logo

TechCodeview

Brama NAND

Bramki logiczne to jeden z najważniejszych tematów w elektronice, zwłaszcza cyfrowej. Koncepcja bramek logicznych opiera się na koncepcji funkcji boolowskich. Bramki logiczne przyjmują jedną lub wiele wartości binarnych jako dane wejściowe i zwracają jedną wartość binarną jako dane wyjściowe po wykonaniu na nich obliczeń logicznych. W firmie Digital Electronics dostępnych jest kilka rodzajów bramek, niektóre z nich nazywane są bramkami podstawowymi, inne zaś bramkami uniwersalnymi.

A bramka NAND należy do kategorii bramek uniwersalnych, ponieważ bramka NAND może realizować dowolną funkcję boolowską bez pomocy podstawowych bramek, a także obliczać wyniki wejść logicznych bez pomocy jakiejkolwiek innej bramki logicznej.



Spis treści

matematyka losowa Java

Co to jest bramka NAND?

Bramki logiczne to mały cyfrowy obwód przełączający, który określa wyjście dwóch lub więcej wprowadzonych funkcji boolowskich w formacie binarnym. Logiczna 1 oznacza z natury Prawdę lub Wysoki, podczas gdy Logiczna 0 oznacza z natury Fałsz lub Niski. W oparciu o różne operacje logiczne, dane wyjściowe są różne. Bramka logiczna może mieć wiele wejść, ale będzie tylko jedno wyjście. Każda bramka logiczna ma własną tabelę prawdy, która reprezentuje wszystkie kombinacje wejścia i wyjścia.

Bramka NAND, znana również jako bramka Not-AND, działa dokładnie odwrotnie lub uzupełnia bramkę AND.



Działanie bramki AND

Brama NAND przyjmuje wartości logiczne jako dane wejściowe i zwraca:

  • Zwraca 1, jeśli wszystkie wejścia mają wartość 0 lub są alternatywne (co oznacza, że ​​jedno ma wartość 0, a drugie 1 lub odwrotnie).
  • Zwraca 0, jeśli wszystkie wejścia mają wartość 1

The Wyrażenie logiczne bramki NAND wygląda następująco –

Załóżmy, że mamy dwa wejścia, A i B, a wynik nazywa się X, wówczas wyrażenie ma postać –



X = (A. B)’

Rodzaje bramek NAND

Istnieją dwa typy bramek NAND, w zależności od liczby wejść

  • 2-wejściowa bramka NAND
  • 3-wejściowa bramka NAND

2-wejściowa bramka NAND

Jest to najprostsza forma bramki NAND, która pobiera dwa wejścia i zwraca wyjście. Są 22= 4 kombinacje wejścia i wyjścia.

Bramka NAND z trzema wejściami

Jak sama nazwa wskazuje, ma trzy wejścia i tylko jedno wyjście. Są 23= 8 kombinacji wejścia i wyjścia.

Symbol bramki AND

Poniżej podano symbol bramki NAND, A i B reprezentują dwa wejścia. Bramka NAND wykonuje logiczną operację NAND na wejściach. Wyjście jest reprezentowane przez linię rozciągającą się od dołu symbolu bramki NAND.

The tabela prawdy bramki NAND z dwoma wejściami wygląda następująco –

Bramka NAND z tablicą prawdy

Brama NAND

Tabela prawdy bramki AND

W podanej tabeli prawdy zwraca 1, jeśli wszystkie dane wejściowe mają wartość 0 lub są alternatywne (co oznacza, że ​​jedno wynosi 0, a drugie 1 lub odwrotnie). w przeciwnym razie zwraca 0, jeśli wszystkie wejścia mają wartość 1.

Bramka NAND z 3 wejściami

3 Bramka wejściowa NAND

Bramka NAND w kategoriach tranzystora

Bramka NAND jest jednym z głównych elementów składowych cyfrowych obwodów logicznych. Jego działanie można również wytłumaczyć koncepcją tranzystorów. Tranzystory są rodzajem półprzewodnik urządzenie używane głównie do wzmacniania lub przełączania sygnałów elektronicznych.

Bramka NAND pod względem tranzystora

Działanie obwodu

Na powyższym schemacie znajdują się dwa tranzystory o nazwach Q1 i Q2, które są połączone szeregowo. Zacisk kolektora Q1 jest połączony z Vcc, a także z zaciskiem wyjściowym. Emiter Q1 łączy się z kolektorem Q2, co tworzy połączenie szeregowe. Emiter Q2 jest połączony z masą, co zamyka cały obwód.

JavaScript do rozwijania

Weźmy przypadek, gdy wejścia A i B mają wartość 0. W tym przypadku tranzystor będzie działał jak przełącznik i zakończy połączenie pomiędzy kolektorem a emiterem. Gdy włączone jest zasilanie 5 V, dociera ono do zacisku kolektora bezpośrednio pierwszego tranzystora. Zacisk kolektora jest połączony z wyjściem, więc zasilanie 5 V idzie bezpośrednio na wyjście. Dlatego wydajność będzie WYSOKA.

Zastosowania bramki NAND

  • Brama uniwersalna: Bramka NAND nazywana jest bramką uniwersalną, ponieważ można z niej zbudować wszystkie podstawowe bramki logiczne.
  • Służy do przechowywania danych: Bramki NAND służą do tworzenia elementów takich jak przerzutniki i zatrzaski, które są kluczowym elementem przechowywania danych.
  • Logika arytmetyczna: Bramki NAND są szeroko stosowane w jednostkach arytmetycznych i logicznych (ALU) urządzenia obliczeniowego do wykonywania operacji, takich jak dodawanie, odejmowanie itp.
  • Używany w dekoderze i koderze: Bramki NAND są również używane w obwodach dekodera i kodera do konwersji kodu binarnego na zestaw sygnałów cyfrowych i odwrotnie.
  • Stosowane w multiplekserach i demultiplekserach: Bramki NAND są używane w multiplekserach do decydowania, jaką trasę powinien pokonać sygnał, aby dotrzeć do pojedynczego wyjścia. Demultiplekser działa dokładnie odwrotnie.
  • Generatory zegarów: Bramki NAND stosowane w generatorach zegarów do generowania sygnałów zegarowych, które synchronizują różne operacje w obwodzie cyfrowym.
  • Operacje logiczne: Bramki NAND służą również do realizacji różnych operacji logicznych.

Zalety bramki NAND

  • Jest to Brama Uniwersalna: Bramka NAND jest bramką uniwersalną, więc można jej użyć do zbudowania dowolnej podstawowej bramki logicznej bez użycia innej bramki. Może także rozwiązywać złożone problemy logiczne.
  • Uprość wyrażenia logiczne: Używając wyłącznie bramki NAND, możemy uprościć dowolne złożone obwody logiczne i przedstawić je w prostszy sposób.
  • Potrzebne małe komponenty: Bramka NAND może reprezentować dowolną inną bramkę logiczną, możemy wykorzystać bramki NAND do rozwiązywania złożonych wyrażeń logicznych, w wyniku czego wymagana jest niewielka liczba bramek NAND.
  • Mniejsze zużycie energii: Implementacja funkcji logicznych przy użyciu bramki NAND zużywa znacznie mniej energii niż inne bramki.

Wady bramki NAND

  • Brak elastyczności: Chociaż NAND jest bramką uniwersalną, wdrożenie wszystkich obwodów logicznych przy użyciu bramki NAND może nie zawsze dawać najbardziej zoptymalizowany wynik.
  • Prędkość: W niektórych przypadkach użycie bramki NAND może spowodować opóźnienie propagacji, a do rozwiązania tych wyrażeń logicznych konieczne może być zastosowanie dedykowanych bramek.

Rozwiązany przykład bramki NAND

Zaimplementuj podany obwód za pomocą bramki NAND.

Mamy 4 wejścia nazwane A, B, C i D. Tutaj będziemy realizować funkcjonalność bramki NAND za pomocą bramki 2 AND i 1 OR.

W wynikowej sekcji użyjemy 2 bramek NAND i 1 bramki OR, aby poznać różnicę między funkcjonalnością bramki AND i NAND.

Schemat obwodu

Rozwiązanie:

Konwersja bramek AND i OR na bramkę NAND i zachowanie wyrażenia logicznego bez zmian.

Zaimplementuj podany obwód za pomocą bramki NAND

Zaimplementuj podany obwód za pomocą bramki NAND

W rezultacie otrzymujemy wynik: A’B’ + C’D’

Bramka NAND – często zadawane pytania

Dlaczego bramka NAND nazywa się bramką uniwersalną?

Bramka NAND nazywana jest bramką uniwersalną, ponieważ można jej używać do tworzenia dowolnych innych podstawowych bramek logicznych, takich jak AND LUB NOT, bez konieczności korzystania z innej bramki.

Czym różni się bramka NAND od bramki AND?

Kiedy odwrócimy wyjście bramki AND, otrzymamy bramkę NAND. Oznacza, że ​​wynik bramki AND zostanie po prostu odwrócony w przypadku bramki NAND. Jest to krótka forma bramki NOT-AND.

Jak osiąga się operację logicznego NOT w bramce NAND?

Logiczna operacja NOT wykonywana jest na wyjściu bramki AND. Bramka NAND jest kombinacją bramki AND i NOT, gdzie dwa lub więcej wejść wchodzi do funkcji AND i daje pojedynczy sygnał wyjściowy, który jest następnie wprowadzany do bramki NOT, która daje uzupełnienie wyjścia.