Logikai Kapuk Elemzése és Működése

A logikai kapuk elemzése során a CMOS tranzisztorokat kapcsolóként használjuk. Egy kapu, amelynek két bemenete van, és amely egy logikai műveletet hajt végre.

Egy olyan táblázat, amely bemutatja a logikai kapu kimeneti értékeit minden lehetséges bemeneti kombinációhoz.

Egy elektronikus áramkör állapota, amikor nem tud sem '0'-t, sem '1'-et átadni. Ez egy általános fogalom a logikai áramkörökben.

Egy olyan logikai kapu, amelynek kimenete csak akkor képes '0'-t képezni, ha minden bemenet '1'-es, más esetekben a kimenet 'HIGH-Z'-s.

A logikai áramkör bemeneti száma.

A logikai áramkör kimeneti száma. Megmutatja, hogy a kimenet hány másik áramkör bemenetét képes meghajtani.

Az áramkör bemeneti jeleinek logikai szintjét jelölik, amelyet a feszültségük reprezentál. TTL és CMOS az áramkör technológiájára utal.

A logikai kapu bemeneti változásának és a kimenet változásának időbeli késedelme.

A logikai kapu bemenetének legalacsonyabb feszültségértéke, amely még biztosítja a helyes kimenetet zaj nélkül.

Ezen áramkör feladata a bemeneti jel több kimeneti jelre való bontása.

A NOR kapukkal megvalósított S-R tároló egy olyan logikai áramkör, amelynek két bemenete (S és R) van. Az S bemenet bekapcsolásakor az áramkör „beállítja” az kimenetet, míg az R bemenet bekapcsolásakor az áramkör „visszaállítja” az kimenetet.

Egy NAND kapukkal megvalósított S-R tároló hasonlóan működik a NOR kapushoz, de a bemeneti és kimeneti viszonyok pont ellentétesek. Az S bemenet bekapcsolásakor az áramkör „visszaállítja” az kimenetet, míg az R bemenet bekapcsolásakor az áramkör „beállítja” az kimenetet.

Az engedélyező bemenettel rendelkező D tároló egy olyan logikai áramkör, amelynek két bemenete van: a D bemenet, amely tárolt értéket határozza meg, és az engedélyező bemenet (Enable), amely szabályozza, hogy a D bemenet hatása érvényes legyen-e az áramköri állapotban. Amikor az engedélyező bemenet magas (1), a tároló a D bemenet értékét tárolja. Amikor az engedélyező bemenet alacsony (0), a tároló megtartja az utolsó tárolt értéket.

A JK tároló egy olyan bistabil áramkör, amelynek két bemenete (J és K) van, és az áramkör állapotától függően mindkét bemenet befolyásolhatja a következő kimenetet. Amikor a J bemenet magas (1) és a K bemenet alacsony (0), a következő állapot „beállított” lesz. Amikor a J bemenet alacsony (0) és a K bemenet magas (1), a következő állapot „visszaállított” lesz. Ha mindkét bemenet magas (1), a tároló az állapotát megfordítja.

A master-slave D tároló egy olyan kettős tároló, amely két D tárolóból épül fel: mester és slave. A mester tároló a D bemenet értékét fogadja, miközben az órajel alacsony (0), és a slave tároló a mester kimenetét tárolja, mikor az órajel magas (1). Ez a felépítés megakadályozza a nem kívánt adatátvitelét, és a tároló stabil állapotban marad, amíg az órajel alacsony.

A master-slave JK tároló hasonlít a master-slave D tárolóhoz, de JK tárolókat használ a mester és slave tárolóként. A master JK tároló az órajel alacsony (0) állapotában fogadja a J és K bemenet értékeit. A slave JK tároló az órajel magas (1) állapotában másolja át a mester kimenetét.

Az aszinkron számláló egy olyan áramkör, amelyben a bistabilok (pl. D vagy JK tárolók) kimeneti jelei egymáshoz kapcsolódnak, így az egyik tároló kimenete a másik tároló bemenetét hajtja. Az aszinkron számlálókban az óraimpulzusok nem egyszerre érik el a bistabilokat, hanem egymást követően.

Egy szinkron számlálóban az összes tároló ugyanakkor kap óraimpulzust, így a számlálás szinkronban történik. A szinkron számlálóban általában egy közös órajel vezérli az összes bistabil tárolót.

A regiszter egy olyan áramkör, amely több egybites bistabil tárolóból áll, amelyeket egymással összekapcsolnak, hogy több bites információt tároljanak.

Egy soros-párhuzamos átalakító olyan logikai áramkör, amely a bemenetére érkező adatokat sorosan fogadja, és azokat párhuzamosan bocsátja ki a kimenetén.

A BCD (Binary Coded Decimal) kódolásban minden tízes számjegyet négy bináris számjeggyel ábrázolunk, így a 0-tól 9-ig terjedő számjegyeket 0000-tól 1001-ig ábrázolják. Például a 10101000110 (BCD) szám a 10, 10, 00, 11, 0 négy bináris számjegyből álló csoportjaira bontható, ami a 10, 10, 0, 3, 0 tízes számjegyeknek felel meg, így az eredmény 10101000110 (BCD) = 1010030 (tizedes).

Egy bináris dekódoló egy olyan logikai áramkör, melynek több bemenete van, és egyetlen kimenetnek csak akkor magas a logikai szintje, ha a bemenetek egy adott kombinációját adják be. Más szóval, egy bináris dekódoló "lefordítja" egy bináris kódot egy egyedülálló kimenet aktiválására.

Egy 2-ből 1 dekódolónak két bemenete és két kimenet van. Csak az egyik kimenet lesz aktív (magas logikai szinten) bármely adott időpontban, attól függően, hogy a bemenet milyen kombinációja van. Ha a bemenet 00, akkor az első kimenet lesz aktív. Ha a bemenet 10, akkor a második kimenet lesz aktív.

A 2-ből 1 dekódoló igazságtáblája a bemeneti kombinációkat és a megfelelő kimeneti állapotokat mutatja. A bemenetek A és B. A kimenetek Y0 és Y1. A táblázatban a bináris bemeneti kombinációkat láthatjuk, és a megfelelő kimeneti értékeket. Ha a bemenet 00, akkor Y0=1, Y1=0. Ha a bemenet 10, akkor Y0=0, Y1=1.

A 2-ből 1 dekódoló kimeneti függvénye logikai kifejezésekkel írható le. Y0= ~A, Y1= A. Az ~A jelenti A logikai tagadását (NOT kapu). Ebből látható, hogy Y0 magas, ha A 0, és Y1 magas, ha A 1.

A 2-ből 1 dekódoló áramköre NOT kapukból áll. Az első kimenet (Y0) az A bemenet NOT kapuján keresztül kapcsolódik. A második kimenet (Y1) az A bemenetre közvetlenül kapcsolódik. A NOT kapu inverziót hajt végre, tehát ha a bemenet alacsony (0), akkor a kimenet magas (1), és fordítva.

Egy 4-ből 1 dekódolónak négy bemenete és négy kimenet van. Csak az egyik kimenet lesz aktív (magas logikai szinten) bármely adott időpontban, a bemenet kombinációjától függően.

A 4-ből 1 dekódoló igazságtáblája a bemeneti kombinációkat és a megfelelő kimeneti állapotokat mutatja. A táblázatban a bináris bemeneti kombinációkat láthatjuk (A, B, C, D), és a megfelelő kimeneti értékeket (Y0-tól Y3-ig). A kimenetek az A, B, C, D kombinációjától függően lesznek magasak.

A 4-ből 1 dekódoló kimeneti függvénye logikai kifejezésekkel leírható. Y0 = ~A & ~B & ~C & ~D, Y1 = A & ~B & ~C & ~D, Y2 = ~A & B & ~C & ~D, Y3 = ~A & ~B & C & ~D. Az & szimbólum a logikai ÉS műveletet jelenti, a ~ szimbólum a tagadást (NOT).

A 4-ből 1 dekódoló áramköre logikai kapukból épül fel. A kimenetek az A, B, C, D bemenetek különböző kombinációi alapján ÉS kapukon keresztül kapcsolódnak. Minden egyes kimenetnek külön ÉS kapu van, ami az A, B, C, D bemenetek adott kombinációját fogja igazolnia, így aktiválva a megfelelő kimenetet.

Az időtartam, amely eltelik a logikai kapu bemenetének változása és a kimenet változása között.

A logikai kapu típusát jelöli, pl. AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR.

Egy speciális logikai áramkör, amelynek kimenetei csak akkor aktívak, ha a bemenetük 'aktiválódik', ellenkező esetben a kimenet 'HIGH-Z'-ben van.

A pMOS tranzisztorok 'zárnak', ha a bemenet magas (1), az nMOS tranzisztorok 'vezetnek', ha a bemenet alacsony (0).

A CMOS áramkörök pMOS és nMOS tranzisztorokat használnak a logikai műveletek végrehajtásához, függetlenül az áramkör méretétől és sebességétől.