Portes à entrées multiples

L'utilisation de la porte logique

Les onduleurs et les tampons épuisent les possibilités des circuits de porte à entrée unique. Que peut-on faire de plus avec un seul signal logique que de le tamponner ou de l'inverser ? Pour explorer plus de possibilités de portes logiques, nous devons ajouter plus de bornes d'entrée au(x) circuit(s).

L'ajout de bornes d'entrée supplémentaires à une porte logique augmente le nombre de possibilités d'état d'entrée. Avec une porte à entrée unique telle que l'inverseur ou le buffer, il ne peut y avoir que deux états d'entrée possibles :soit l'entrée est « high » (1), soit elle est « low » (0).

Comme mentionné précédemment dans ce chapitre, une porte à deux entrées en a quatre possibilités (00, 01, 10 et 11). Une porte à trois entrées en a huit possibilités (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 et 111) pour les états d'entrée.

Le nombre d'états d'entrée possibles est égal à deux à la puissance du nombre d'entrées :

Cette augmentation du nombre d'états d'entrée possibles permet évidemment un comportement de porte plus complexe. Maintenant, au lieu de simplement inverser ou amplifier (tamponner) un seul niveau logique "élevé" ou "bas", la sortie de la porte sera déterminée par n'importe quelle combinaison des 1 et des 0 est présent aux bornes d'entrée.

Étant donné que tant de combinaisons sont possibles avec seulement quelques bornes d'entrée, il existe de nombreux types différents de portes à entrées multiples, contrairement aux portes à entrée unique qui ne peuvent être que des inverseurs ou des tampons. Chaque type de porte de base sera présenté dans cette section, montrant son symbole standard, sa table de vérité et son fonctionnement pratique. Les circuits TTL réels de ces différentes portes seront explorés dans les sections suivantes.

La porte ET

L'une des portes à entrées multiples les plus faciles à comprendre est la porte ET, ainsi appelée parce que la sortie de cette porte sera "haute" (1) si et seulement si tout entrées (première entrée et la deuxième entrée et . . .) sont « élevés » (1). Si une ou plusieurs entrées sont "faibles" (0), la sortie est également garantie d'être dans un état "faible".

Au cas où vous vous poseriez la question, les portes ET sont faites avec plus de trois entrées, mais c'est moins courant que la simple variété à deux entrées.

Table de vérité à deux entrées ET Gate

La table de vérité d'une porte ET à deux entrées ressemble à ceci :

Opération de circuit d'échantillon de porte AND

Ce que cette table de vérité signifie en termes pratiques est montré dans la séquence d'illustrations suivante, avec la porte ET à 2 entrées soumise à toutes les possibilités de niveaux logiques d'entrée. Une LED (Light-Emitting Diode) fournit une indication visuelle du niveau logique de sortie :

Ce n'est qu'avec toutes les entrées élevées à des niveaux logiques « élevés » que la sortie de la porte ET devient « élevée », activant ainsi la LED pour un seul des quatre états de combinaison d'entrées.

La porte NAND

Une variation sur l'idée de la porte ET est appelée la porte NAND. Le mot « NAND » est une contraction verbale des mots NON et ET.

Essentiellement, une porte NAND se comporte de la même manière qu'une porte ET avec une porte NON (inverseur) connectée à la borne de sortie. Pour symboliser cette inversion du signal de sortie, le symbole de la porte NAND a une bulle sur la ligne de sortie.

La table de vérité pour une porte NAND est, comme on pourrait s'y attendre, exactement opposée à celle d'une porte ET :

Comme pour les portes ET, les portes NAND sont constituées de plus de deux entrées. Dans de tels cas, le même principe général s'applique :la sortie sera « low » (0) si et seulement si toutes les entrées sont « high » (1). Si une entrée est « faible » (0), la sortie deviendra « élevée » (1).

La porte du bloc opératoire

Notre prochaine porte à étudier est la porte OU, ainsi appelée parce que la sortie de cette porte sera "haute" (1) si l'une des entrées (première entrée ou la deuxième entrée ou . . .) est "haute" (1 ). La sortie d'une porte OU passe à "bas" (0) si et seulement si toutes les entrées sont "bas" (0).

Table de vérité de porte OU à deux entrées

La table de vérité d'une porte OU à deux entrées ressemble à ceci :

OU Opération de circuit d'échantillon de porte

La séquence d'illustrations suivante montre la fonction de la porte OU, avec les 2 entrées connaissant tous les niveaux logiques possibles. Une LED (diode électroluminescente) fournit une indication visuelle du niveau logique de sortie du portail :

Une condition selon laquelle une entrée est élevée à un niveau logique « élevé » rend la sortie de la porte OU « élevée », activant ainsi la LED pour trois des quatre états de combinaison d'entrée.

La porte NOR

Comme vous vous en doutez, la porte NOR est une porte OU avec sa sortie inversée, tout comme une porte NAND est une porte ET avec une sortie inversée.

Les portes NOR, comme toutes les autres portes à entrées multiples vues jusqu'à présent, peuvent être fabriquées avec plus de deux entrées. Pourtant, le même principe logique s'applique :la sortie passe à « bas » (0) si l'une des entrées est rendue « haute » (1). La sortie est « haute » (1) uniquement lorsque toutes les entrées sont « basées » (0).

La porte ET Négative

Une porte ET négatif fonctionne de la même manière qu'une porte ET avec toutes ses entrées inversées (connectées via des portes NON). Conformément à la convention de symbole de porte standard, ces entrées inversées sont signalées par des bulles.

Contrairement au premier instinct de la plupart des gens, le comportement logique d'une porte ET Négative n'est pas le même que celui d'une porte NAND. Sa table de vérité, en fait, est identique à une porte NOR :

La porte OU-Négative

Suivant le même schéma, une porte OU négatif fonctionne de la même manière qu'une porte OU avec toutes ses entrées inversées. Conformément à la convention de symbole de porte standard, ces entrées inversées sont indiquées par des bulles. Le comportement et la table de vérité d'une porte OU-Négatif sont les mêmes que pour une porte NAND :

La porte OU exclusif

Les six derniers types de portes sont tous des variations assez directes de trois fonctions de base :ET, OU et NON. La porte OU exclusif, cependant, est quelque chose de tout à fait différent.

Les portes OU exclusif délivrent un niveau logique « haut » (1) si les entrées sont à des niveaux logiques différents, soit 0 et 1 ou 1 et 0. Inversement, elles délivrent un niveau logique « bas » (0) si les entrées sont à les mêmes niveaux logiques.

La porte OU exclusif (parfois appelée XOR) a à la fois un symbole et un modèle de table de vérité qui est unique :

Circuits équivalents XOR

Il existe des circuits équivalents pour une porte OU exclusif composée de portes ET, OU et NON, tout comme il y en avait pour les portes NAND, NOR et d'entrée négative. Une approche plutôt directe pour simuler une porte OU exclusif consiste à commencer par une porte OU régulière, puis à ajouter des portes supplémentaires pour empêcher la sortie de passer « haut » (1) lorsque les deux entrées sont « hautes » (1) :

Dans ce circuit, la porte ET finale agit comme un tampon pour la sortie de la porte OU chaque fois que la sortie de la porte NAND est élevée, ce qui est le cas pour les trois premières combinaisons d'états d'entrée (00, 01 et 10). Cependant, lorsque les deux entrées sont « hautes » (1), la porte NAND génère un niveau logique « bas » (0), ce qui force la porte ET finale à produire une sortie « bas » (0).

Un autre circuit équivalent pour la porte OU-exclusif utilise une stratégie de deux portes ET avec inverseurs, configurées pour générer des sorties « hautes » (1) pour les conditions d'entrée 01 et 10. Une porte OU finale permet alors l'une ou l'autre des portes ET » sorties "élevées" pour créer une sortie "élevée" finale :

Les portes OU exclusif sont très utiles pour les circuits où deux nombres binaires ou plus doivent être comparés bit à bit, ainsi que pour la détection d'erreurs (contrôle de parité) et la conversion de code (binaire en Gray et vice versa).

La porte exclusive-NOR

Enfin, notre dernière porte d'analyse est la porte Exclusive-NOR, également connue sous le nom de porte XNOR. C'est l'équivalent d'une porte OU-Exclusif avec une sortie inversée. La table de vérité de cette porte est exactement opposée à celle de la porte OU-Exclusif :

Comme indiqué par la table de vérité, le but d'une porte NON-OU exclusif est de produire un niveau logique « haut » (1) chaque fois que les deux entrées sont aux mêmes niveaux logiques (soit 00 ou 11).

AVIS :

• Règle pour une porte ET :la sortie est « haute » uniquement si la première entrée est et la deuxième entrée sont toutes les deux « élevées ».
• Règle pour une porte OU :la sortie est « haute » si l'entrée A ou l'entrée B est « élevée ».
• Règle pour une porte NAND :la sortie n'est pas « élevé » si à la fois la première et la deuxième entrée sont « élevées ».
• Règle pour une porte NOR :la sortie n'est pas « élevé » si la première entrée ou la deuxième entrée sont « élevées ».
• Une porte ET Négative se comporte comme une porte NOR.
• Une porte OU-Négatif se comporte comme une porte NAND.
• Règle pour une porte OU-Exclusif :la sortie est « haute » si les niveaux logiques d'entrée sont différents .
• Règle pour une porte Exclusive-NOR :la sortie est « haute » si les niveaux logiques d'entrée sont les mêmes .

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail des portes logiques de base

• Feuille de travail d'algèbre booléenne