الالكترونيات الرقمية : درس خاص شامل عن البوابات الرقمية Digital Gates

F.Abdelaziz · 05-01-2011, 11:54 PM

الالكترونيات الرقمية : درس خاص شامل عن البوابات الرقمية Digital Gates

البوابات المنطقية :Logic Gates
مقدمة :
تعالج البوابات المنطقية الإشارات التى تمثل الصواب true والخطأ false . عادة يمثل جهد التغذية الموجب +Vs الصواب ويمثل الجهد 0V الخطأ . الجدول التالى يبين المصطلحات الأخرى المستخدمة للتعبير عن الصواب والخطأ . من المفضل التعود عليها جميعا .

يتم التعرف على البوابات عن طريق وظيفتها :

NOT , AND , NAND , OR , NOR , EX-OR , EX-NOR

عادة تستخدم الحروف الكبيرة لتبين أن المصطلح لبوابة منطقية .

رموز البوابة المنطقية :Logic gate symbols:

يوجد نوعين من الرموز التى تمثل البوابات المنطقية :
· الرموز التقليدية والتى لها شكل مميز مما يسهل التعرف عليها لذلك تستخدم على نطاق واسع فى الصناعة وفى التعليم .

· الرموز الدولية IEC وهى عبارة عن مستطيلات بداخلها رموز لتبين وظيفة البوابة .وهى نادرا ما تستخدم على الرغم من مكانتها الرسمية لكنك تحتاج لمعرفتها .

المداخل والمخارج Inputs and outputs:

البوابات لها مدخلين أو أكثر ما عدا بوابة النفى NOT لها مدخل واحد .جميع البوابات لها مخرج واحد .عادة تستخدم الحروف A , B , C فى تسمية المداخل ويستخدم الحرف Q لتسمية المخرج .وسوف نبين هنا المداخل جهة اليمين والمخرج جهة اليسار .

رمز (دائرة) النفى (المعكوس) The inverting circle (o) :

بعض رموز البوابات بها دائرة فى مخرجها والتى تعنى أن وظيفتها تتضمن عكس الخرج .وهى تكافىء مرور الخرج على بوابة النفى NOT . على سبيل المثال رمز البوابة " نفى أو معكوس و "
NAND (Not AND) المبينة وهى عبارة عن بوابة AND لكن مع إضافة دائرة المعكوس فى الخرج .

جداول الحقيقة Truth tables

جدول الحقيقة هو طريقة جيدة لبيان وظيفة البوابة المنطقية . تستخدم عادة الرموز 0 (false) و 1 (true) فى جداول الحقيقة .المثال التالى لجدول الحقيقة للبوابة AND .

الدوائر المتكاملة المنطقية Logic ICs :

تتوفر البوابات المنطقية فى شكل دوائر متكاملة خاصة والتى عادة ما تحتوى على عدة بوابات من نفس النوع, على سبيل المثال الدائرة المتكاملة 4001 تحتوى على أربع بوابات NOR بمدخلين .

يوجد عائلات متعددة من الدوائر المتكاملة المنطقية ويمكن وضعها فى مجموعتين :

المجموعة 4000 Series .
المجموعة 74 Series .

الجدول الأتى يبين مقارنة سريعة بين العائلات :

العائلة 74HC هى الأفضل للمشاريع التى تعمل على البطارية للأنها تعمل جيدا فى مدى مناسب لجهد التغذية وتستهلك قدرة صغيرة جدا .

ملحوظة :
إذا استخدمتها فى تصميم دائرة بها بوابات منطقية تذكر أن : جميع المداخل الغير مستخدمة يجب توصيلها لمصدر القدرة (سواء الطرف الموجب أو الطرف السالب) وهذا ينطبق حتى على الأجزاء من الدائرة المتكاملة الغير مستخدمة بالدائرة! .

القادم إن شاء الله

البوابة " نفى" NOT gate وتسمى العاكس Inverter :

F.Abdelaziz · 06-01-2011, 12:00 AM

البوابة " نفى" NOT gate وتسمى العاكس Inverter :
الخرجQ يكون فى الحالةtrue( حقيقى – صواب – موجود – on – 1 – مرتفع ) عندما يكون :
المدخلAفى الحالة "NOT true " , أى أن المخرج يكون معكوس المدخل أى :

Q = NOT A

بوابة النفى لها مدخل واحد فقط .
بوابة النفى تسمى أيضا العاكس inverter .

F.Abdelaziz · 06-01-2011, 12:06 AM

بوابة " و " AND gate:

الخرجQ يكون فى الحالة true عندما يكون :

input A AND input B are both true

" كلا المدخلين true" أى :

Q = A AND B

بوابة AND يمكن أن يكون لها مدخلين أو أكثر .
مخرجها true عندما يكون جميع مداخلها true .

F.Abdelaziz · 06-01-2011, 12:10 AM

البوابة "نفى أو معكوس و" NAND gate (NAND = Not AND):

وهو بوابة AND مع عكس خرجها كما هو مبين بالدائرة 'o' الموجودة بخرجها .

الخرجQ يكون true عندما يكون :
input A AND input B are NOT both true
" المدخل A و المدخل B ليس كلاهما true " أى :

Q = NOT (A AND B)

بوابة NAND يمكن أن يكون لها مدخلين أو أكثر .
مخرجها true عندما يكون لا يكون جميع مداخلها true .

F.Abdelaziz · 06-01-2011, 12:15 AM

بوابة " أو " OR gate :

الخرجQ يكون true عندما يكون :
input A OR input B is true (or both of them are true)
" المدخل A أو المدخل B (أو كلاهما) يكون true " أى :

Q = A OR B

بوابة OR يمكن أن يكون لها مدخلين أو أكثر .
مخرجها true عندما يكون : أحد المداخل على الأقل true .

F.Abdelaziz · 06-01-2011, 12:19 AM

بوابة " نفى أو " NOR gate (NOR = Not OR) :

وهى بوابة OR مع عكس مخرجها كما هو مبين بالدائرة 'o' الموجودة بمخرجها .

الخرجQ يكون true عندما يكون :
NOT inputs A OR B are true
" لا المدخل A أو المدخل B يكونا true " أى أن :

Q = NOT (A OR B)

بوابة NOR يمكن أن يكون لها مدخلين أو أكثر .
مخرجها true عندما يكون : لا أحد من المداخل true .

F.Abdelaziz · 06-01-2011, 12:22 AM

بوابة " أو الحصرية – المنفردة " EX-OR (EXclusive-OR) gate :

الخرجQ يكون true عندما يكون :
either input A is true OR input B is true, but not when both of them are true
" أى من المدخل A أو المدخل B (منفردا)فى حالة true ولكن ليس كلاهما true (اى محصور على مدخل واحد) " أى أن :

Q = (A AND NOT B) OR (B AND NOT A)

هذه البوابة مثل بوابة OR لكن تستثنى (تستبعد) excluding حالة كون كلا المدخلين true .
أى أن الخرج يكون true عندما يكون المدخلين مختلفين .
البوابة EX-OR لها مدخلين فقط .

F.Abdelaziz · 06-01-2011, 12:25 AM

البوابة " نفى أو الحصرية " EX-NOR (EXclusive-NOR) gate :

هى بوابة EX-OR مع عكس مخرجها كما هو مبين بالدائرة 'o' الموجودة بمخرجها .

الخرج Q يكون true عندما يكون :
inputs A and B are the SAME (both true or both false)
"المدخلان A و B متتشابهان ( كلاهما true أو كلاهما false " أى أن :

Q = (A AND B) OR (NOT A AND NOT B)

البوابة EX-NOR لها مدخلين فقط .

الجدول التالى يبين حالة الخرج لجميع أنواع البوابات ذات المدخلين وذات الثلاثة مداخل . يمكن الاستعانة به لاختيار البوابة المناسبة .

لاحظ أن البوابات EX-OR و EX-NOR لها مدخلين فقط .