發現數字電路之美,領悟0 1 之意
數字集成電路
用數字信號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路稱爲數字電路,或數字系統。由於它具有邏輯運算和邏輯處理功能,所以又稱數字邏輯電路。
而數字電子技術中,我們使用低、高電平表示0、1兩種邏輯狀態 ( 也就是分別代表邏輯上的“真”與“假” 或 二進制當中的“1”和“0”) 從而實現邏輯運算。
有了不同的邏輯運算 我們可以把他結合起來,最後成爲一個邏輯門電路
常見的邏輯門包括“與”門,“或”門,“非”門,“異或”等等。邏輯門可以組合使用實現更爲複雜的邏輯運算。
邏輯門
邏輯門是計算機的基礎元件,通過它可以完成邏輯運算(也稱布爾運算),這類運算輸入輸出都只有0和1
邏輯運算主要包括三種基本運算:邏輯加法(又稱“或”運算)、邏輯乘法(又稱“與”運算)和邏輯否定(又稱“非”運算)。此外,“異或”運算也很有用。
我們以上方的與門來舉例:
左側A B 是與門的輸入端 右側Y 是與門的輸出端
按照“與” 運算 & 規則:當A和B都爲真時 輸出端纔會輸出真
什麼是邏輯運算
邏輯的基本表現形式是命題與推理,推理即依據有簡單命題的判斷推導得出複雜命題的判斷結論的過程。命題有語句表述,即內容爲真或假的一個判斷語句!
思維的符號化及其計算–基本邏輯運算
一個命題由X,Y,Z等表示,其值可能爲“真”或爲“假”。
則兩個命題X,Y之間是可以進行計算的:
“與” 運算(AND &):當X和Y都爲真時,X & Y也爲真;其他情況,X & Y 均爲假。
“或” 運算 (OR |): 當X和Y都爲假時,X | Y也爲假;其他情況,X | Y 均爲真。
“非” 運算 (NOT ~):當X爲真時,NOT X 爲假;當X爲假時,~ X 爲真。
“異或”運算 (XOR ^):當X和Y都爲真或都爲假時,X ^ Y 爲假;否則,X ^ Y 爲真。
與(&)運算
與運算進行的是這樣的算法:
就是輸入端(A或B)只要有一個是0,輸出端(Y)就輸出0
只有當輸入端 A 和 B 都爲真時,其結果才爲真 相當與串聯電路
符號: L = A·B 或 L = AB
也就相當於一個串聯電路的兩個開關
真值表爲:
代碼表示爲:
0&0=0,
0&1=0,
1&0=0,
1&1=1
或(|)運算
或運算進行的是這樣的算法:
A 和 B 只要有一個爲真時,其結果就爲真 相當與並聯電路
總結一句話:全0則0,有1則1。
符號: L = A+B
0|0=0,
0|1=1,
1|0=1,
1|1=1
真值表爲:
非(~)運算
非運算即取反運算,也就是將 1變0,0變1
符號:
0~ =1,
1~ =0,
110101進行非運算後爲
001010即1010
真值表爲:
異或(^)運算
異或運算通俗地講就是一句話
同爲假,異爲真
也就是當兩個信號值相同時,結果爲0 ,兩個信號值不同時,結果爲1
所以它是這樣的算法:
0^0=0,
0^1=1,
1^0=1,
1^1=0
與非運算
與非門相比與門,在其輸出端哪裏多了一個圈,就表示與非運算
也就是與普通與門相比輸出端在取一次非運算
也就是與門結果爲1 與非門結果就爲0 相反 與門結果爲0 與非門結果就爲1
符號:
真值表:
或非運算
或非門相比或門,在其輸出端哪裏多了一個圈,就表示或非運算
也就是在進行完或運算之後,對運算結果取反
也就是或門結果爲1 或非門結果就爲0 相反 或門結果爲0 或非門結果就爲1
表達式:
真值表:
異或運算
異或門能夠檢測輸入信號(A和B)是否相同,相同則輸出(Y)低電平,不同則輸出高電平
.
也就是兩個輸入信號相同時輸出爲0 兩個輸入信號不同時 輸出爲1
表達式:
同或運算 異或非
同或運算與異或剛好相反
同或門能夠檢測輸入信號(A和B)是否相同,相同則輸出(Y)高電平,不同則輸出低電平
.
也就是兩個輸入信號相同時輸出爲1 兩個輸入信號不同時 輸出爲0
簡單來說 也就是對異或門進行非運算 ,所以也叫作異或非運算
符號:
png)
真值表:
注意:
不論是那種邏輯運算,只要左側出現了 1 或者 邏輯運算的結果就是1
也就是說,只要運算的左側出現了 1 那麼運算的結果必爲1
總括表:
正是這些邏輯門的組合,可以形成各種不同的邏輯電路,電子器件的基礎便是各種邏輯電路的組成,
例題
例題一: 一隻四輸入端或非門,使其輸出爲1的輸入變量取值組合有幾種
A.15
B.8
C.7
D.1
答案: D
解析:
四個輸入端,那麼就有1111,即一共15種輸入組合。
或非門的條件,或非是(A+B)’
不看非時,即(A+B),只要有一個爲1結果就爲1,加上非,只要(A+B)結果爲1就爲0,那麼只有全爲0,或非門才能爲0。
(0+0+0+0)’=1
(0+1+1+0)’=0
所以輸入端只有0000時,輸出爲1,意思就是隻有一種組合。
在( )的情況下,函數運算的結果是邏輯“1”
A、全部輸入是“0” B、任一輸入是“0” C、任一輸入是“1” D、全部輸入是“1”
答案:
B
因爲是與非運算,只要A B 中有一個爲0 AB的結果就爲0 進行非運算以後 結果就爲1
門電路
門電路又稱爲邏輯門電路。
我們上面知道了各種各樣的邏輯門電路,那麼邏輯門電路使用什麼構成的呢?
最常用的邏輯門電路有TTL系列集成門電路和CMOS系列集成門電路
- TTL全稱Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT邏輯門電路,是數字電子技術中常用的一種邏輯門電路
- CMOS邏輯門電路功耗極低,成本低,電源電壓範圍寬,邏輯度高,抗干擾能力強,輸入阻抗高,扇出能力強。
邏輯門電路按其內部有源器件的不同可以分爲三大類。第一類爲雙極型晶體管邏輯門電路,包括TTL、ECL電路和I2L電路等幾種類型;第二類爲單極型MOS邏輯門電路,包括NMOS、PMOS、LDMOS、VDMOS、VVMOS、IGT等幾種類型;第三類則是二者的組合BICMOS門電路。常用的是CMOS邏輯門電路。
用以實現基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路稱爲門電路。
常用的門電路在邏輯功能上有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等幾種。
這些我們將在下面進行講解