基于微控制器使用的可视化逻辑网络

扎实的逻辑门知识是编程和电子学的基础。这在任何项目中都是必需的。真值表是一种可视化逻辑网络的各种组合结果的好方法。本文中设计的设备可以帮助以一种简单的方式更好地可视化真值表。整个项目基于微控制器的使用。

逻辑门

逻辑“ 1”与“ true”和“ high”同义。逻辑“ 0”与“ false”和“ low”同义。在数字电子学中，有三个基本操作：

NOT（否定）：如果输入值为“ 0”，则输出为“ 1”，反之亦然。

AND（逻辑乘积）：仅当所有输入均为“ 1”时，输出值为“ 1”，在所有其他情况下，结果均为“ 0”；

或（逻辑和）：仅当所有输入的值均为“ 0”时，结果为“ 0”，在所有其他情况下，结果为“ 1”。

如图1所示，执行这些操作的数字电路称为“逻辑门”。“非”门始终只有一个输入，而“与”门或“或”门可以有两个或更多输入。该项目包括以下逻辑门：

• 或者;
• 和;
• NAND;
• 也不;
• XOR;
• 不是

图1：逻辑门的符号

逻辑门或

或逻辑门是逻辑分离运算。它提供两个或多个逻辑信号的输入，如果至少一个信号等于“ 1”，则返回值“ 1”。如果所有信号均为“ 0”，则输出等于“ 0”。

AND逻辑门

AND逻辑门是逻辑加法运算。它提供两个或更多逻辑信号的输入，并且仅当所有输入信号均等于“ 1”时才在输出处返回值“ 1”，否则返回“ 0”。

NAND逻辑门

其操作等效于与门，但输出反相。

逻辑门NOR

它的操作等效于“或”门，但输出反相。

逻辑门异或

XOR门提供排他性逻辑运算。仅当输入之一为“ 1”时，它才返回逻辑值“ 1”。它通常用作比较器。

逻辑门不

非逻辑门构成反相器并提供逻辑求反操作。它在其输入处接收信号，并在其输出处返回其补码。

真相表

我们正在执行的项目需要在硬件上实现逻辑门的真值表。当输入变化时，打开或关闭某些执行器的可能性肯定对理解逻辑网络的运行有效。真值表（见图2）以表格形式表示了逻辑门输入处的值和这些门输出处的对应值的所有可能组合。真值表允许以表格形式表示所有可能的情况。对于理解逻辑电路的数字状态很有用。

图2：真值表

接线图

有多种方法可以实现本文中描述的项目。它可以用分立的电子元件制成，并且该解决方案具有教学目的。相反，该项目涉及使用微控制器。使用某些输入端口和其他输出端口，可以很容易地对完整的逻辑系统进行编程。整个决策过程由固件负责，固件控制固件的输入逻辑电平并通过一些LED二极管显示结果。接线图（如图3所示）提供了PIC 16F876的使用，但是任何其他类型的微控制器都可以成功使用。MCU时钟是外部时钟，并且是RC类型。时钟频率的确定由以下公式管理：

T = R * C * 2.3

是

F = 1 /（R * C * 2.3）

使用4.7 kOhm电阻器和22 pF电容，微控制器的频率约为4204861 Herz（4.2 Mhz）。按钮A和B构成逻辑门的两个输入。按下它们中的每一个，可将Micro的C0或C1端口置于高电平。否则，由于存在10 kOhm下拉电阻，它们的逻辑电位较低。六个LED二极管前接相同数量的220 Ohm限制电阻，它们代表逻辑门OR，AND，NAND，NOR，XOR和NOT的输出。非门仅与“ A”开关输入有关。整个系统由5 V电压供电。

图3：逻辑门系统的接线图

Great Cow Basic固件

固件列表是使用免费软件Grat Cow Basic编译器制成的，您可以在本文中找到它（请参见图4）。这很简单。让我们详细解释控件执行的区别操作。

#chip 16F876，4：该指令用于设置正确的MCU类型和相对时钟频率（在此应用中不重要）；

y = z：这些命令使PIC的端口可以作为输入或输出工作；

如果portc.0 = 1或portc.1 = 1，则：这是一个条件检查，检查“或”门和“或非”门；

如果portc.0 = 1 AND portc.1 = 1，则：这是一个条件检查，检查AND门和NAND门；

如果（portc.0 = 0且portc.1 = 0）或（portc.0 = 1且portc.1 = 1），则：是检查XOR端口的条件检查；

如果portc.0 = 0，则：是检查NOT端口的条件检查。

所有检查均在无限循环内执行。建议仔细研究程序清单，并在编码中寻找替代方案。

图4：用于编程PIC微控制器的Great Cow Basic开发环境

带梯形语言的固件

可以使用梯形图语言实现相同的程序。必须具有深入的知识，尤其是关于触点和继电器的逻辑使用的知识。图5显示了组成整个程序的一组“梯级”。这种图形编码似乎比过程编码更简单，但是我们将看到，使用Basic语言编写的图形编码提供了更多的开发可能性和对系统的完全控制，以及一个简单的调试，更新和修改环境。

图5：用梯形语言编写的相同固件

制作PCB

要制造用于逻辑门的电路板，必须创建印刷电路，其走线如图6所示。这非常简单，但是由于存在微控制器印记，因此建议使用照相雕刻技术。它的尺寸为102mm x 86mm。

图6：逻辑门系统PCB

当PCB准备就绪时，您需要在与焊盘相对应的位置钻一个1毫米的孔。然后，您从低轮廓的零件开始焊接，然后再从体积较大的零件开始进行焊接（请参见图7）。我们建议为微控制器采用PCB插座。注意极化组件的方向。焊接时必须使用功率约为30 W，尖端较窄的小型烙铁。

图7：组件布局

在图8中创建电路非常容易，并且每个人都可以触及。

图8：完整电路的3D渲染

材料清单

电子组件易于查找，并在以下BOM中列出：

• 1个电容22 pF;
• 6个LED;
• 6个电阻220欧姆;
• 2个电阻10 kOhm;
• 1个电阻4.7 kOhm;
• 2个开关或按钮；
• 1张图16f876。

容器

唯一要进行的连接是与电路和两个开关的电源有关的连接。从组件布局可以看出，LED二极管已经放置在PCB上。此解决方案确实很方便，但是最好创建一个容器来显示逻辑门的实际设计，例如图9所示。在这种情况下，必须将发光组件安装在上面板上，并与基板进行相对布线。

图9：建议使用逻辑门的设计创建一个容器

测验

测试非常简单。逻辑门的LED二极管将根据两个按键“ A”和“ B”的压力向电路及时供电，从而点亮。如您所见，此版本的电路为逻辑门提供了两个输入。

结论

视觉和图形演示总是比书面或阅读的清晰。此规则也适用于电子和数学。用肉眼看逻辑门的操作要容易得多，以便了解它们的工作原理。该项目对大学和电子学院的教师和教授都非常有用。

编辑：hfy