در سیگنال دیجیتال، یک گیت منطقی روی یک یا دو ورودی منطقی عملیات منطقی انجام می دهد و سرانجام یک خروجی منطقی را تولید می کند.این منطق معمولا طبق منطق بولین است که به طور مشترک در تمام مدار های دیجیتالی یافت می شود.گیت های منطقی عمدتا از قطعات الکترونیکی مانند دیود ها و ترانزیستور ها تشکیل می شوند ، ولی می توانند از قطعات الکترومغناطیسی مانند رله ها ، قطعات اپتیکال یا حتی مکانیکی ساخته شوند.
انواع گیت ها
سطوح منطقی :
یک ورودی یا خروجی منطقی بولین فقط یک از دو حالت منطقی را قبول می کند.این دو سطح در هر مطلبی نام خاص خود را دارند از جمله : خاموش / روشن - بالا (H) / پایین (L) - یک / صفر - درست (T) / غلط (F) - مثبت / منفی - مثبت / زمین - مدار باز / مدار بسته - YES / NO.
بنا به قرارداد ، در این متن از 1 و 0 استفاده خواهیم کرد.
گیت های منطقی :
یک گیت منطقی روی یک یا دو ورودی منطقی عملیات منطقی انجام می دهد و سرانجام یک خروجی منطقی را تولید می کند.به دلیل اینکه خروجی هر گیت یکی از سطوح منطقی است پس می توان آن خروجی را به ورودی گیت(های)دیگری متصل نمود.بدیهی است که نمی توان دو خروجی را با هم به یک ورودی متصل نمود چرا که در این صورت سطوح ولتاژی به وجود خواهد آمد که خارج از محدوده منطقی خواهد بود.در الکترونیک به این کار اتصال کوتاه می گویند.
در منطق الکترونیک ، هر سطح منطقی نماینده ولتاژ معینی است (که این ولتاژ به نوع منطقی که استفاده می شود بستگی دارد).هر گیتی برای تولید ولتاژ مناسب به منبع تغذیه نیاز دارد.در بموک دیاگرام مدار های منطقی منبع تغذیه نمایش داده نمی شود، ولی در شماتیک کامل اتصالات منبع ضروری است.
شرح :
راحت ترین نوع منطق در الکترونیک ، منطق دیود است. این منطق در ساخت گیت های AND و OR به کار می رود، ولی این منطق کامل نیست . پس برای ساخت یک سیستم منطقی کامل باید از ترانزیستور استفاده شود.در واقع عمده ترین خانواده گیت ها آنهایی هستند که در آن ها از ترانزیستور استفاده می شود که آن ها به resistor-transistor logic (RTL) معروف اند.علی رغم منطق گیت های دیودی ، می توان با گیت های RTL توابع پیچیده نامحدودی را تولید کرد.این گیت ها در مدارات مجتمع قدیمی استفاده می شدند.برای دست یابی به سرعت بیشتر مقاومت های (resistors) موجود در گیت های RTL با دیود عوض شدند ، با این حساب نام آن ها به DTL تغییر می یابد.پس از آن فهمیده شد که یک ترانزیستور می تواند در یک مدار به جای دو دیود کار کند آن هم با اشغال مکانی به اندازه یک دیود پس خیلی زود دیود های گیت های DTL با ترانزیستود عوض شدند و به TTL (transistor-transistor logic) تغییر نام یافتند.در انواع دیگر تراشه ها ، برای کاهش اندازه و مصرف ترانزیستور های دوقطبی نیز با ترانزیستور های اثر میدانی (field-effect transisitors or MOSFET) تعویض شدند ، در نتیجه منطق CMOS (complementary metal-oxide semiconductor Logic) را به وجودآمد.
برای استفاده هر چه بیشتر از فضا ، در حال حاضر طراحان از گیت های پیش ساخته مانند سری های TTL 7400 (ساخته شده توسط شرکت صنایعTexas) و CMOS 4000 (ساخته شده توسط RCA ) .این قطعات معمولا دارای ترانزیستورهایی با چند امیتر هستند، برای تولید تابع AND ، تابعی که تولید آن با قطعات جدا از ممکن نیست.علاوه بر همه این ها ، این گونه گیت ها که توابع اجرایی آن ها ثابت است ، با مدارهای مجتمع قابل برنامه ریزی جایگزین شده اند.بدین گونه طراحان و کاربران می توانند تعداد زیادی گیت را در یک IC طراحی و استفاده کنند
۱-بررسی گیت OR یا(انفصال منطقی "یا")
همانطور که از نامش پیداست مانند "یا" رفتار می کند یعنی در صورتی که یکی از ورودیهای آن 5 ولت (5ولت = یک) یا یک باشد خروجی آن یک خواهد بود.
در صورتی که یکی از ورودیهای این گیت را A و دیگری را B بنامیم و خروجی را OUT در این صورت جدول صحت(یا Truth Table) آن به صورت زیر است:
OUT=A+B
B
A
No
0
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
2
1
1
1
3
* گیت OR را با علامت + می شناسند
* اگر n متغیر داشته باشیم در این صورت 2ⁿ حالت داریم (پس در اینجا 2متغیر داریم بنابراین 4 حالت داریم که از 0تا 3 می باشند)
نمونه
آی سی تی تی ال(TTL)شماره 7432 یک آی سی OR می باشد که شامل 4 عدد گیت OR دو ورودی می باشد.
آی سی سی موس((CMOS شماره 4072 یک آی سی OR می باشد که شامل 2 عدد گیت OR سه ورودی می باشد.
2-بررسی گیت AND یا("و"منطقی)
همانطور که از نامش پیداست مانند "و" رفتار می کند یعنی در صورتی که یکی از ورودیهای آن 0 ولت ( 0ولت =صفر) یا صفر باشد خروجی آن صفر خواهد بود.
در صورتی که یکی از ورودیهای این گیت را A و دیگری را B بنامیم و خروجی را OUT در این صورت جدول صحت(یا Truth Table) آن به صورت زیر است:
OUT=A.B
B
A
No
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
2
1
1
1
3
گیت AND را با علامت . می شناسند
نمونه
آی سی تی تی ال(TTL)شماره 7408 یک آی سی ANDمی باشد که شامل 4 عدد گیت ANDدو ورودی می باشد.
آی سی سی موس((CMOS شماره 4081 یک آی سی AND می باشد که شامل 4 عدد گیتAND دو ورودی می باشد.
۳-بررسی گیتNOT
این گیت در ازای ورودی (0یا 1) معکوس آن را به خروجی می فرستد.
در صورتی که ورودی این گیت را A بنامیم و خروجی را OUT در این صورت جدول صحت آن به صورت زیر است:
OUT
A
No
1
0
0
0
1
1
گیتNOT را با علامت ' می شناسند مثلا:A'
گیت NOT فقط یک ورودی دارد
نمونه
آی سی تی تی ال(TTL)شماره 7404 یک آی سی NOT می باشد که شامل6 عدد گیت NOT می باشد.
آی سی سی موس((CMOS شماره 4009 یک آی سی OR می باشد که شامل 6عدد گیت NOT می باشد.(دارای 16 پایه است)
4-گیت NAND:
در این گیت خروجیAND معکوس (NOT) شده وبه عنوان خروجی استفاده می گردد.
شکل:
تابع خروجی NAND معکوس خروجی AND می باشد
F=A.B
A
B
No