Tạo cổng XOR từ bóng bán dẫn: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Cổng OR rất hữu ích, nhưng chúng có một tính năng kỳ lạ có thể hoạt động tốt, nhưng trong một số ứng dụng nhất định có thể gây ra sự cố. Đó là thực tế là nếu cả hai đầu vào là một, thì đầu ra cũng là một. Nếu chúng tôi có một ứng dụng mà chúng tôi không muốn điều này, có lẽ chúng tôi đang xây dựng một trình bổ sung, chúng tôi sẽ sử dụng một thứ gọi là Exclusive Or Gate, được viết tắt là XOR hoặc EOR.

Bước 1: Thiết kế

Một cách để đạt được hành vi XOR là sử dụng cổng OR thông thường, sau đó xử lý trường hợp cả hai đầu vào đều dương. Nếu chúng ta buộc một cổng AND vào các đầu vào, chúng ta có thể nhận được tín hiệu khi trường hợp đó xuất hiện. Sau đó, chúng ta có thể lấy tín hiệu đó, đảo ngược nó, sau đó buộc tín hiệu đó và đầu ra của cổng OR với cổng AND khác. Điều này sẽ làm cho nó để bất cứ khi nào không phải là trường hợp cả hai đầu vào đều bật, cổng OR sẽ đơn giản đi qua cổng AND thứ hai, nhưng khi cả hai đầu vào tăng cao, cổng AND đầu tiên sẽ tắt cổng AND thứ hai và giữ đầu ra tắt bất kể trạng thái của cổng OR.

Một điều chỉnh mà tôi đã thực hiện trong mạch cuối cùng là chuyển tổ hợp AND / NOT cho cổng NAND, chỉ là cổng AND đảo ngược. Cách thức hoạt động này sẽ trở nên rõ ràng sau này.

Bây giờ chúng ta hãy viết lên cùng một giản đồ, nhưng với các bóng bán dẫn và điện trở. Loại bóng bán dẫn tôi sử dụng là 2N2222 BJT, khá phổ biến (2N4401 và 2N3904 cũng hoạt động). Tôi đã sử dụng 6 bóng bán dẫn, 3 điện trở 20k ohm, 3 điện trở 47k ohm, 1 điện trở 510 ohm, hai nút nhấn và một đèn LED. Tôi đã chọn các giá trị điện trở này dựa trên nguồn điện 5v của tôi và dòng điện tối thiểu 0,1mA hoặc 0,0001A cho 2N2222. nếu bạn sử dụng định luật Ohm để tính toán điện trở nối đất chính xác cho những giá trị đó, bạn sẽ nhận được 50, 000 ohms. 47k ohms là đủ gần cho cổng NAND thấp hơn, nhưng tại sao giá trị thấp hơn cho cổng OR và đầu vào đầu tiên của cổng AND thứ hai? Lý do là vì bộ phát của các bóng bán dẫn tạo nên cổng OR được nối qua đế của bóng bán dẫn khác, do đó chạy qua một điện trở thứ hai, không trực tiếp nối đất. (Điện trở giới hạn hiện tại của đèn LED là một giá trị đủ thấp để nó không đáng kể trong tính toán này).

Bước 2: Thêm bóng bán dẫn, nút và đèn LED

Bước 3: Thêm điện trở

Bước 4: Thêm dây

Cách tôi cấp nguồn cho bo mạch của mình là kết nối các đường ray điện với nguồn điện đặt trên băng ghế phòng thí nghiệm được đặt trên dòng điện tối đa 5v và 500mA. Loại đầu vào tương tự có thể đạt được bằng cách kết nối nguồn với các chân 5V và GND của Arduino, nhưng thực sự thì nguồn điện 5v hoạt động (mặc dù nên sử dụng một nguồn hạn chế để giảm nguy cơ làm nổ các linh kiện).

Bước 5: Kiểm tra và khắc phục sự cố

Bây giờ nó đã được kết nối, tôi sẽ để bạn kiểm tra của riêng bạn. Nếu một hoặc nút khác được nhấn, đèn LED sẽ sáng. Tuy nhiên, nếu cả hai đều được đẩy, thì đèn LED sẽ tắt.

Những vấn đề chung

1. Nếu một đầu vào dường như không hoạt động như bình thường và trong trường hợp cả hai đầu vào đang bật vẫn cung cấp giá trị 0, hãy kiểm tra điện áp ở đầu vào của cổng VÀ xuất phát từ cổng OR khi nút đó được nhấn. Nếu nó ở mức thấp (<2V), giảm điện trở của điện trở đi từ OR đến cổng AND.
2. Nếu cổng vẫn hoạt động giống như cổng OR, có nghĩa là khi cả hai đầu vào ở trên đầu ra đang bật, hãy kiểm tra điện áp đi vào đầu vào của cổng AND xuất phát từ cổng NAND. Nếu mức đó cao khi cả hai nút được nhấn, hãy đảm bảo rằng các bóng bán dẫn trong cổng AND của bạn đang hoạt động và kiểm tra điện trở từ đó với đất khi cả hai nút được nhấn. Nếu điện trở đó cao và / hoặc điện áp đó thấp, hãy thay thế hai bóng bán dẫn đó hoặc giảm điện trở của đầu vào đối với cổng NAND.

Bước 6: Muốn thêm?

Nếu bạn thích Cuốn sách có thể hướng dẫn này, hãy tiếp tục và xem cuốn sách của tôi trên Amazon có tên "Hướng dẫn dành cho người mới bắt đầu với Arduino." Nó đi qua các nguyên tắc mạch cơ bản cũng như đi qua mã C ++ được sử dụng để lập trình Arduino.