط المعلومات الرسومي التالي الذي يقدم نظرة عامة على البوابات المنطقية مع رموزها وجداول الحقيقة.



لماذا نستخدم بوابات المنطق الأساسية؟

تُستخدم البوابات المنطقية الأساسية لأداء الوظائف المنطقية الأساسية. هذه هي اللبنات الأساسية في الدوائر المتكاملة الرقمية (الدوائر المتكاملة). تستخدم معظم البوابات المنطقية مدخلين ثنائيين وتولد ناتجًا واحدًا مثل 1 أو 0. في بعض الدوائر الإلكترونية ، يتم استخدام عدد قليل من البوابات المنطقية بينما في بعض الدوائر الأخرى ، تشتمل المعالجات الدقيقة على ملايين البوابات المنطقية.

يمكن تنفيذ البوابات المنطقية من خلال الثنائيات والترانزستورات والمرحلات والجزيئات والبصريات بخلاف العناصر الميكانيكية المختلفة. لهذا السبب ، يتم استخدام البوابات المنطقية الأساسية مثل الدوائر الإلكترونية.


ثنائي وعشري

قبل الحديث عن جداول الحقيقة للبوابات المنطقية ، من الضروري معرفة خلفية الأرقام الثنائية والعشرية. نعلم جميعًا الأعداد العشرية التي نستخدمها في العمليات الحسابية اليومية مثل 0 إلى 9. وهذا النوع من نظام الأرقام يتضمن الأساس 10. بالطريقة نفسها ، يمكن استخدام الأرقام الثنائية مثل 0 و 1 للدلالة على الأرقام العشرية عندما تكون قاعدة الأرقام الثنائية هي 2.

تكمن أهمية استخدام الأرقام الثنائية هنا في الإشارة إلى موضع التبديل وإلا موضع الجهد للمكون الرقمي. هنا يمثل 1 إشارة عالية أو عالية الجهد بينما '0' يحدد الجهد المنخفض أو إشارة منخفضة. لذلك ، بدأ الجبر البولي. بعد ذلك ، تتم مناقشة كل بوابة منطقية بشكل منفصل وتحتوي على منطق البوابة وجدول الحقيقة ورمزها النموذجي.

أنواع البوابات المنطقية

تتم مناقشة الأنواع المختلفة من البوابات المنطقية والرموز مع جداول الحقيقة أدناه.

بوابات المنطق الأساسية

بوابات المنطق الأساسية

والبوابة

البوابة AND هي ملف بوابة المنطق الرقمي باستخدام 'n' i / ps one o / p ، والذي يؤدي اقترانًا منطقيًا استنادًا إلى مجموعات مدخلاته. يكون خرج هذه البوابة صحيحًا فقط عندما تكون جميع المدخلات صحيحة. عندما يكون إدخال واحد أو أكثر من مدخلات i / ps للبوابة AND خاطئًا ، فسيكون ناتج البوابة AND فقط خاطئًا. يظهر أدناه رمز وجدول الحقيقة لبوابة AND مع مدخلين.

AND البوابة وجدول الحقيقة الخاص بها

AND البوابة وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة OR

بوابة OR هي بوابة منطقية رقمية بـ 'n' i / ps وواحدة o / p ، والتي تقوم بتنفيذ الاقتران المنطقي بناءً على مجموعات مدخلاتها. يكون خرج بوابة OR صحيحًا فقط عندما يكون أحد المدخلات أو أكثر صحيحًا. إذا كانت جميع وحدات الإدخال / الإخراج الخاصة بالبوابة خاطئة ، فسيكون ناتج البوابة OR فقط خاطئًا. يظهر أدناه رمز وجدول الحقيقة لبوابة OR مع مدخلين.

بوابة OR وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة OR وجدول الحقيقة الخاص بها

ليس بوابة

البوابة NOT هي بوابة منطقية رقمية بمدخل واحد ومخرج واحد يعمل على تشغيل العاكس للمدخل. ناتج بوابة NOT هو عكس المدخلات. عندما يكون إدخال البوابة NOT صحيحًا ، فسيكون الناتج خطأ والعكس صحيح. يظهر أدناه رمز وجدول الحقيقة لبوابة NOT بإدخال واحد. باستخدام هذه البوابة ، يمكننا تنفيذ بوابات NOR و NAND

NOT البوابة وجدول الحقيقة الخاص بها

NOT البوابة وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة ناند

بوابة NAND هي بوابة منطقية رقمية مع 'n' i / ps وواحد o / p ، والتي تؤدي تشغيل البوابة AND متبوعة بتشغيل بوابة NOT. تم تصميم بوابة NAND من خلال الجمع بين بوابات AND و NOT. إذا كان مدخل بوابة NAND مرتفعًا ، فسيكون خرج البوابة منخفضًا. يظهر الرمز وجدول الحقيقة لبوابة NAND مع مدخلين أدناه.

بوابة NAND وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة NAND وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة NOR

بوابة NOR هي بوابة منطقية رقمية بمدخلات n ومخرج واحد ، والتي تقوم بتشغيل بوابة OR تليها بوابة NOT. تم تصميم بوابة NOR من خلال الجمع بين بوابة OR و NOT. عندما يكون أي من i / ps لبوابة NOR صحيحًا ، فسيكون خرج بوابة NOR خاطئًا. يظهر أدناه رمز وجدول الحقيقة لبوابة NOR مع جدول الحقيقة.

بوابة NOR وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة NOR وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة حصرية- OR

بوابة Exclusive-OR هي بوابة منطقية رقمية ذات مدخلين ومخرج واحد. الشكل المختصر لهذه البوابة هو Ex-OR. يعمل على أساس تشغيل بوابة OR. . إذا كان أحد مدخلات هذه البوابة مرتفعًا ، فسيكون خرج بوابة EX-OR مرتفعًا. يتم عرض رمز وجدول الحقيقة لـ EX-OR أدناه.

بوابة EX-OR وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة EX-OR وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة NOR الحصرية

بوابة Exclusive-NOR هي بوابة منطقية رقمية ذات مدخلين ومخرج واحد. الشكل المختصر لهذه البوابة هو Ex-NOR. يعمل على أساس تشغيل بوابة NOR. عندما يكون كل من مدخلات هذه البوابة مرتفعًا ، فسيكون خرج بوابة EX-NOR مرتفعًا. ولكن ، إذا كان أحد المدخلات مرتفعًا (ولكن ليس كلاهما) ، فسيكون الناتج منخفضًا. يتم عرض رمز وجدول الحقيقة لـ EX-NOR أدناه.

بوابة EX-NOR وجدول الحقيقة الخاص بها

بوابة EX-NOR وجدول الحقيقة الخاص بها

يتم تحديد تطبيقات البوابات المنطقية بشكل أساسي بناءً على جدول الحقيقة الخاص بها ، أي طريقة عملها. تُستخدم البوابات المنطقية الأساسية في العديد من الدوائر مثل قفل الزر الذي يتم تنشيطه بالضوء إنذار ضد السرقة ، ترموستات أمان ، نظام سقي تلقائي ، إلخ.

جدول الحقيقة للتعبير عن حلبة البوابة المنطقية

يمكن التعبير عن دارة البوابة باستخدام طريقة شائعة تُعرف بجدول الحقيقة. يتضمن هذا الجدول جميع مجموعات حالات الإدخال المنطقية إما عالية (1) أو منخفضة (0) لكل طرف إدخال للبوابة المنطقية من خلال مستوى منطق الإخراج المكافئ مثل مرتفع أو منخفض. تظهر دائرة البوابة المنطقية NOT أعلاه وجدول الحقيقة الخاص بها سهل للغاية بالفعل

جداول الحقيقة للبوابات المنطقية معقدة للغاية ولكنها أكبر من بوابة NOT. يجب أن يشتمل جدول الحقيقة لكل بوابة على العديد من الصفوف مثل وجود احتمالات لتركيبات حصرية للمدخلات. على سبيل المثال ، بالنسبة للبوابة NOT ، هناك احتمالان للمدخلات إما 0 أو 1 ، بينما بالنسبة للبوابة المنطقية ذات الإدخالين ، هناك أربعة احتمالات مثل 00 ، 01 ، 10 & 11. وبالتالي ، فهي تتضمن أربعة صفوف لـ جدول الحقيقة المكافئ.

بالنسبة للبوابة المنطقية المكونة من 3 مدخلات ، هناك 8 مدخلات محتملة مثل 000 ، 001 ، 010 ، 011 ، 100 ، 101 ، 110 و 111. لذلك ، يلزم وجود جدول حقيقة يتضمن 8 صفوف. رياضيا ، العدد المطلوب من الصفوف في جدول الحقيقة يعادل 2 زيادة إلى قوة لا. من محطات i / p.

التحليلات

يتم تمثيل إشارات الجهد في الدوائر الرقمية بقيم ثنائية مثل 0 و 1 محسوبة بالرجوع إلى الأرض. يشير نقص الجهد بشكل أساسي إلى '0' في حين أن وجود جهد إمداد كامل للتيار المستمر يشير إلى '1'.

البوابة المنطقية هي نوع خاص من دارات مكبر الصوت المصممة بشكل أساسي للإدخال وكذلك جهد مستوى منطق الإخراج. غالبًا ما يتم ترميز دارات البوابة المنطقية بمخطط تخطيطي من خلال رموزها الحصرية بدلاً من مقاوماتها وترانزستوراتها الأساسية.

تمامًا كما هو الحال مع Op-Amps (مكبرات الصوت التشغيلية) ، غالبًا ما يتم وضع وصلات مصدر الطاقة بالبوابات المنطقية في غير محلها في المخططات التخطيطية من أجل البساطة. يتضمن مجموعات مستوى منطق الإدخال المحتمل من خلال مستويات منطق الإخراج الخاصة بهم.

ما هي أسهل طريقة لتعلم بوابات المنطق؟

أسهل طريقة لمعرفة وظيفة البوابات المنطقية الأساسية موضحة أدناه.

  • بالنسبة لـ AND Gate - إذا كان كلا المدخلات مرتفعًا ، يكون الناتج مرتفعًا أيضًا
  • بالنسبة لبوابة OR - إذا كان أحد المدخلات على الأقل مرتفعًا ، يكون الناتج مرتفعًا
  • بالنسبة لبوابة XOR - إذا كان الحد الأدنى للإدخال مرتفعًا ، فسيكون الناتج مرتفعًا فقط
  • بوابة NAND - إذا كان الحد الأدنى للإدخال منخفضًا ، يكون الناتج مرتفعًا
  • بوابة NOR - إذا كان كلا المدخلين منخفضين ، يكون الناتج مرتفعًا.

نظرية مورغان

تنص النظرية الأولى لـ DeMorgan على أن البوابة المنطقية مثل NAND تساوي بوابة OR مع فقاعة. الوظيفة المنطقية لبوابة NAND هي

أ'ب = أ '+ ب'

تنص النظرية الثانية لـ DeMorgan على أن البوابة المنطقية NOR تساوي بوابة AND مع فقاعة. الوظيفة المنطقية لبوابة NOR هي

(أ + ب) '= أ'. ب'

تحويل بوابة NAND

يمكن تشكيل بوابة NAND باستخدام بوابة AND gate & NOT. يظهر جدول الحقيقة والتعبير المنطقي أدناه.

تشكيل NAND Logic Gates

تشكيل NAND Logic Gates

ص = (أ⋅ب) '

إلى

ب ص ′ = أ ⋅ ب

ص

0

0 0 1

0

1 0 1
1 0 0

1

1 1 1

0

تحويل بوابة NOR

يمكن تشكيل بوابة NOR باستخدام بوابة OR وليس بوابة. يظهر جدول الحقيقة والتعبير المنطقي أدناه.

ولا تشكيل البوابات المنطقية

ولا تشكيل البوابات المنطقية

ص = (أ + ب) '

إلى

ب ص ′ = أ + ب ص

0

0 0 1
0 1 1

0

1 0 1

0

1 1 1

0

تحويل بوابة أو

يمكن تشكيل بوابة Ex-OR باستخدام بوابة NOT و AND & OR. يظهر جدول الحقيقة والتعبير المنطقي أدناه. يمكن تعريف هذه البوابة المنطقية على أنها البوابة التي تعطي ناتجًا عاليًا بمجرد ارتفاع أي مدخل من هذا. إذا كانت مدخلات هذه البوابة عالية ، فسيكون الناتج منخفضًا.

تكوين بوابات منطقية سابقة أو سابقة

تكوين بوابات منطقية سابقة أو سابقة

ص = A⊕B أو A’B + AB '

إلى ب

ص

0

00

0

1

1

10

1

11

0

تحويل بوابة NOR السابقة

يمكن تشكيل بوابة Ex-NOR باستخدام بوابة EX-OR & NOT. يظهر جدول الحقيقة والتعبير المنطقي أدناه. في هذه البوابة المنطقية ، عندما يكون الناتج مرتفعًا '1' ، فسيكون كلا المدخلين إما '0' أو '1'.

تشكيل بوابة NOR السابق

تشكيل بوابة NOR السابق

ص = (أ 'ب + أب') '

إلى

ب

ص

0

01

0

10
10

0

11

1

بوابات المنطق الأساسية باستخدام Universal Gates

يمكن تنفيذ البوابات العامة مثل بوابة NAND وبوابة NOR من خلال أي تعبير منطقي دون استخدام أي نوع آخر من البوابات المنطقية. ويمكن استخدامها أيضًا لتصميم أي بوابة منطقية أساسية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامها على نطاق واسع في الدوائر المتكاملة لأنها بسيطة وفعالة من حيث التكلفة. نناقش أدناه تصميم البوابات المنطقية الأساسية باستخدام بوابات عالمية.

يمكن تصميم البوابات المنطقية الأساسية بمساعدة البوابات العامة. يستخدم خطأ ، قليلًا من الاختبار وإلا يمكنك استخدام المنطق المنطقي لتحقيق ذلك من خلال معادلات البوابات المنطقية لبوابة NAND وكذلك بوابة NOR. هنا ، يتم استخدام المنطق المنطقي لحل الإخراج الذي تطلبه. يستغرق الأمر بعض الوقت ولكن من الضروري القيام بذلك للحصول على تعليق للمنطق المنطقي بالإضافة إلى بوابات المنطق الأساسية.

بوابات المنطق الأساسية باستخدام بوابة NAND

نناقش أدناه تصميم البوابات المنطقية الأساسية باستخدام بوابة NAND.

لا تصميم البوابة باستخدام NAND

تصميم البوابة NOT بسيط للغاية عن طريق توصيل كل من المدخلات كواحد.

وتصميم البوابة باستخدام NAND

يمكن تصميم البوابة AND باستخدام بوابة NAND عند مخرج بوابة NAND لعكسها والحصول على منطق AND.

أو تصميم البوابة باستخدام NAND

يمكن تصميم بوابة OR باستخدام بوابة NAND عن طريق توصيل بوابتين NOT باستخدام بوابات NAND عند مدخلات NAND للحصول على منطق OR.

تصميم بوابة NOR باستخدام NAND

يمكن تصميم بوابة NOR باستخدام بوابة NAND ببساطة عن طريق توصيل بوابة NOT أخرى عبر بوابة NAND إلى o / p لبوابة أو عبر NAND.

تصميم بوابة EXOR باستخدام NAND

هذا معقد بعض الشيء. أنت تشارك المدخلين بثلاث بوابات. إخراج NAND الأول هو الإدخال الثاني إلى الاثنين الآخرين. أخيرًا ، تأخذ NAND أخرى مخرجات بوابتي NAND هاتين لإعطاء الناتج النهائي.

بوابات المنطق الأساسية باستخدام بوابة NOR

تتم مناقشة تصميم البوابات المنطقية الأساسية باستخدام بوابة NOR أدناه.

NOT بوابة باستخدام NOR

تصميم البوابة NOT مع بوابة NOR بسيط من خلال توصيل كلا المدخلات كواحد.

أو بوابة باستخدام NOR

تصميم بوابة OR مع بوابة NOR بسيط من خلال الاتصال عند o / p من بوابة NOR لعكسها والحصول على منطق OR.

AND البوابة باستخدام NOR

يمكن تصميم البوابة AND باستخدام بوابة NOR عن طريق توصيل بوابتين NOT مع بوابات NOR عند مدخلات NOR للحصول على منطق AND.

بوابة NAND باستخدام NOR

يمكن تصميم بوابة NAND باستخدام بوابة NOR ببساطة عن طريق توصيل بوابة NOT أخرى عبر بوابة NOR بإخراج AND gate مع NOR.

بوابة EX-NOR باستخدام NOR

هذا النوع من الاتصال صعب بعض الشيء لأنه يمكن مشاركة المدخلات مع ثلاث بوابات منطقية. أول مخرج بوابة NOR هو المدخل التالي للبوابتين المتبقيتين. أخيرًا ، تستخدم بوابة NOR أخرى مخرجي بوابة NOR لتوفير الإخراج الأخير.

التطبيقات

ال تطبيقات البوابات المنطقية الأساسية كثيرة جدًا ولكنها تعتمد في الغالب على جداول الحقيقة الخاصة بهم ، وإلا فهي شكل من العمليات. تُستخدم البوابات المنطقية الأساسية بشكل متكرر في الدوائر مثل قفل مع زر ضغط ، ونظام الري تلقائيًا ، وتنشيط إنذار ضد السرقة من خلال الضوء ، وثرموستات الأمان وأنواع أخرى من الأجهزة الإلكترونية.

الميزة الرئيسية للبوابات المنطقية الأساسية هي أنه يمكن استخدامها في مجموعة مختلفة من الدوائر. بالإضافة إلى ذلك ، لا يوجد حد لعدد البوابات المنطقية التي يمكن استخدامها في جهاز إلكتروني واحد. ولكن ، يمكن أن يكون محدودًا بسبب الفجوة المادية المحددة داخل الجهاز. في الدوائر المتكاملة الرقمية (الدوائر المتكاملة) سنكتشف مجموعة من وحدة منطقة البوابة المنطقية.

باستخدام مزيج من البوابات المنطقية الأساسية ، غالبًا ما يتم إجراء عمليات متقدمة. من الناحية النظرية ، لا يوجد حد لعدد البوابات التي قد يتم تغطيتها خلال جهاز واحد. ومع ذلك ، في التطبيق ، هناك حد لعدد البوابات التي يمكن تعبئتها في منطقة فعلية معينة. تم العثور على صفائف وحدة منطقة البوابة المنطقية في الدوائر الرقمية المتكاملة (ICs). مثل تكنولوجيا IC يتناقص الحجم المادي المطلوب لكل بوابة فردية ، وتصبح الأجهزة الرقمية ذات الحجم المكافئ أو الأصغر قادرة على العمل مع عمليات أكثر تعقيدًا بسرعات متزايدة باستمرار.

Infographics of Logic Gates

أنواع مختلفة من بوابات المنطق الرقمي

هذا كل شيء عن نظرة عامة على ما هو ملف بوابة المنطق الأساسية ، أنواع مثل بوابة AND ، بوابة OR ، بوابة NAND ، بوابة NOR ، بوابة EX-OR ، وبوابة EX-NOR. في هذا ، البوابات AND و NOT و OR هي البوابات المنطقية الأساسية. باستخدام هذه البوابات يمكننا إنشاء أي بوابة منطقية عن طريق الجمع بينها. حيث تسمى بوابات NAND و NOR بوابات عالمية. تتمتع هذه البوابات بخاصية معينة يمكنها من خلالها إنشاء أي تعبير منطقي منطقي إذا تم تصميمه بطريقة مناسبة. علاوة على ذلك ، لأية استفسارات بخصوص هذه المقالة ، أو مشاريع الإلكترونيات ، يرجى تقديم ملاحظاتك من خلال التعليق في قسم التعليقات أدناه.