扎實的邏輯門知識是編程和電子學的基礎。這在任何項目中都是必需的。真值表是一種可視化邏輯網(wǎng)絡的各種組合結(jié)果的好方法。本文中設計的設備可以幫助以一種簡單的方式更好地可視化真值表。整個項目基于微控制器的使用。

邏輯門

邏輯“ 1”與“ true”和“ high”同義。邏輯“ 0”與“ false”和“ low”同義。在數(shù)字電子學中，有三個基本操作：

NOT（否定）：如果輸入值為“ 0”，則輸出為“ 1”，反之亦然。

AND（邏輯乘積）：僅當所有輸入均為“ 1”時，輸出值為“ 1”，在所有其他情況下，結(jié)果均為“ 0”；

或（邏輯和）：僅當所有輸入的值均為“ 0”時，結(jié)果為“ 0”，在所有其他情況下，結(jié)果為“ 1”。

如圖1所示，執(zhí)行這些操作的數(shù)字電路稱為“邏輯門”。“非”門始終只有一個輸入，而“與”門或“或”門可以有兩個或更多輸入。該項目包括以下邏輯門：

• 或者;
• 和;
• NAND;
• 也不;
• XOR;
• 不是

圖1：邏輯門的符號

邏輯門或

或邏輯門是邏輯分離運算。它提供兩個或多個邏輯信號的輸入，如果至少一個信號等于“ 1”，則返回值“ 1”。如果所有信號均為“ 0”，則輸出等于“ 0”。

AND邏輯門

AND邏輯門是邏輯加法運算。它提供兩個或更多邏輯信號的輸入，并且僅當所有輸入信號均等于“ 1”時才在輸出處返回值“ 1”，否則返回“ 0”。

NAND邏輯門

其操作等效于與門，但輸出反相。

邏輯門NOR

它的操作等效于“或”門，但輸出反相。

邏輯門異或

XOR門提供排他性邏輯運算。僅當輸入之一為“ 1”時，它才返回邏輯值“ 1”。它通常用作比較器。

邏輯門不

非邏輯門構(gòu)成反相器并提供邏輯求反操作。它在其輸入處接收信號，并在其輸出處返回其補碼。

真相表

我們正在執(zhí)行的項目需要在硬件上實現(xiàn)邏輯門的真值表。當輸入變化時，打開或關閉某些執(zhí)行器的可能性肯定對理解邏輯網(wǎng)絡的運行有效。真值表（見圖2）以表格形式表示了邏輯門輸入處的值和這些門輸出處的對應值的所有可能組合。真值表允許以表格形式表示所有可能的情況。對于理解邏輯電路的數(shù)字狀態(tài)很有用。

圖2：真值表

接線圖

有多種方法可以實現(xiàn)本文中描述的項目。它可以用分立的電子元件制成，并且該解決方案具有教學目的。相反，該項目涉及使用微控制器。使用某些輸入端口和其他輸出端口，可以很容易地對完整的邏輯系統(tǒng)進行編程。整個決策過程由固件負責，固件控制固件的輸入邏輯電平并通過一些LED二極管顯示結(jié)果。接線圖（如圖3所示）提供了PIC 16F876的使用，但是任何其他類型的微控制器都可以成功使用。MCU時鐘是外部時鐘，并且是RC類型。時鐘頻率的確定由以下公式管理：

T = R * C * 2.3

是

F = 1 /（R * C * 2.3）

使用4.7 kOhm電阻器和22 pF電容，微控制器的頻率約為4204861 Herz（4.2 Mhz）。按鈕A和B構(gòu)成邏輯門的兩個輸入。按下它們中的每一個，可將Micro的C0或C1端口置于高電平。否則，由于存在10 kOhm下拉電阻，它們的邏輯電位較低。六個LED二極管前接相同數(shù)量的220 Ohm限制電阻，它們代表邏輯門OR，AND，NAND，NOR，XOR和NOT的輸出。非門僅與“ A”開關輸入有關。整個系統(tǒng)由5 V電壓供電。

圖3：邏輯門系統(tǒng)的接線圖

Great Cow Basic固件

固件列表是使用免費軟件Grat Cow Basic編譯器制成的，您可以在本文中找到它（請參見圖4）。這很簡單。讓我們詳細解釋控件執(zhí)行的區(qū)別操作。

#chip 16F876，4：該指令用于設置正確的MCU類型和相對時鐘頻率（在此應用中不重要）；

y = z：這些命令使PIC的端口可以作為輸入或輸出工作；

如果portc.0 = 1或portc.1 = 1，則：這是一個條件檢查，檢查“或”門和“或非”門；

如果portc.0 = 1 AND portc.1 = 1，則：這是一個條件檢查，檢查AND門和NAND門；

如果（portc.0 = 0且portc.1 = 0）或（portc.0 = 1且portc.1 = 1），則：是檢查XOR端口的條件檢查；

如果portc.0 = 0，則：是檢查NOT端口的條件檢查。

所有檢查均在無限循環(huán)內(nèi)執(zhí)行。建議仔細研究程序清單，并在編碼中尋找替代方案。

圖4：用于編程PIC微控制器的Great Cow Basic開發(fā)環(huán)境

帶梯形語言的固件

可以使用梯形圖語言實現(xiàn)相同的程序。必須具有深入的知識，尤其是關于觸點和繼電器的邏輯使用的知識。圖5顯示了組成整個程序的一組“梯級”。這種圖形編碼似乎比過程編碼更簡單，但是我們將看到，使用Basic語言編寫的圖形編碼提供了更多的開發(fā)可能性和對系統(tǒng)的完全控制，以及一個簡單的調(diào)試，更新和修改環(huán)境。

圖5：用梯形語言編寫的相同固件

制作PCB

要制造用于邏輯門的電路板，必須創(chuàng)建印刷電路，其走線如圖6所示。這非常簡單，但是由于存在微控制器印記，因此建議使用照相雕刻技術。它的尺寸為102mm x 86mm。

圖6：邏輯門系統(tǒng)PCB

當PCB準備就緒時，您需要在與焊盤相對應的位置鉆一個1毫米的孔。然后，您從低輪廓的零件開始焊接，然后再從體積較大的零件開始進行焊接（請參見圖7）。我們建議為微控制器采用PCB插座。注意極化組件的方向。焊接時必須使用功率約為30 W，尖端較窄的小型烙鐵。

圖7：組件布局

在圖8中創(chuàng)建電路非常容易，并且每個人都可以觸及。

圖8：完整電路的3D渲染

材料清單

電子組件易于查找，并在以下BOM中列出：

• 1個電容22 pF;
• 6個LED;
• 6個電阻220歐姆;
• 2個電阻10 kOhm;
• 1個電阻4.7 kOhm;
• 2個開關或按鈕；
• 1張圖16f876。

容器

唯一要進行的連接是與電路和兩個開關的電源有關的連接。從組件布局可以看出，LED二極管已經(jīng)放置在PCB上。此解決方案確實很方便，但是最好創(chuàng)建一個容器來顯示邏輯門的實際設計，例如圖9所示。在這種情況下，必須將發(fā)光組件安裝在上面板上，并與基板進行相對布線。

圖9：建議使用邏輯門的設計創(chuàng)建一個容器

測驗

測試非常簡單。邏輯門的LED二極管將根據(jù)兩個按鍵“ A”和“ B”的壓力向電路及時供電，從而點亮。如您所見，此版本的電路為邏輯門提供了兩個輸入。

結(jié)論

視覺和圖形演示總是比書面或閱讀的清晰。此規(guī)則也適用于電子和數(shù)學。用肉眼看邏輯門的操作要容易得多，以便了解它們的工作原理。該項目對大學和電子學院的教師和教授都非常有用。

編輯：hfy