بررسی نقش ۴ ورودی NAND در الکترونیک

يه دروازه ي 4 ورودي به عنوان يک ساختمان اصلي در الکترونيک ديجيتالي است. این دروازه منطقی خروجی را تولید می کند که برعکس عملیات AND در چهار ورودی است. مهندس ها دروازه ي ناد صدا ميزنن چون ميتونن هر دروازه منطقي ديگه اي ايجاد کنن تابع بولی برای دروازه ی 4 ورودی هستQ = ¬(A · B · C · D). این یعنی دروازه یک سیگنال پایین می کند تنها وقتی که هر چهار ورودی بالا باشد. دروازه ي ناد به طراح ها کمک ميکنه تا مدارها را ساده سازي کنن و سيستم هاي قابل اعتماد بسازند

حذف کلید

• دروازه ۴ ورودی NAND فقط زمانی که هر چهار ورودی بالا باشد پایین می شود، و در غیر این صورت، خروجی می شود، براي بررسي شرايط يکبار مفيد ميشه
• دروازه هاي نااند هستنساختمان جهانیانکه میتونه هر دروازه منطقی دیگه ای ایجاد کنه طراحی مدار را ساده سازی کنه و تعداد اجزای لازم رو کاهش بده
• با استفاده از 4 ورودی NAND فضا و انرژی روی تخته مدار ذخیره میکنه چون کمتر نیاز دارنترانزیستور هاو سريعتر از بعضي دروازه هاي ديگه
• مهندس ها استفاده می کنند۴ ورودی NAND دروازهدر بسیاری از برنامه هاییحافظهمدار، سيستم هاي هشداري و پنل هاي کنترل براي بهبود اعتماد و کارآمد
• در حالی که چهار دروازه ورودی NAND مزایای زیادی پیشنهاد میکنن طراحان باید سرعت رو تعادل کنن و قدرت، چون اضافه کردن ورودي هاي بيشتري ميتونه دروازه رو کم کنه و پيچيدگي افزايش بده

تابعیت یک دروازه NAND

۴ ورودی NAND منطقه

ها4 دروازه ورودي چهار تا سيگنال جداگانهبه عنوان ورودي هاش دروازه بررسی می کند که اگر هر چهار ورودی بالا باشد (که به این معنی است که هر ورودی در سطح منطق ۱ است. اگر هر ورودی بالا باشد، خروجی پایین می شود. در هر مورد دیگر، خروجی بالا (لوژی ۱) باقی می ماند. این رفتار با قانون اصلی تمام دروازه های ناد مطابقت داره مهم نیست که چقدر ورودی داشته باشن تفاوت اصلی بین ۴ ورودی و ورودی ۲ یا ۳دروازه نادتعداد ورودی ها و ترکیب های احتمالی است. به عنوان مثال، یک دروازه دو در ورودی تنها زمانی که هر دو ورودی بالا باشد، در حالی که یک دروازه ی سه تایی اینکارو میکنه وقتی هر سه تا بلند باشن دروازه 4 ورودي منطق يکساني رو دنبال ميکنه اما با چهار ورودي دروازه های دیجیتالی را بسیار مفید می سازد که باید چندین شرایط را همزمان بررسی کند.

راهنمایی: مهندس ها معمولا استفاده می کنندچندین دروازه کوچکتر با همدیگهاگه يه دروازه در دسترس نباشه اونا خروجی های دروازه های 2 و 3 ورودی رو به روش خاصی وصل میکنن تا نتایج مشابه رو بدست بیارن

عملکردی دروازه نند بستگی به سطح ولتاژ در ورودی ها و خروجی های آن دارد. جدول زیر محدوده های معمولی ولتاژ برای منطقی بالا و منطق پایین در این مدارها نشان می دهد:

ايناسطوح ولتاژکمک به دروازه تصمیم بگیرد که آیا ورودی بالا یا پایین است و خروجی باید چه باشد.

جدول حقيقت

...جدول حقیقت برای دروازه ی 4 ورودیتمام ترکیب های ورودی ممکن و خروجی برای هر یکی را نشان می دهد. این میز به دانش آموزان و مهندس کمک می کند تا دروازه چگونه به سیگنال های مختلف واکنش می دهد.

این جدول نشان می دهد که خروجی دروازه ۴ ورودی در ورودی همیشه بلند است جز زمانی که هر چهار ورودی بالا باشد. در این صورت، خروجی به پایین تغییر میده این برعکس دروازه AND است، که تنها زمانی که همه ورودی ها بالا باشند.

عبارت بولی

خروجی دروازه ۴ ورودی را می توان با استفاده از یک عبارت ساده بولی را توصیف کرد. این عبارت از نمادهای منطقی برای نشان دادن دروازه چگونگی کار می کند.

• عبارت بولی این است:نه (و و B و C و D)
• خروجی دروازه (۱) در صورتی که تمام ورودی ها (A, B, C و D) در یک زمان بالا باشند.
• اگر تمام ورودی ها بالا باشند، خروجی پایین می شود) ۰.
• در برنامه نویسی کامپیوتر، این مثل نوشتن Q = است! (A & B & & C & & D)
• این عبارت با روش استاندارد برای توصیف عملیات دروازه های ناد در همان منطق و هم برنامه نویسی است.

عملکرد يک دروازه ي ناد اينو ميکنهساختمان جهانیانتوي الکترونيک ديجيتالي مهندس ها ميتونن از دروازه هاي ناد استفاده کنن تا هر نوع ديگه اي از دروازه هاي منطقي بسازن که دروازه ي چهار تا ورودي رو در طراحي مدار بسيار قدرتمند ميکنه

ساختار و آیس

طراحی سطح ترانسیستور

دروازه ي ناد از ترانزيستور ها براي کنترل برق استفاده ميکنه در یک مدار یکپارچه معمولی، مهندسین ها چندین ترانزیستور برای ایجاد منطق نیاز برای عملکرد ناد برنامه ریزی می کنند. طراحی اغلب هشت تا ترانزیستور استفاده می کند. چهار ترانزیستور در سری متصل می شوند تا ورودی ها را کنترل کنند، در حالی که چهار دیگر در موازی به مدیریت خروجی متصل می شوند. این برپایی اطمینان می دهد که دروازه فقط یک سیگنال پایین را در حالی که هر چهار ورودی بالا باشد. بقیه ی زمان، خروجی بالا می مونه اين ترانزيستور دروازه هاي ديجيتالي ...طراحی مدار یکپارهسايز رو کوچک نگه ميداره و برق پايين استفاده ميکنه

دروازه NAND CD4011 و IC های دیگر

بسیاری از آی سی فعالیت های فعالیت های دریچه را ارائه می دهند. ...دروازه ي نادانتخاب محبوبه این دروازه ی دروازه ی کواد 2 در ورودی است که یعنی چهار دروازه ی دو ورودی جداگانه در یک تراشه دارد. آی سی های معمولی دیگر شامل CD4012 و CD74HC20 است. CD4012 دروازه های دوگانه ۴-اینپیوتر را فراهم می کند، در حالی که CD74HC20 دو دروازه های ۴-اینپیت را با اجرای بالای سرعت پیشنهاد می کند. این آی سی ها به مهندسی ها کمک میکنند که سیستم های دیجیتالی پیچیده ای بسازند با بخش کمتر.

بعضي وقتا، يه طراح 4 دروازه ي ورودي لازم داره ولي فقط به دروازه ي آي در اين مورد، اونا مي تونن ضربه بزننسه در ورودي 2 در وروديبراي ايجاد عمليات مورد نظر. دو دروازه اولین پردازش یک جفت ورودی مانند A و B و C و D. خروجشون بعدش به دروازه ي سوم تغذيه ميشه. این دروازه نهایی نتایج را ترکیب می کند و همان خروجی را با یک دروازه ۴ ورودی را تولید می کند. این روش طراحی مدار انعطاف پذیر را با استفاده از ICs استاندارد اجازه می دهد.

نتیجه: استفاده از دروازه هایی که از دو دریپوت در فضا برای ساخت دروازه های بزرگتر فضا را ذخیره می کند و هزینه های بسیاری از پروژه ها کاهش می دهد.

استفادهمدارهای یکپارهمثل طراحي ديجيتالي این آی سی تابعهای دروازه های اعتماد قابل ارائه می دهند و از ایجاد مدارهای منطقی پیچیده تری پشتیبانی می کنند.

کاربردهای ۴ ورودی NAND

مداری

مهندس ها اغلب از 4 دروازه ورودي NAND استفاده ميکننمدارهای ترکیبی. این مدارها عملیات منطقی انجام می دهند که خروجی فقط به ورودی های جاری بستگی دارد. مدار مثال عملی یک آشکارساز چند شرایط است. در این برنامه، دروازه ی 4 ورودی NAND در یک زمان چهار سیگنال مختلف را بررسی می کند. خروجی بالا می مونه مگر اینکه هر چهار سیگنال با هم بلند باشه این ویژگی ها به طراحان کمک می کند تا برنامه های منطقی ایجاد کنند که باید چندین شرایط را قبل از اقدام بررسی کنند.

...جهانی دروازه NANDاون رو در اين طراحي ها ارزشمند ميکنه طراحان می توانند فقط دروازه های NAND برای ساخت هر تابع منطقی مانند AND، یا یا NOT استفاده کنند. این کار تعداد اجزای مختلف در یک پروژه را کاهش می دهد. قسمت های کمتر به معنای تولید ساده تر و اعتماد بهتر است. انعطاف پذیری دروازه NAND به مهندسان اجازه می دهد که مدارهای پیچیده ای ایجاد کنند با ساختمان های ساده ایجاد کنند.

راهنمایی: فقط استفاده از دروازه های NAND در مدارهای ترکیبی می تواند هزینه ها را کاهش دهد و فضایی روی تخته مدار ذخیره کند.

دایره های مرحله

مدار مرحله اطلاعات ذخیره و خروجی هایشان را بر اساس ورودی های فعلی و گذشته تغییر می دهند. چهار ورودی NAND دروازه ها نقش اصلی در این مدارها دارند. یک مثال عملی مدار استراه اندازی SRکه از دو دروازه ي نااند استفاده ميکنه ورودی ها تنظیم و بازنشانی وضعیت را کنترل کنید. وقتی ورودی ها تغییر می دهند، دوربین دو ایالت پایدار سوییچ می شود. این برپایی به مدار اجازه می دهد که اطلاعات به خاطر بیاورد و به عنوان یک سلول حافظه پایه عمل کند.

طراحان ها همچنین از 4 دروازه ورودی NAND برای ساختنفلپ های پیشرفته تری. در این مدارها، دروازه های NAND با سیگنال های ساعت حلقه های بازخورد در طراحی به حفظ خروجی کمک می کند تا یک ورودی جدید برسد. این روش ذخیره ی قابل اطمینان دارد و زمانی دقیق در سیستم های دیجیتال.

سیستم های امنیت و کنترل

سیستم های امنیتی و کنترل اغلب به مداری نیاز دارند که تنها زمانی که شرایط چندین روبرو می شوند پاسخ می دهند. چهار دروازه ورودي NAND در اين برنامه ها عالي هستند برای مثال، یک سیستم هشدار می تواند از چهار ورودی NAND دریافت کندحسگرها. ...هشدار تنها وقتی که همه ی سنسورها مشاهده می شوند ، هشدار را فعال می کندهمزمان. این روش هشدارهای غلط را کاهش می دهد و افزایش قابلیت سیستم می دهد.

یک دروازه ۴ ورودی NAND طراحی این سیستم ها را ساده می سازد. با ترکیب چندگانهحسگربه يک تصميم منطقي اشاره ميکنه، مدار کمتر به دروازه احتياج داره این فضا را ذخیره می کند و استفاده برق را کاهش می دهد که برای دستگاه های قدرت با باتری مهم است. دروازه های CMOS NAND همچنین مصونیت بالای سر و صدا ارائه می دهد که آنها را برای محیط های با دخالت الکتریکی ایده آلی می سازد.

یادداشت: طبیعت چندین ورودی ۴ ورودی NAND به طراحان اجازه می دهد که مدار کنترل های موثر و قابل اعتماد برای امنیت دنیای واقعی ایجاد کنند به اتوماتيک احتياج داره

بررسی ها و محدوده هایی

فایده های طراحی

چهار ورودی NAND چندین مزایای مهم در طراحی مدار دیجیتال ارائه می دهد:

• مهندس ها از دروازه های NAND استفاده میکننساختمان های ابتداییبه خاطر سادگي و انعطاف پذيري
• این دروازه ها جهانی هستند که یعنی می تونند و یا دروازه ایجاد کنند. این طراحی مدار را بهتر می سازد.
• ۴ دروازه ورودی NAND نیاز به ترانزیستور کمتر از AND یا دروازه ها. در فناوری CMOS ، یک دروازه ۴ ورودی NAND فقط استفاده می کندچهار ترانزیستوردر حالي که و يا دروازه ها شش نياز دارن این اندازه کوچکتر منجر به مصرف انرژی کمتر می شود و فضا روی چیپس ذخیره می کند.
• ترانزیستور ها کمتر و مرحله های منطقی کمک می کنند تاخیر پخش کنند. این برای دستگاه های دیجیتال سرعت خیلی مهم است.
• دروازه های NAND به راحتی می تواند تبدیل شود، بنابراین طراحان می توانند هر عملکرد منطقی را با آنها بسازند.
• بسته های IC چند دربهمانند آن ها با چهار دروازه NAND کمک می کنند که تعداد اجزاء در یک تخته مدار چاپ شده (PCB) را کاهش دهند. این تخته را کوچک تر و پیچیده تر می کند.
• ICs CMOS استاندارد، مثلا4011، شامل چندین دروازه های NAND می شود . که آنها را به طور گسترده ای در دسترس و هزینه موثر سازد.
• چهار ورودی NAND همچنینبهبود تحمل اشتباه. مهندسین می توانند ترانزیستور ها را در داخل دروازه تکرار و مقیاس کنند تا در برابر اشتباه های عمومی محافظت کنند که اعتماد افزایش می دهد.

راهنمایی: استفاده از ۴ دروازه ورودی NAND در مدارهای یکپارچه بزرگ به ذخیره فضا، هزینه ها کمتر و بهبود سرعت مدار کمک می کند.

جدول زیر نشان می دهد که چهار دروازه ورودی NAND چگونه بر روی قدرت و سرعت اجرا می کنند:

محدودیت ها و مشکلاتی

با وجود مزایای بسیاری آنها، چهار دروازه ورودی NAND نیز مشکلاتی ایجاد می کنند:

• افزودن اين ميتونه وقت واکنش دروازه رو کم کنه
• تأخیر توسعه رشد می کندهمانطور که تعداد ورودي ها افزايش ميشه دروازه ۴ ورودی NAND معمولاً تاخیر بیشتر از دو ورودی NAND دریافت می کند.
• ردپاهای بزرگتر می تواند چند دروازه روی یک چیپ محدود شود، مخصوصاً در تکنولوژی های قدیمی یا چاپ شده.
• دروازه های پیچیده ممکن است برای اجتناب از خطاها نیاز به حاشیه های ولتاژ بالاتری داشته باشد که می تواند به دستگاه فشار بیاورد و طول عمرش کاهش دهد.
• هزینه های تولید برای دو ۴ ورودی NAND دروازه های آی سی می تواند از لحاظ0.75 به 1.95 دلار.در هر واحد، بستگي به مقدار خريده شده.
• در برخی از تکنولوژی های مدار طبیعی یا چاپ شده، ۴ دروازه ورودی NAND ممکن است به آرام تری تغییر دهند و بیشتر از دروازه های سیلیکون را برگیرند.
• طراحان باید با دقت مدیریت کنندظرفیت داخلیو ترتيب هاي ورودي براي نگه داشتن مصرف قدرت و سرعت در سطح بهينه

در حالی که چهار دروازه ورودی NAND موثر و انعطاف پذیر هستند طراحان باید سرعت رو تعادل کنن و قدرت در زمان استفاده از اونا در سيستم هاي ديجيتالي پيشرفته.

---

دروازه 4

1. هنری ام . شفر در سال 1913 ثابت کردبه مهندس اجازه دادن هر مدار منطقي رو با استفاده از دروازه های NAND بسازن
2. چارلز سندرز پیرس و جورج بول بنیادی دروازه های منطقی رو گذاشتنکه کلود شانون بعدا به مدارهای الکتریکی درخواست کرد.
3. تراشه هاي مدرن مثله74LS38.و..SN74LS00Nبراي ساده کردن طراحي و بهبود اعتباري استفاده کنيد

دانشجویان می توانند منابع را از قبیل کشف کنندناند ۲تریسو کتاب های درسی از منطق CMOS برای یادگیری بیشتر درباره دروازه های NAND و برنامه هایشان در سیستم های دیجیتالی

FAQ

دروازه چهار تا ورودي ناند چيکار ميکنه؟

هادریۀ ۴ ورودی NANDچهار تا سيگنال رو چک ميکنه خروجی بالایی می دهد مگر اینکه هر چهار ورودی بالا باشد. اگه هر ورودي بالا باشه خروجي پايين ميشه

يک دروازه ي 4 ورودي ميتونه دروازه هاي منطقي رو جابجا کنه؟

بله. مهندس ها فقط ميتونن از دروازه های NAND استفاده کنن تا هر دروازه منطقی دیگه ای بسازن این دروازه ی NAND یک دروازه جهانی در الکترونیک دیجیتال است.

مهندس ها از چهار دروازه ورودي NAND استفاده ميکنن؟

مهندسین از این دروازه ها در سیستم هشدار، مدارهای حافظه و پنل های کنترل استفاده می کنند. اونا کمک ميکنن که شرايط ها رو بررسي کنن و فضا روي تخته مدارها ذخيره ميکنن

چطوري يه دروازه ي چهار ورودي NAND با 2 دروازه ورودي سازي مي کني؟

دو دروازه دو ورودي NAND وصل کنيد تا جفت ورودي رو کنترل کنيد خروجي هاشون رو به دروازه ي سوم بدن اين تنظيمات مثل يک دروازه ي 4 ورودي کار ميکنه

عبارت بولی برای ۴ ورودی NAND چیست؟

این فرمول نشان می دهد که دروازه چگونه با چهار ورودی کار می کند.