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八月 14 2021

逻辑门的种类及电路图


目录

1.逻辑门的概念

1.1基本单元

1.2作用

2.逻辑门的种类

2.1或门

2.2与门

2.3非门

2.4与非门

2.5或非门

3.逻辑门符号表
4.逻辑门的电路符号图
5.逻辑门的常见问题
结语

  逻辑门主要使用二极管或晶体管作为电子开关来实现,但也可以使用真空管、电磁继电器(继电器逻辑)、流体逻辑、气动逻辑、光学、分子甚至机械元件来构建。通过放大,逻辑门可以以与组合布尔函数相同的方式级联,允许构建所有布尔逻辑的物理模型。逻辑器件包括多路复用器、寄存器、算术逻辑单元(ALU) 和计算机存储器等设备,一直到完整的微处理器,其中可能包含超过1亿个门。在现代实践中,大多数栅极由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)制成。

  1.逻辑门的概念

  1.1基本单元

  逻辑门(LogicGates)是在集成电路(IntegratedCircuit)上的基本组件。简单的逻辑门可由晶体管组成。这些晶体管的组合可以使代表两种信号的高低电平在通过它们之后产生高电平或者低电平的信号。高、低电平可以分别代表逻辑上的“真”与“假”或二进制当中的1和0,从而实现逻辑运算。逻辑门又称“数字逻辑电路基本单元”。执行“或”、“与”、“非”、“或非”、“与非”等逻辑运算的电路。任何复杂的逻辑电路都可由这些逻辑门组成。广泛用于计算机、通信、控制和数字化仪表。

  1.2作用

  通过控制高、低电平(分别代表逻辑上的“真”与“假”或二进制当中的“1”和“0”),从而实现逻辑运算。

  2.逻辑门的种类

  常见的逻辑门包括“与”门,“或”门,“非”门,“异或”(也称:互斥或)等等。逻辑门可以组合使用实现更为复杂的逻辑运算。

  2.1或门

  或门(英文:Or gate)又称或电路。如果几个条件中,只要有一个条件得到满足,某事件就会发生,这种关系叫做“或”逻辑关系。具有“或”逻辑关系的电路叫做或门。或门有多个输入端,一个输出端,多输入或门可由多个2输入或门构成。只要输入中有一个为高电平时(逻辑1),输出就为高电平(逻辑1);只有当所有的输入全为低电平时,输出才为低电平。

  “或”门可以有两个或者两个以上输入端和一个输出端。由二极管构成的两输入“或”门电路如图1(a)所示,与其对应的逻辑符号如图1(b)所示。

二极管或门电路及或门逻辑符号

图1二极管或门电路及或门逻辑符号

  图1(a)中,A、B为输入端,F为输出端。该电路根据输入信号取值的不同,同样可分为如下两种工作情况。  

  ①当两个输入端电压VA、VB均为低电平0V时,二极管D1、D2均截止,输出端电压VF=0V。 

  ②当两个输入端电压VA、VB均为+5V,或者其中的一个+5V时,输入为+5V的二极管将处于导通状态,从而使得输出端F的电压为高电平,即VF≈+5V。  

  显然,该电路实现“或”运算的逻辑功能,输出F和输入A、B之间的逻辑关系表达式为F=A+B。

  2.2与门

  与门(英语:AND gate)又称“与电路”。是执行“与”运算的基本逻辑门电路。有多个输入端,一个输出端。当所有的输入同时为高电平(逻辑1)时,输出才为高电平,否则输出为低电平(逻辑0)。

  “与”门有两个以上输入端和一个输出端。图2(a)给出了由二极管组成的两输入“与”门电路,与其对应的逻辑符号如图2(b)所示。图2(a)中,A、B为输入端,F为输出端。该电路根据输入信号取值的不同,同样可分为如下两种工作情况。

二极管与门电路及与门逻辑符号

图2 二极管与门电路及与门逻辑符号  

  ①当两个输入端电压VA、VB均为低电平0V时,二极管D1、D2均截止,输出端电压VF=0V。  

  ②当两个输入端电压VA、VB均为+5V,或者其中的一个+5V时,输入为+5V的二极管将处于导通状态,从而使得输出端F的电压为高电平,即VF≈+5V。  

  显然,该电路实现“或”运算的逻辑功能,输出F和输入A、B之间的逻辑关系表达式为F=A+B。

  2.3非门

  非门(英文:NOT gate)又称反相器,是逻辑电路的基本单元,非门有一个输入和一个输出端。逻辑符号中输出端的圆圈代表反相的意思。当其输入端为高电平(逻辑1)时输出端为低电平(逻辑0),当其输入端为低电平时输出端为高电平。也就是说,输入端和输出端的电平状态总是反相的。

  2.4与非门

  由与门与非门组合而成。

  2.5或非门

  由或门和非门组合而成。其中,非门和或非门在数字电路中较为常见。

  3.逻辑门符号表

逻辑门符号图

图3 逻辑门符号图

  4.逻辑门的电路符号图

  把基本逻辑运算的电子电路称之为逻辑门电路。在数字电路关系应用中,逻辑门电路中的门代表着基本逻辑关系的电路。通过对逻辑门内部电路的源器件的差异,我们可以将其分为三大类,比较常用的就是CMOS的逻辑门电路。这种CMOS逻辑门电路具备良好的应用效益,首先其功耗比较低,具备较低的应用成本,其电源电压的范围比较宽,逻辑度比较高,具备较强的抗干扰能力,其输入阻抗比较高。MOS门电路是由一系列的单极型MOS管构成,其具备比较简单的制造工艺,其功耗水平比较低,具备较高的集成度,其抗干扰能力强,比较适合进行大规模集成电路的应用。  

  在实践过程中,MOS门电路按照其MOS管的应用不同,进行不同类型的划分。CMOS电路的应用优点比较特殊,其静态功耗比较低,抗干扰能力强,工作具备较高的稳定性,其开关速度也是比较高的,因此其应用性比较广泛。在数字电路应用中,逻辑门电路是一种基本的逻辑元件。逻辑门的中就是一种开关,在一定条件的建立下,其决定信号的通过或者不通过。在实际运作中,我们可以看到门电路输入及其输出存在密切的因果关系,我们把门电路称之为逻辑门电路,其基本逻辑关系是非、或、与关系。

逻辑门电路符号图
图4 逻辑门电路符号图

  5.逻辑门的常见问题

  5.1逻辑门的作用是什么?

  逻辑门用于做出决策,以便在应用正确的逻辑序列时“打开”电气输出。每个逻辑门都有一个名称,有助于描述不同的输入将如何确定可能的输出。

  5.2谁发明了逻辑门?

  巧合电路的发明者WaltherBothe因1924年第一个现代电子与门获得了1954年诺贝尔物理学奖。KonradZuse为他的计算机Z1(1935年至1938年)设计并制造了机电逻辑门。

  5.3AND门如何工作?

  AND门是一个基本的数字逻辑门,它实现了数学逻辑中的逻辑与(∧)——它根据真值表运行。只有当与门的所有输入都是高电平(1)时,才会产生高电平输出(1)。如果与门的所有输入都没有或不是全部为高电平,则结果为低电平输出。

  5.4共有多少个逻辑门?

  共有七个基本逻辑门:AND、OR、XOR、NOT、NAND、NOR和XNOR。AND门之所以如此命名是因为如果0被称为“假”而1被称为“真”,则该门的作用与逻辑“与”运算符相同。

  5.5与非门如何工作?

  在数字电子学中,与非门(NOT-AND)是一个逻辑门,它产生的输出只有在所有输入都为真时才为假,因此它的输出是对与门的输出的补充。只有当门的所有输入都是高(1)时,才会产生低(0)输出,如果任何输入为LOW(0),则结果为HIGH(1)输出。

  5.6什么是计算机科学中的逻辑门?

  逻辑门是一系列连接在一起以提供一个或多个输出的晶体管,每个输出都基于提供给它的输入或输入组合。

  结语

  以上就是逻辑门种类及电路图的介绍了,自1990年代以来,大多数逻辑门采用CMOS(互补金属氧化物半导体)技术制造,该技术同时使用NMOS和PMOS晶体管。通常数以百万计的逻辑门被封装在一个集成电路中。

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