Arduino 电路基础 - 逻辑门

这篇文章主要通过面包板、led灯以及若干开关来模拟逻辑电路的效果,这一次我们描述的是基本的逻辑电路 —— 与、或、异或。通过这篇文章,可以了解到以下内容:

  • 什么是逻辑门
  • 与门面包板实验
  • 或门面包板实验
  • 异或门面包板实验

什么是逻辑门

以下是摘自维基百科对于逻辑门的定义:

逻辑门是在集成电路上的基本组件。简单的逻辑门可由晶体管组成。这些晶体管的组合可以使代表两种信号的高低电平在通过它们之后产生高电平或者低电平的信号。高、低电平可以分别代表逻辑上的“真”与“假”或二进制当中的1和0,从而实现逻辑运算。常见的逻辑门包括“与”闸,“或”闸,“非”闸,“异或”闸(也称:互斥或)等等。
逻辑门是组成数字系统的基本结构,通常组合使用实现更为复杂的逻辑运算。一些厂商通过逻辑门的组合生产一些实用、小型、集成的产品,例如可编程逻辑器件等。

为了简单体验一下逻辑门的作用,我们将采用面包板,led 灯以及若干开关来模拟,我们假设开关打开状态,为低电平,即“假”,开关闭合状态,为高电平,即“真”,然后通过观察不同开关状态的组合,led 灯的亮灭情况,来了解不同逻辑门电路的区别。

与门

logic_and_gate.png

我们按上图连接好电路,面板版接 5V 电源,图中电阻为 220Ω,两个开关按钮串联,左边的按钮我们记为S1,右边的按钮记为S2,我们这里将要实现的效果为:

  • 两个开关同时按下,led灯亮
  • 两个开关同时断开,led熄灭
  • S1 或 S2 任意一个开关按下,另一个开关断开,led熄灭

类似这种电路,即为逻辑与门电路,与门的真值表如下:

输入 A 输入 B 输出 A and B
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 1

或门

logic_or_gate.png

我们按上图连接好电路,面板版接 5V 电源,图中电阻为 220Ω,两个开关按钮并联,左边的按钮我们记为S1,右边的按钮记为S2,我们这里将要实现的效果为:

  • 两个开关同时按下,led灯亮
  • 两个开关同时断开,led熄灭
  • S1 或 S2 任意一个开关按下,另一个开关断开,led灯亮

类似这种电路,即为逻辑或门电路,或门的真值表如下:

输入 A 输入 B 输出 A and B
0 0 0
1 0 1
0 1 1
1 1 1

异或门

logic_xor_gate.png

我们按上图连接好电路,面板版接 5V 电源,图中电阻为 220Ω,四个开关按从左到右的顺序,依次为 S1 S2 S3 S4,其中,S1, S3 与 led 串联,S2, S4 与 led 串联,S1, S3 与 S2, S4之间并联,我们假设 S1, S2为一组,记做 SA,S3, S4一组,记做SB,当S1开关按下,记做 SA - 真, 开关S2按下,记做SA -假,SB组以此类推,就不详述了。我们将要实现的效果为:

  • SA为真,SB为真时,led灯亮
  • SA为假,SB为假时,led灯亮
  • SA,SB互为真假时,led熄灭

类似这种电路,即为逻辑异或门电路,或门的真值表如下:

输入 SA 输入 SB 输出 SA and SB
0 0 1
1 0 0
0 1 0
1 1 1

小结

通过这篇文章,我们了解了什么是逻辑门电路,以及通过面包板实验,体验了与门、或门以及异或门电路的区别与功能。

参考资料

Logic gate

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