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门通用性

NAND 和 NOR 门拥有一个特殊的属性:它们是通用的。也就是说,给定足够多的门,任一类型的门都能够模仿任何其他门类型的操作。

例如,可以使用三个互连的与非门构建一个显示 OR 功能的电路。单一门类型能够模仿任何其他门类型的能力只有 NAND 和 NOR 才能享有。事实上,数字控制系统的设计只是围绕 NAND 或 NOR 门,所有必要的逻辑功能都来自互连的 NAND 或 NOR 的集合。

作为此属性的证明,本节将分为几个小节,说明如何仅使用 NAND 或仅使用 NOR 来形成所有基本门类型。

构造 NOT 函数


如您所见,使用与非门作为反相器的方法有两种,使用或非门作为反相器的方法有两种。任一种方法都有效,尽管将 TTL 输入连接在一起会增加驱动门的电流负载量。对于CMOS门电路,由于输入电容增加,公共输入端降低了门电路的开关速度。

逆变器是将一种逻辑功能转换为另一种逻辑功能的基本工具,因此下面的插图中将显示许多逆变器。在这些图中,我将只展示一种反转方法,即未使用的与非门输入连接到 +V(Vcc 或 Vdd,取决于电路是 TTL 还是 CMOS)以及未使用的输入用于或非门接地。

请记住,从逻辑(1 和 0)的角度来看,另一种反转方法(将 NAND 或 NOR 输入连接在一起)同样有效,但从增加 TTL 的电流负载和增加输入电容的实际角度来看是不可取的用于CMOS。

构造“缓冲”函数

由于使用 NAND 和 NOR 门来执行反相器 (NOT) 功能非常容易,因此两个这样的门级将产生缓冲功能,其中输出与输入的逻辑状态相同,这是有道理的。


构造AND函数

要从与非门实现与功能,只需要在与非门的输出端上有一个反相器 (NOT) 级。这个额外的反转“取消”了第一个 NNAND ,离开 AND 函数。从 NOR 门中解决相同的功能需要更多的工作,但可以通过将所有输入反相(“NOT”)到 NOR 门来完成。


构造NAND函数

向您展示如何使用与非门“构建”与非函数是毫无意义的,因为没有什么可做的。为了使 NOR 门执行 NAND 功能,我们必须反转 NOR 门的所有输入以及 NOR 门的输出。对于二输入门,这需要另外连接三个作为反相器的或非门。


构造 OR 函数

将或非门的输出反相(将另一个或非门连接为反相器)会产生 OR 功能。另一方面,与非门需要反转所有输入以模拟或函数,就像我们需要反转或非门的所有输入以获得与函数一样。

请记住,门的所有输入的反转会导致该门的基本功能从 AND 变为 OR(或反之亦然),以及反转输出。因此,在所有输入都反转的情况下,NAND 表现为 OR,NOR 表现为 AND,AND 表现为 NOR,OR 表现为 NAND。在布尔代数中,这种变换被称为 DeMorgan 定理 ,在本书后面的章节中有更详细的介绍。


构造NOR函数

与使 NOR 门充当 NAND 的过程非常相似,我们必须反转所有输入和输出才能使 NAND 门充当 NOR。

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相关工作表:


工业技术

  1. 基本门函数
  2. NOR Gate S-R Latch
  3. NAND Gate S-R 使能锁存
  4. NAND Gate S-R 触发器
  5. 晶体管,结场效应 (JFET)
  6. 晶体管,绝缘栅场效应(IGFET 或 MOSFET)
  7. 集成电路
  8. 非门
  9. “缓冲”门
  10. 异或函数:异或门
  11. 门级建模
  12. Verilog 门级示例