扎實(shí)的邏輯門知識是編程和電子學(xué)的基礎(chǔ)。這在任何項(xiàng)目中都是必需的。真值表是可視化各種邏輯網(wǎng)絡(luò)組合結(jié)果的好方法。在學(xué)校里,真值表被學(xué)生徹底研究過,但并不經(jīng)常被準(zhǔn)確地記住。文中設(shè)計(jì)的裝置可以幫助學(xué)生以簡單的方式更好地可視化真值表。整個(gè)項(xiàng)目基于使用微控制器。
邏輯門
邏輯“1”是“真”和“高”的同義詞。邏輯“0”是“假”和“低”的同義詞。在數(shù)字電子學(xué)中有三個(gè)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):只有當(dāng)所有輸入為“1”時(shí),輸出值為“1”,其他情況為“0”;
OR(邏輯和):僅當(dāng)所有輸入的值都為“0”時(shí),結(jié)果為“0”,在所有其他情況下,結(jié)果為“1”。
執(zhí)行這些操作的數(shù)字電路稱為“邏輯門”,如圖 1所示。NOT 門總是只有一個(gè)輸入,而 AND 和 OR 門可以有兩個(gè)或多個(gè)輸入。該項(xiàng)目包括以下邏輯門:
或者;
和;
與非;
也不;
異或;
不是
圖 1:邏輯門的符號
邏輯門 OR
OR 邏輯門是一種邏輯分離操作。它提供兩個(gè)或多個(gè)邏輯信號的輸入,如果至少一個(gè)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”。
與邏輯門
AND 邏輯門是邏輯與運(yùn)算。它提供兩個(gè)或多個(gè)邏輯信號的輸入,只有當(dāng)所有輸入信號都等于“1”時(shí),才在輸出端返回值“1”,否則返回“0”。
與非邏輯門
它的操作相當(dāng)于與門,但輸出是反相的。
邏輯門 NOR
它的操作相當(dāng)于 OR 門,但輸出是反相的。
邏輯門 XOR
異或門提供了異或邏輯運(yùn)算。僅當(dāng)輸入之一為“1”時(shí),它才返回邏輯值“1”。它通常用作比較器。
邏輯門非
NOT 邏輯門構(gòu)成反相器并提供邏輯否定運(yùn)算。它在輸入端接收信號并在輸出端返回其補(bǔ)碼。
真值表
我們正在進(jìn)行的項(xiàng)目需要在硬件上實(shí)現(xiàn)邏輯門的真值表。當(dāng)輸入變化時(shí)打開或關(guān)閉某些執(zhí)行器的可能性對于理解邏輯網(wǎng)絡(luò)的操作肯定是有效的。真值表(見圖2)是邏輯門輸入處的值和這些門輸出處的相應(yīng)值的所有可能組合的表格表示。真值表允許以表格的方式表示所有可能的情況。它有助于理解邏輯電路的數(shù)字狀態(tài)。
圖 2:真值表
接線圖
有很多方法可以實(shí)現(xiàn)本文中描述的項(xiàng)目。它可以用分立的電子元件制成,這個(gè)解決方案將具有教學(xué)目的。相反,該項(xiàng)目涉及使用微控制器。使用一些輸入端口和其他輸出端口,可以很容易地對一個(gè)完整的邏輯系統(tǒng)進(jìn)行編程。整個(gè)決策過程委托給固件,固件控制輸入的邏輯電平并通過一些 LED 二極管顯示結(jié)果。圖 3所示的接線圖提供了 PIC 16F876 的使用,但任何其他類型的微控制器都可以成功使用。MCU 時(shí)鐘為外部時(shí)鐘,為 RC 類型。時(shí)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 電阻和 22 pF 電容,微型的頻率約為 4204861 Herz (4.2 Mhz)。按鈕 A 和 B 構(gòu)成邏輯門的兩個(gè)輸入。按下它們中的每一個(gè)都會(huì)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(gè) LED 二極管前面有相同數(shù)量的 220 歐姆限流電阻,代表邏輯門 OR、AND、NAND、NOR、XOR 和 NOT 的輸出。非門僅與“A”開關(guān)輸入有關(guān)。整個(gè)系統(tǒng)采用 5 V 電壓供電。
圖3:邏輯門系統(tǒng)接線圖
帶有 Great Cow Basic 的固件
固件清單是使用免費(fèi)軟件 Grat Cow Basic 編譯器制作的,您會(huì)發(fā)現(xiàn)它附在本文后面(參見圖 4)。這很簡單。讓我們詳細(xì)解釋控件執(zhí)行的不同操作。
#chip 16F876, 4:該指令用于設(shè)置正確類型的 MCU 和相關(guān)時(shí)鐘頻率(在此應(yīng)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;
if portc.0 = 1 OR portc.1 = 1 then : 這是檢查 OR 門和 NOR 門的條件檢查;
if portc.0 = 1 AND portc.1 = 1 then : 這是檢查 AND 門和 NAND 門的條件檢查;
if (portc.0 = 0 and portc.1 = 0) or (portc.0 = 1 and portc.1 = 1) then : 這是檢查 XOR 端口的條件檢查;
if portc.0 = 0 then : 是檢查 NOT 端口的條件檢查。
所有檢查都在無限循環(huán)中執(zhí)行。建議仔細(xì)研究程序列表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
帶有梯形圖語言的固件
相同的程序可以用梯形圖語言實(shí)現(xiàn)。有必要有深入的知識,特別是關(guān)于觸點(diǎn)和繼電器的邏輯使用。圖 5顯示了構(gòu)成整個(gè)程序的一組“梯級”。這種類型的圖形編碼可能看起來比程序編碼更簡單,但我們將看到 Basic 語言提供了更多的開發(fā)可能性和對系統(tǒng)的完全控制,以及用于調(diào)試、更新和修改的簡單環(huán)境。
圖 5:用梯形圖語言編寫的相同固件
制作PCB
要為邏輯門制作電路板,您必須創(chuàng)建印刷電路,其跡線如圖6所示。這很簡單,但由于存在微控制器印記,建議使用光刻技術(shù)。它的尺寸為 102 毫米 x 86 毫米。
圖 6:邏輯門系統(tǒng) PCB
當(dāng) PCB 準(zhǔn)備好后,您需要在焊盤對應(yīng)的位置上鉆孔,鉆頭為 1 毫米。然后焊接組件,從低調(diào)的開始,然后再焊接更大的組件。我們建議為微控制器采用 PCB 插座。注意極化組件的方向。必須使用功率約為 30 W 且尖端較窄的小型烙鐵進(jìn)行焊接。
創(chuàng)建圖 8 中的電路非常容易,而且每個(gè)人都可以做到。
圖 8:完整電路的 3D 渲染
材料清單
電子元件很容易找到,并在以下 BOM 中列出:
1個(gè)電容22 pF;
6個(gè)LED;
6個(gè)電阻220歐姆;
2 電阻 10 kOhm;
1 個(gè)電阻 4.7 kOhm;
2個(gè)開關(guān)或按鈕;
1 圖片 16f876。
容器
唯一要做的連接是與電路電源和兩個(gè)開關(guān)有關(guān)的連接。從組件布局中可以看出,LED 二極管已經(jīng)定位在 PCB 上。這個(gè)解決方案確實(shí)很方便,但最好創(chuàng)建一個(gè)容器來顯示邏輯門的實(shí)際設(shè)計(jì)。在這種情況下,需要將發(fā)光元件安裝在上面板,并與板子進(jìn)行相關(guān)布線。
測試
測試非常簡單。邏輯門的 LED 二極管將根據(jù)“A”和“B”兩個(gè)鍵的壓力通過微弱地向電路供電來點(diǎn)亮。如您所見,此版本的電路提供了帶有兩個(gè)輸入的邏輯門。
結(jié)論
視覺和圖形演示總是比書面或閱讀的更清晰。這條規(guī)則也適用于電子和數(shù)學(xué)。親眼看到邏輯門的操作要容易得多,從而了解它們是如何工作的。該項(xiàng)目對大學(xué)和電子學(xué)院的教師和教授都非常有用。
審核編輯:郭婷
-
微控制器
+關(guān)注
關(guān)注
48文章
7545瀏覽量
151325 -
mcu
+關(guān)注
關(guān)注
146文章
17133瀏覽量
351014
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論