【原创分享】与门与非门的巧妙结合

在前几篇文章中，我们讨论了关于基本逻辑门的一些概念，包括与门、或门以及非门，那这三个逻辑门电路是我们组成数字逻辑运算或是计算机组成的基本三器件。当然后面还会出现例如：数制数码、存储运算、串行与并行等等。但是基本逻辑门是所有数位器件的基础。

那么单单采用这三个基本逻辑电路，恐怕是远远不够的，我们需要将基本逻辑相组合，进行应用。

例如：两个量先进行与运算然后在取个非。或者两个量相或同样取个非。类似这样的问题还有很多。那么今天我们就来研究一个。

如果讲与门与非门进行结合会怎么样？先来看图：

 

这两个图我们再熟悉不过了，分别是与门和非门，那么与门的逻辑关系为乘法关系，即有0 出0 ，全1为1，而非门呢则是与逻辑相反输入为1，输出为零，输入为0，输出为1。

如果所这俩个逻辑门有什么关系的话，说真的真没什么关系，但是注意，非门与缓冲器的关系，二者不仅仅是差个圆圈那么简单。

好，既然这样，我们不妨将二者结合，首先来看图：

这个就是与非门的逻辑符号，通过符号可以看出，无非是在与门前面加了一个非门，也就是说其输出逻辑关系恰恰和与门的逻辑关系相反。不信？我们来看看。

第一个：真值表

首先来看与门的真值表：

I1	I2	Y
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

那么如果取反呢？

下面来看与非门的逻辑真值表：

I1	I2	Y
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

可以发现，和与门的逻辑关系正好相反，也就是说，我们制作了一个有1出1，全0出0的一个逻辑门电路。

既然已经了解了关于与非门逻辑的关系，下面我们来说一下其逻辑表达式。

与非逻辑门又叫做反及闸（nand gate）又称为nand闸，其输入输出关系为：

当所有输入全为1，输出为0

当任何一个输入为0，输出为1

其逻辑表达式为：

当输入为I1、I0输出为Y：

     Y=(I1I2)’

逻辑真值表已经在前面讲过，下面来看一下他的波形图：

 

同样与非门也可以通过CMOS和开关电路进行搭建，如图所示：

 

同样与非的芯片有：74ls系列：74ls00、74LS20，CMOS系列：CD4011

以CD4011为例讲解一下其内部电路：

 

如图所示，这个是与非门，集成芯片，可以发现其左上为电源，右下为地线。其内部包含了四个独立的2输入与非门。

CD4011主要有两种封装形式，双列直插(DIP)及贴片(SOP)封装，其中贴片封装还有窄脚距的SSOP封装：

 

 

其封装尺寸：

 

 

CD4011集成电路基本应用电路

 

上图是CD4011集成电路构成的声光双控灯电路，这种电路在楼道的声光控灯里比较常见，其中D1D2D3为CD4011中三个逻辑门单元。

 

其工作原理为：本电路主要由逻辑门D3构成的话筒放大电路，D2构成的光控电路，D3构成的延时电路以及可控硅构成的开关电路等组成。当白天光线足够时，光敏电阻阻值低，此时逻辑门D2的输出端始终为高电平1，其状态不受另一个引脚高低电平的影响，故此时话筒信号无效；D1的两个输入端相连，其逻辑关系由与非门变成非门，即“反相器”，当输入端为高电平时，输出为低电平，可控硅得不到触发电压而截止；

 

当黑天时，由于光敏电阻得不到光线阻值变大，此时逻辑门D2的输出状态由逻辑门D3控制，D3及外围元件组成了驻极体话筒放大电路，当有声音进入话筒时D3输出高电平，经过D2后变为低电平，此信号经过二极管VD5后输入D1，经过D1反相后使单向可控硅门极得到触发电压而导通，此时灯被点亮；

 

220V的交流电经过四个二极管组成的整流电路整流后，输出的为脉动直流电，所以可控硅没有自锁的作用，当话筒信号消失时，可控硅的门极没有了触发电压就会变为截止状态；但由于D1的输入端有电容C2，话筒的输入信号经放大后会向电容充电，D1的输出状态不会立即翻转，当话筒无信号时，电容C2向电阻R2放电，D1的输出就会慢慢变为低电平，灯延时熄灭。

 

电阻R1电容C1以及稳压二极管VS组成了降压稳压电路，为电路提供工作电源；电阻R7为驻极体话筒提供偏置电压，电容C3及C5起到隔直流的左右，只有脉动直流才会通过。调节电阻R3的阻值可以改变光控的灵敏度；调整R2和C2的值，可以改变延时时间。

 

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