เกตเวย์ลอจิกพื้นฐาน

Anonim

เกตเวย์ลอจิกพื้นฐาน

วงจรดิจิทัล


คำถามที่ 1

ระบุประเภทของประตูตรรกะที่แสดงในแผนภาพแผนผังนี้และอธิบายว่าเหตุใดจึงมีชื่อที่ใช้:

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

นี่เป็นประตู อินเวอร์เตอร์ เนื่องจากมีการตั้งชื่อไว้เนื่องจากเอาต์พุตเป็นสถานะตรงกันข้าม (ตรงกันข้าม) เป็นอินพุท

หมายเหตุ: ประตูอินเวอร์เตอร์มักจะแสดงเช่นนี้แทน:

หมายเหตุ: บางครั้งประตูอินเวอร์เตอร์จะเรียกว่าเกต NOT เพราะเมื่ออินพุตสูงเอาท์พุทจะ ไม่ สูง

หมายเหตุ:

นักเรียนของคุณควรไม่มีปัญหาที่ยิ่งใหญ่ในการระบุประตูตรรกะเฉพาะนี้หากพวกเขามีหนังสืออ้างอิงอิเล็กทรอนิกส์ระบบดิจิตอลที่ดี

คำถามที่ 2

ระบุประเภทของประตูตรรกะที่แสดงในแผนภาพแผนผังนี้และอธิบายว่าเหตุใดจึงมีชื่อที่ใช้:

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

นี่เป็นประตู AND และ ตั้งชื่อไว้เนื่องจากเอาต์พุตสูงขึ้นเฉพาะเมื่ออินพุท A สูง และ อินพุท B สูง

คำถามติดตามผล: แสดงว่าไดโอดเปล่งแสงสามารถเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของประตูตรรกะนี้เพื่อแสดงสถานะภาพออกได้อย่างไร

คำถามที่ท้าทาย: แสดงให้เห็นว่าประตูลอจิกนี้สามารถขับเคลื่อนการโหลดที่มีกระแสสูงเช่นโซลินอยด์หรือมอเตอร์ไฟฟ้าได้อย่างไร

หมายเหตุ:

นักเรียนของคุณควรไม่มีปัญหาที่ยิ่งใหญ่ในการระบุประตูตรรกะเฉพาะนี้หากพวกเขามีหนังสืออ้างอิงอิเล็กทรอนิกส์ระบบดิจิตอลที่ดี

คำถามที่ 3

ระบุประเภทของประตูตรรกะที่แสดงในแผนภาพแผนผังนี้และอธิบายว่าเหตุใดจึงมีชื่อที่ใช้:

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

นี่คือประตู OR ซึ่งมีชื่อเพราะมีเอาต์พุตสูงถ้าอินพุท A สูง หรือ อินพุท B สูง

คำถามติดตามผล: แทนที่สวิทช์ SPDT สองตัวพร้อมสวิตช์ SPST พร้อมด้วยตัวต้านทานแบบ pullup หรือ pulldown ตามที่จำเป็น

หมายเหตุ:

นักเรียนของคุณควรไม่มีปัญหาที่ยิ่งใหญ่ในการระบุประตูตรรกะเฉพาะนี้หากพวกเขามีหนังสืออ้างอิงอิเล็กทรอนิกส์ระบบดิจิตอลที่ดี

คำถามที่ 4

วงจรประตูลอจิกลอจิกอาจถูกสร้างขึ้นจากอะไร แต่ไดโอดและตัวต้านทาน ใช้เช่นวงจรประตูตรรกะนี้:

ระบุประเภทของฟังก์ชันลอจิกที่แสดงโดยวงจรประตูนี้ (AND, OR, Inverter เป็นต้น)

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

นี่คือวงจรประตู OR

หมายเหตุ:

วงจรประตูตัวต้านทานแบบไดโอดเช่นนี้ไม่ค่อยใช้ในวงจรดิจิตอลจริงเพราะไม่มีความสามารถในการ ขยาย สัญญาณอินพุตที่อ่อนแอ พวกเขายังมีความสามารถในการกลับกันไม่ได้สัญญาณทำให้พวกเขาไม่สามารถแสดงประเภทของฟังก์ชันลอจิกที่ยอดเยี่ยมได้ ประตูที่ทำจากทรานซิสเตอร์เป็นที่ต้องการมากกว่าเทคโนโลยีตัวต้านทานแบบไดโอด

คำถามที่ 5

วงจรประตูลอจิกลอจิกอาจถูกสร้างขึ้นจากอะไร แต่ไดโอดและตัวต้านทาน ใช้เช่นวงจรประตูตรรกะนี้:

ระบุประเภทของฟังก์ชันลอจิกที่แสดงโดยวงจรประตูนี้ (AND, OR, Inverter เป็นต้น) ยังติดตามทิศทางของกระแสทั้งหมดในวงจรนี้

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

นี่คือวงจร AND gate

คำถามติดตามผล: แสดงให้เห็นว่าสวิทช์ SPDT ทั้งสองสามารถถูกแทนที่ด้วยสวิทช์ SPST (โดยไม่ต้องใช้ตัวดึงข้อมูล pullup หรือ pulldown resistors)

คำถามที่ท้าทาย: อธิบายว่าทำไมการออกแบบวงจรไดโอด - ตัวต้านทานรีเลย์นี้จึงไม่สามารถใช้งานได้โดยตรงในการขับ LED เพื่อให้ไฟสว่างขึ้นเมื่อสถานะเอาท์พุท "สูง"

หมายเหตุ:

วงจรประตูตัวต้านทานแบบไดโอดเช่นนี้ไม่ค่อยใช้ในวงจรดิจิตอลจริงเพราะไม่มีความสามารถในการ ขยาย สัญญาณอินพุตที่อ่อนแอ พวกเขายังมีความสามารถในการกลับกันไม่ได้สัญญาณทำให้พวกเขาไม่สามารถแสดงประเภทของฟังก์ชันลอจิกที่ยอดเยี่ยมได้ ประตูที่ทำจากทรานซิสเตอร์เป็นที่ต้องการมากกว่าเทคโนโลยีตัวต้านทานแบบไดโอด

คำถามที่ 6

ระบุแต่ละประตูตรรกะตามชื่อและกรอกตารางความจริงตามลำดับดังนี้

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

หมายเหตุ:

เพื่อที่จะทำความคุ้นเคยกับประเภทประตูตรรกะมาตรฐานฉันต้องการให้พวกเขาปฏิบัติกับตารางข้อมูลประจำตัวและความจริงในแต่ละวัน นักเรียนต้องสามารถรับรู้ประเภทประตูตรรกะเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็วหรือมิฉะนั้นพวกเขาจะมีปัญหาในการวิเคราะห์วงจรที่ใช้

คำถามที่ 7

วิธีหนึ่งที่จะนึกถึงประเภทประตูลอจิกพื้นฐาน (ทั้งหมดยกเว้นประตู XOR และ XNOR) คือการพิจารณาสถานะอินพุทเดียวที่รับประกันสถานะเอาต์พุตบางอย่าง ตัวอย่างเช่นเราสามารถอธิบายถึงฟังก์ชันของ OR ประตูได้เช่น:

อินพุตสูง ๆ รับประกันการส่งออกสูง

ระบุประเภทของประตูที่แสดงโดยแต่ละข้อความต่อไปนี้:

อินพุตสูง ๆ รับประกันการส่งออกต่ำ
อินพุตต่ำ ๆ รับประกันการส่งออกที่สูง
อินพุตต่ำ ๆ รับประกันการส่งออกต่ำ
เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

อินพุตสูงใด ๆ รับประกันเอาท์พุทต่ำ: NOR gate
อินพุตต่ำ ๆ รับประกันการส่งออกสูง: ประตู NAND
อินพุตต่ำ ๆ รับประกันการส่งออกต่ำ: AND gate

หมายเหตุ:

นี่เป็นวิธีที่มีประโยชน์มากในการคิดถึงประเภทของประตูลอจิกที่แตกต่างกันบ่อยครั้งที่คุณต้องเจอกับประเภทของเกตที่จะใช้สำหรับฟังก์ชั่นที่เฉพาะเจาะจงในวงจรดิจิทัลโดยขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในข้อกำหนดเหล่านี้ (" รับประกันผล ว่างเปล่า ")

ตัวอย่างเช่นเราอาจต้องมีประตูเพื่อทำหน้าที่ "ปิดการใช้งาน" สำหรับสัญญาณดิจิทัล:

พิจารณาในแง่ของสิ่งที่รัฐป้อนข้อมูลบังคับให้ผลผลิตต่ำเลือกที่จะใช้ประตูและจะเห็นได้ชัด

คำถามที่ 8

วิธีหนึ่งในการคิดถึงประเภทของประตูลอจิกคือการพิจารณาสถานะการป้อนข้อมูลที่รับประกันสถานะเอาต์พุตบางอย่าง ตัวอย่างเช่นเราสามารถอธิบายถึงฟังก์ชันของ AND gate ได้ดังนี้:

อินพุตต่ำ ๆ รับประกันการส่งออกต่ำ

ระบุประเภทของประตูที่แสดงโดยแต่ละข้อความต่อไปนี้:

อินพุตต่ำ ๆ รับประกันการส่งออกที่สูง
อินพุตสูง ๆ รับประกันการส่งออกต่ำ
อินพุตสูง ๆ รับประกันการส่งออกสูง
ความแตกต่างของอินพุตช่วยให้สามารถรับสัญญาณได้สูง
ความแตกต่างในปัจจัยการผลิตใด ๆ รับประกันผลต่ำ

นอกจากนี้โปรดอธิบายวิธีการระบุประเภทของเกตนี้อาจเป็นประโยชน์ในการแก้ไขปัญหาวงจรประตูลอจิก

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

อินพุตต่ำ ๆ รับประกันการส่งออกสูง: ประตู NAND
อินพุตสูงใด ๆ รับประกันเอาท์พุทต่ำ: NOR gate
อินพุตสูงใด ๆ รับประกันการส่งออกสูง: หรือ ประตู
ความแตกต่างของอินพุตรับประกันการส่งออกสูง: ประตู XOR
ความแตกต่างในอินพุตรับประกันได้ว่ามีเอาท์พุทต่ำ: ประตู XNOR

หมายเหตุ:

นี่เป็นวิธีที่มีประโยชน์มากในการคิดถึงประเภทของประตูลอจิกที่แตกต่างกันบ่อยครั้งที่คุณต้องเจอกับประเภทของเกตที่จะใช้สำหรับฟังก์ชั่นที่เฉพาะเจาะจงในวงจรดิจิทัลโดยขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในข้อกำหนดเหล่านี้ (" รับประกันผล ว่างเปล่า ")

ตัวอย่างเช่นเราอาจต้องมีประตูเพื่อทำหน้าที่ "ปิดการใช้งาน" สำหรับสัญญาณดิจิทัล:

พิจารณาในแง่ของสิ่งที่รัฐป้อนข้อมูลบังคับให้ผลผลิตต่ำเลือกที่จะใช้ประตูและจะเห็นได้ชัด

คำถามที่ 9

วิธีที่แตกต่างเพื่อดูฟังก์ชันของประตูลอจิกแบบสองอินพุทคือการคิดถึง คอนโทรลเลอร์สัญญาณ ซึ่งสถานะของอินพุตหนึ่ง ๆ มีผลต่อสัญญาณของอินพุตอื่น ๆ ที่ส่งผ่านไปยังเอาท์พุท แผนภาพแผนภาพทั่วไปสำหรับรูปแบบนี้เป็นเช่น:

ระบุชนิดของประตูลอจิกที่ทำต่อไปนี้ (มีประตูประเภทมากกว่าหนึ่งชนิดสำหรับแต่ละกฎต่อไปนี้!):

B = A เมื่อการควบคุมอยู่ในระดับสูง
B = A เมื่อ Control ต่ำ
B = (A) เมื่อการควบคุมอยู่ในระดับสูง
B = (A) เมื่อการควบคุมต่ำ

อธิบายว่าความเข้าใจในเรื่องนี้จะเป็นประโยชน์ในการแก้ไขปัญหาตรรกะที่ผิดพลาดได้อย่างไร

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

B = A เมื่อ Control สูง: ประตู AND และ XNOR
B = A เมื่อ Control ต่ำ: ประตู OR หรือ XOR
B = (A) เมื่อมีการควบคุมสูง: ประตู NAND และประตู XOR
B = (A) เมื่อการควบคุมต่ำ: ประตู NOR และประตู XNOR

คำถามติดตามผล: อธิบายว่าทำไม XOR และ XNOR จึงเป็นประโยชน์ในฐานะตัวควบคุมสัญญาณ

หมายเหตุ:

นี่เป็นวิธีที่มีประโยชน์มากในการคิดถึงประเภทประตูตรรกะที่แตกต่างกันเนื่องจากต้องใช้ประตูเป็นตัวควบคุมบัฟเฟอร์หรืออินเวอร์เตอร์ควบคุม

คำถาม 10

วงจรตรรกะเกตเวย์หลายชนิดมีมากกว่าสองอินพุท เหล่านี้เป็นประโยชน์แม้จำเป็นในบางโปรแกรมวงจรดิจิตอล ศึกษาหมายเลขชิ้นส่วนและแผ่นข้อมูลของวงจรรวมลอจิกต่อไปนี้:

ประตูสามสายอินพุท 3 ประตูขนาดใหญ่
ช่องและเกตเวย์ 4 อินพุทคู่
เกตเวย์ NAND 8 ช่องแบบเดี่ยว
เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

มันจะง่ายเกินไปสำหรับคุณที่จะดูที่นี่สำหรับคำตอบ! ศึกษาเว็บไซต์ของผู้ผลิต IC แบบดิจิทัลหรือดูหนังสืออ้างอิงเพื่อหาหมายเลขชิ้นส่วนและแผ่นข้อมูลที่คุณต้องการ เตรียมพร้อมที่จะแสดงแผ่นข้อมูลอย่างน้อยหนึ่งแผ่นสำหรับการอภิปรายในชั้นเรียน

หมายเหตุ:

ถ้าคุณยังไม่ได้ขอให้นักเรียนจัดเตรียมตารางความจริงตัวอย่างสำหรับประตูเหล่านี้

คำถาม 11

กรอกตารางความจริงสำหรับสามช่องสัญญาณเข้าและประตู:


BCเอาท์พุต


000


001


010


011


100


101


110


111


เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ


BCเอาท์พุต


0000


0010


0100


0110


1000


1010


1100


1111


คำถามต่อไป: คุณคิดว่าตารางความจริงจะมีลักษณะเป็นอย่างไรสำหรับอินพุตสามบรรทัดหรือ NOR, และ NAND "หมายเหตุซ่อน"> หมายเหตุ:

แต่นี่เป็นแนวคิดที่นักเรียนบางคนไม่ได้เห็นทันที (วิธีการทำงานของประตูที่มีมากกว่าสองอินพุท)

คำถาม 12

สมมติว่าคุณต้องการเกตเวย์สองอินพุตและเกต แต่มีประตูและเกตเวย์ 3 ช่องที่ไม่ได้ใช้ในวงจรรวม ("ชิพ") ที่มีอยู่ในระบบที่คุณกำลังสร้าง แน่นอนคุณสามารถเพิ่ม IC อื่นที่มี 2 อินพุตและเกตได้ แต่ดูเหมือนว่าน่าเสียดายที่จะเสียประตูป้อนข้อมูล 3 ช่องที่มีอยู่แล้ว

อธิบายสิ่งที่คุณจะต้องทำกับเครื่องรับสัญญาณที่สามบนประตูนี้เพื่อใช้เป็นประตู 2 ช่องและประตู:

ตอนนี้อธิบายว่าจะทำอย่างไรกับอินพุตที่สามของเกตเวย์ต่อไปนี้เพื่อใช้แต่ละช่องเป็นประตูป้อนข้อมูล 2 ช่อง:

ในแต่ละกรณีให้อธิบายสาเหตุที่โซลูชันของคุณทำงานได้ดี

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

หมายเหตุ:

วิธีที่เป็นประโยชน์สำหรับนักเรียนที่จะนึกถึงคำถามนี้คือการพิจารณาประตูในแง่ของสิ่งที่รัฐป้อนเข้า บังคับ เอาท์พุทให้ไปที่รัฐใดรัฐหนึ่ง ยกตัวอย่างเช่นเอาท์พุทเกตและประตูถูกบังคับด้วยอินพุตต่ำ ๆ ดังนั้นอินพุตที่ไม่ได้ใช้งานจึงดีกว่าไม่ได้เชื่อมโยงกับพื้น - ตัวเลือกเดียวที่เหลือคือการผูกไว้สูง

  • ←แผ่นงานก่อนหน้า

  • ดัชนี Worksheets

  • แผ่นงานถัดไป→