Elektronikprojekte: Wie man NAND-Gatter benutzt, um andere Gatter zu erstellen

Elektronische NAND-Gatter (zusammen mit NOR-Gattern) sind Universaltore, was bedeutet, dass Sie jede andere Art von Tor konstruieren können, indem Sie nichts anderes als NAND-Gatter verwenden, die auf verschiedene Arten kombiniert sind. Die vier hier vorgestellten Elektronikprojekte führen Sie Schritt für Schritt durch den Prozess des Baus verschiedener Arten von Gateschaltungen mit nur NAND-Gattern.

Das 4011 Quad-NAND-Gatter mit zwei Eingängen ist ein populärer integrierter Schaltkreis (IC) mit integriertem CMOS-Logikgatter. Wie der Name schon sagt, enthält dieser IC vier NAND-Gatter mit zwei Eingängen.

Ein 4011 IC ist nicht bei Ihrer lokalen RadioShack verfügbar. So müssen Sie einen lokalen Elektronikladen finden, der Teile wie CMOS-Logikchips trägt, oder Sie müssen sie von einer on-line-Quelle bestellen.

• Das erste Projekt verwendet nur eines der NAND-Gatter in einem 4011. Die zwei Eingänge des NAND-Gatters sind mit Druckknöpfen verbunden, und der Ausgang ist mit einer LED verbunden. Wenn Sie dieses Projekt erstellen, können Sie den Betrieb eines NAND-Gatters visualisieren: Die LED leuchtet, wenn Sie nicht beide Tasten drücken.

  

  Eine NAND-Gatterschaltung, die einen CMOS-Logikchip verwendet.

• Das nächste Projekt verwendet zwei der NAND-Gatter auf dem 4011, um ein UND-Gatter zu erzeugen. Da ein NAND-Gatter nichts anderes als ein UND-Gatter ist, dessen Ausgang invertiert ist, können Sie ein UND-Gatter von einem NAND-Gatter erzeugen, indem Sie den Ausgang des NAND-Gatters invertieren.

  Diese Invertierung funktioniert aufgrund einer der Grundregeln der Logik: Wenn Sie einen Wert zweimal invertieren, erhalten Sie den ursprünglichen Wert. Wenn Sie also ein UND-Gatter einmal invertieren, erhalten Sie ein NAND-Gatter; Wenn Sie es erneut invertieren, befinden Sie sich wieder in einem UND-Gatter.

• Im dritten Satz von Projektdokumenten sehen Sie, wie Sie ein OR-Tor erstellen, indem Sie drei NAND-Gatter verwenden. Ein NAND-Gatter ist das gleiche wie ein ODER-Gatter, dessen Eingänge invertiert wurden. Um also ein ODER-Gatter unter Verwendung von NAND-Gattern zu erzeugen, invertieren Sie die zwei Eingänge mit NAND-Gattern, die als Inverter konfiguriert sind (das heißt, ihre Eingänge sind miteinander verdrahtet). Der Ausgang von diesen Invertern wird an die Eingänge des dritten NAND-Gatters gesendet.

• Das letzte Projekt verwendet alle vier NAND-Gatter auf dem 4011-Chip, um ein NOR-Gatter zu erzeugen. Ein NOR-Gatter ist nichts anderes als ein ODER-Gatter, dessen Ausgang invertiert wurde. Daher erstellen Sie zunächst ein OR-Gate, indem Sie die Technik im vorherigen Projekt verwenden. Dann konfigurieren Sie das vierte NAND-Gatter auf dem 4011-Chip als Inverter, um den Ausgang des ODER-Gatters zu invertieren.

Da diese Projekte aufeinander aufbauen, reißen Sie Ihr Breadboard nicht ab, nachdem Sie jedes Projekt abgeschlossen haben.Stattdessen können Sie jedes zusammengestellte Projekt als Ausgangspunkt für das nächste Projekt verwenden. Wenn Sie die Projekte auf diese Weise erstellen, können Sie einfach die Schritte scannen, um zu sehen, welche Widerstände und Jumperdrähte für jedes Projekt verschoben werden müssen.

Sie können ein NAND-Gatter einfach in einen Single-Input-Inverter (dh ein NOT-Gate) verwandeln, indem Sie den einzelnen Eingang mit beiden Eingängen des NAND-Gatters verbinden. Diese Verbindung bewirkt, dass die beiden Eingänge immer gleich sind: Entweder sind beide HIGH oder beide LOW.

Wenn in einem NAND-Gatter beide Eingänge HIGH sind, ist der Ausgang LOW, und wenn beide Eingänge LOW sind, ist der Ausgang HIGH. Somit hat die Verdrahtung der Eingänge eines NAND-Gatters die Wirkung, die Eingabe zu invertieren.