Tổng hợp kiến thức cơ bản về các cổng logic: AND, OR, NOT

Kiến thức về ngành điện tử học đang ngày càng được ứng dụng nhiều trong cuộc sống nhất là đối với dân iT thì gần như kiến thức cơ bản về điện tử học là không thể thiếu trong quá trình học. Do đó, nhằm giúp các học viên có cái nhìn tổng quan nhất về ngành điện tử học, HocvieniT.vn sẽ chia sẻ một vài kiến thức về các cổng logic cơ bản.

Cổng logic là gì?

Cổng logic là một mạch điện thực hiện một hàm Boole lý tưởng hóa. Trong đó, nó có vai trò thực hiện một phép toán logic lên một hoặc nhiều logic đầu vào. Từ đó, cho ra một kết quả duy nhất trong điều kiện thời gian lý tưởng hóa là không có trễ.

Cổng logic thực hiện các phép toán logic đơn giản trên tín hiệu đầu vào, tạo ra tín hiệu đầu ra dựa trên các quy tắc logic nhất định. Cổng logic đóng vai trò quan trọng trong việc cấu tạo nên các mạch điện tử phức tạp, bao gồm vi xử lý, vi điều khiển và các hệ thống nhúng.

Đặc điểm chính của cổng logic:

• Thực hiện phép toán logic: Cổng logic nhận tín hiệu đầu vào ở dạng nhị phân (0 hoặc 1) và thực hiện các phép toán logic cơ bản như AND, OR, NOT, NAND, NOR, EX-OR, EX-NOR.
• Có nhiều đầu vào và một đầu ra: Mỗi cổng logic có thể có một hoặc nhiều đầu vào, nhưng chỉ có duy nhất một đầu ra. Giá trị tín hiệu đầu ra phụ thuộc vào giá trị tín hiệu tại các đầu vào và quy tắc logic của cổng.
• Có nhiều công nghệ chế tạo: Cổng logic có thể được chế tạo bằng các công nghệ khác nhau như lưỡng cực, MOS, hoặc được tích hợp thành mạch tích hợp (IC).
• Ứng dụng rộng rãi: Cổng logic được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như điện tử, máy tính, tự động hóa, viễn thông,…

Các cổng logic cơ bản nhất

Trước khi đi vào tìm hiểu một số loại cổng logic cơ bản nhất, bạn nên biết quy định về mức 0 và mức 1 như sau:

+ Nếu IC của TTL thì điện áp vào là 5V, khi đó ta có mức 1 = 5V và mức 0 là = 0V.

+ Nếu IC của CMOS thì điện áp vào Vdd  = 3V – 18V cho nên mức 1 = Vdd và mức 0 vẫn là = 0V.

Có 7 loại cổng logic cơ bản:

• NOT (Không): Phủ định tín hiệu đầu vào. Nếu đầu vào là 1, đầu ra là 0. Ngược lại, nếu đầu vào là 0, đầu ra là 1.
• AND (Và): Chỉ có đầu ra là 1 khi tất cả các đầu vào đều là 1.
• OR (Hoặc): Có đầu ra là 1 khi ít nhất một đầu vào là 1.
• NAND (Và-Không): Phủ định kết quả của phép toán AND.
• NOR (Hoặc-Không): Phủ định kết quả của phép toán OR.
• EX-OR (Hoặc-Ngoại trừ): Chỉ có đầu ra là 1 khi hai đầu vào khác nhau.
• EX-NOR (Ngoại trừ-Hoặc): Chỉ có đầu ra là 1 khi hai đầu vào giống nhau.

Cổng logic VÀ (AND) – Một trong các cổng logic cơ bản nhất

Ký hiệu của cổng logic AND được biểu diễn qua hình vẽ dưới đây:

Để biết được nguyên lý hoạt động của cổng logic AND, chúng ta hãy nhìn vào sơ đồ dưới đây:

Từ sơ đồ ta có thể thấy cấu tạo của cổng logic AND bao gồm hai đầu vào là A và B, một đầu ra là tích của A và B. Mạch này lắp đặt 2 Diode và 1 điện trở như trên hình vẽ. Trong đó,

Trường hợp một là khi điện áp đầu vào ở mức 1 = 5V thì 2 Diode sẽ bị phân cực nghịch và điều đó cũng đồng nghĩa với việc không có dòng chạy trong 2 Diode. Vậy nên, ở đầu ra có mức điện áp bằng với mức điện áp đầu vào là 5V.

Trường hợp thứ hai là Diode A ở mức 1, Diode B ở mức 0, có nghĩa là Diode A phân cực nghịch còn Diode B phân cực thuận. Do đó, sẽ không có dòng điện qua đầu ra (0V).

Trường hợp thứ ba là trường hợp ngược lại với trường hợp trên, tức là Diode A = 0V, Diode B = 5V thì tương đương với Diode A phân cực thuận và Diode B phân cực nghịch và cũng cho ra kết quả tương tự như trên (0V).

Trường hợp cuối cùng là cả hai Diode đều ở mức 0 (0V). Suy ra cả hai Diode đầu phân cực thuận và kết quả vẫn là không có dòng điện (0V).

Tóm lại, chỉ khi điện áp đầu vào cùng bằng 1, điện áp đầu ra mới bằng 5V (mức 1) và các trường hợp còn lại đều cho ra kết quả bằng 0.

Cổng HOẶC (OR)

Ký hiệu của cổng logic OR được biểu diễn qua hình vẽ dưới đây:

Để biết được nguyên lý hoạt động của cổng logic OR, chúng ta hãy nhìn vào sơ đồ dưới đây:

Từ sơ đồ ta có thể thấy cấu tạo của cổng logic OR bao gồm hai đầu vào là A và B, một đầu ra là tổng của A và B. Mạch này lắp đặt 2 Diode và 1 điện trở như trên hình vẽ.

Ta có thể thấy mạch của cổng logic OR không khác gì nhiều so với mạch của cổng logic AND, chỉ có điều là cách lắp điện trở ngược lại so với cổng logic AND.

Nguyên lý hoạt động của cổng logic OR như sau:

Trường hợp 1: Cả hai điện áp đầu vào đều ở mức 1 (5V), tương ứng với hai Diode phân cực thuận và điện áp đầu ra là 5V.

Trường hợp 2: Diode A ở mức 1, Diode B ở mức 0, tương ứng với Diode A phân cực thuận còn Diode B phân cực nghịch. Khác với cổng logic AND, ở trường hợp này điện áp ở đầu ra là 5V.

Trường hợp 3: Diode A ở mức 0, Diode B ở mức 1, tương ứng với Diode A phân cực nghịch và Diode B phân cực thuận. Và kết quả đầu ra trong trường hợp này là 5V.

Trường hợp 4: Cả hai điện áp ầu vào đều ở mức 0 (0V). Kết quả điện áp đầu ra là 0V bởi vì không có dòng điện chạy qua cả hai Diode.

Tóm lại, tất cả các trường hợp đều cho ra kết quả điện áp đầu ra là 5V, ngoại trừ trường hợp Diode A = Diode B là mức điện áp đầu ra 0V.

Cổng logic ĐẢO (NOT)

Ký hiệu của cổng logic NOT được biểu diễn qua hình vẽ dưới đây:

Để biết được nguyên lý hoạt động của cổng logic NOT, chúng ta hãy nhìn vào sơ đồ dưới đây:

Từ sơ đồ ta có thể thấy cấu tạo của cổng logic NOT bao gồm một đầu vào và một đầu ra. Chính bởi cấu tạo này của mạch logic NOT mà chúng ta chỉ có hai trường hợp như sau:

Trường hợp 1: Điện áp đầu vào bằng 0 thì điện áp đầu ra bằng 1.

Trường hợp 2: Ngược lại với trường hợp trên, khi điện áp đầu vào bằng 1 thì điện áp đầu ra bằng 0.

Trên đây là chia sẻ của HocvieniT.vn về các kiến thức cơ bản về cổng logic. Hi vọng chúng giúp ích cho bạn trong quá trình sử dụng máy tính cũng như học tập. Chúc bạn thành công!

Ngoài ra, nếu có bất cứ thắc mắc nào về các kiến thức liên quan đến máy tính khác thì bạn có thể để lại bình luận bên dưới bài viết này. Và đừng quên đón đọc các bài viết mới nhất của HocvieniT.vn nhé.

Bài viết liên quan: 

Tổng hợp kiến thức cơ bản về các cổng logic: NOR, NAND

Tổng hợp kiến thức cơ bản về các cổng logic: BUFFER, EX-OR, EX-NOR, AOI

Mọi chi tiết xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY CỔ PHẦN HỌC VIỆN IT
MST: 0108733789
Hotline: 0981 223 001
Facebook: www.fb.com/hocvienit
Đăng ký kênh Youtube để theo dõi các bài học của Huấn luyện viên tốt nhất: http://bit.ly/Youtube_HOCVIENiT
Hệ thống cơ sở đào tạo: https://hocvienit.vn/lien-he/
Học viện IT.vn – Truyền nghề thực tế cùng bạn đến thành công!