Cổng logic là gì?

Cổng logic (tiếng Anh: logic gate) là mạch điện thực hiện một hàm Boole lý tưởng hóa. Có nghĩa là, nó thực hiện một phép toán logic trên một hoặc nhiều logic đầu vào, và tạo ra một kết quả logic ra duy nhất, với thời gian thực hiện lý tưởng hóa là không có trễ. Mối quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra dựa trên một logic nhất định.

Các đại lượng nhị phân trong thực tế là những đại lượng Vật lý khác nhau (dòng điện, điện áp,áp suất…). Các đại lượng đó có thể thể hiện bằng hai trạng thái có ‘1’ hoặc không ’0’.

Các cổng logic là các phần tử đóng vai trò chủ yếu để thực hiện các chức năng logic đơn giản nhất trong các sơ đồ logic nhằm thực hiện một hàm logic nào đó. Quan hệ logic cơ bản nhất có ba loại: AND, OR, NOT. Cổng logic gồm các phần tử có nhiều đầu vào và chỉ có một đầu ra. Đầu ra là tổ hợp của các đầu vào. Từ các cổng logic ta có thể kết hợp lại để tạo ra nhiều mạch logic thực hiện các hàm logic phức tạp hơn.

Cổng logic có thể được chế tạo bằng các công nghệ khác nhau (lưỡng cực, MOS), có thể được tổ hợp bằng các linh kiện rời nhưng thường được chế tạo bởi các công nghệ tích hợp IC (Intergrated circuit). Cổng logic được sử dụng trong vi xử lý, vi điều khiển, các ứng dụng hệ thống nhúng và trong các mạch điện và điện tử.

Có tất cả 7 cổng logic: NOT, AND, OR, NAND, NOR, EX-OR và EX-NOR.

Cổng OR

Cổng OR có 2 hoặc nhiều lối vào và chỉ có một lối ra. Lối ra ở mức 1 nếu có ít nhất một lối vào ở mức 1 (Lối ra có tín hiệu khi một lối vào có tín hiệu).

Nhận xét:

Y = 0 : khi tất cả các biến vào đều bằng 0
Y = 1: khi có ít nhất một biến vào bằng 1

IC cổng OR 74HC32

Cổng AND

Cổng AND có 2 hoặc nhiều lối vào và chỉ có một lối ra. Toán tử này thực hiện phép nhân logic. Ngõ ra chỉ bằng 1 khi tất cả ngõ vào có mức logic là 1.

Nhận xét:

Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào lên cao.
Khi có một ngõ vào bằng 0, ngõ ra bằng 0 bất chấp các ngõ vào còn lại.

IC cổng AND 74HC08

Cổng NOT

Còn gọi là cổng đảo. Cổng chỉ có một lối vào và một lối ra. Cổng NOT thực hiện phép phủ định logic hay còn gọi là cổng chặn.

Nhận xét: Ngõ vào và ngõ ra có mức logic trái ngược nhau.

IC cổng NOT 74HC14

Cổng NAND

Cổng NAND là kết hợp của cổng AND và cổng NOT. Ngõ ra của cổng NAND là đảo với ngõ ra cổng AND.

Nhận xét:

Ngõ ra cổng NAND = 1 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó bằng 0.
Ngõ ra cổng NAND = 0 khi tất cả các ngõ vào của nó bằng 1.

IC cổng NAND 74HC00

Cổng NOR

Cổng NOR là kết hợp của cổng OR và cổng NOT. Ngõ ra của cổng NOR là đảo với ngõ ra cổng OR.

Nhận xét:

Ngõ ra cổng NOR = 1 khi tất cả các ngõ vào của nó có giá trị 0.
Ngõ ra cổng NOR = 0 khi có ít nhất 1 ngõ vào của nó có giá trị 1

IC cổng NOR 74HC02

Cổng EXOR

Cổng EXOR dùng để thực hiện hàm EXOR. Cổng EXOR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra. Đây là một phép toán quan trọng, nếu 2 ngõ vào có mức logic khác nhau thì ngõ ra sẽ bằng 1. Đới với cổng EXOR có nhiều ngõ vào thì ngõ ra sẽ bằng 1 khi tổng số bit 1 ở ngõ vào là số lẻ.

Nhận xét:

Y = 0 : khi tất cả hai biến vào có giá trị giống nhau
Y = 1 : khi tất cả hai biến vào có giá trị khác nhau

IC cổng EXOR 74HC86

Cổng EXNOR

Cổng EXNOR là kết hợp của cổng EXOR và cổng NOT, dùng để thực hiện hàm EXNOR. Cổng EXNOR chỉ có 2 ngõ vào và 1 ngõ ra. Cổng này thực hiện phép toán ngược với phép EXOR tức là khi 2 ngõ vào có giá trị giống nhau thì ngõ ra bằng 1. Với cổng EXNOR nhiều ngõ vào thì ngõ ra bằng 1 nếu tổng số bit 1 ở ngõ vào là số chẵn.

Nhận xét:

Ngõ ra của cổng EX-NOR bằng 0 khi 2 ngõ vào có mức logic khác nhau.
Ngõ ra của cổng EX-NOR bằng 1 khi 2 ngõ vào có mức logic bằng nhau.