หน่วยที่ 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา Qr

หนว่ ยท่ี 12ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลาจดั ทาโดย ครูปราณทพิ ย์ ชนวรี จ์ ารุณัฐ

วิชา วงจรพัลส์และสวติ ชิง 2105-2006หนว่ ยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลาสาระการเรียนรู้1. พชี คณิตบูลีนและตารางความจรงิ 2. ไดอะแกรมเวลา3. ลอจกิ เกต 4. วงจรออรเ์ กต5. วงจรแอนดเ์ กต 6. วงจรนอตเกต7. วงจรนอรเ์ กต 8. วงจรแนนดเ์ กตจดุ ประสงคก์ ารเรียนรู้จุดประสงค์ทั่วไป1. เพ่ือให้นกั เรียนมคี วามรู้ และเข้าใจเก่ยี วกบั ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา2. เพือ่ ใหม้ กี จิ นิสัยในการพฒั นาคณุ ธรรม จริยธรรมหนว่ ยท่ี 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 1-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006จดุ ประสงค์เชิงพฤติกรรม1. เขียนเครอ่ื งหมายทางพชี คณติ บลู นี ได้2. บอกความหมายของตารางความจริงได้3. บอกความหมายของไดอะแกรมเวลาได้4. อธบิ ายสภาวะการทางานของสัญญาณลอจกิ ได้5. อธบิ ายการทางานของวงจรออรเ์ กตชนิดใชไ้ ดโอดได้6. อธิบายการทางานของวงจรแอนด์เกตชนดิ ใชไ้ ดโอดได้7. อธิบายการทางานของวงจรนอตเกตชนดิ RTLได้8. อธิบายการทางานของวงจรนอรเ์ กตชนดิ RTLได้9. อธิบายการทางานของวงจรแนนด์เกตชนดิ RTLได้10. มกี ารพฒั นาคณุ ธรรม จริยธรรม และคุณลกั ษณะอันพึงประสงค์ทผี่ ้สู อนสามารถสงั เกตเห็นไดใ้ นดา้ นมนษุ ยสัมพันธ์ มีวนิ ยั ใชว้ ัสดอุ ุปกรณ์ ความรับผดิ ชอบ ตรงต่อเวลาละเอียดรอบคอบ มคี วามกระตอื รือร้นในการทางาน เชื่อม่ันในตนเอง ซือ่ สัตย์สุจรติ สนใจใฝร่ ู้ รกั สามัคคี 2-26หน่วยที่ 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 12.1 พีชคณติ บูลนี และตารางความจรงิ พีชคณิตบูลีน (Boolean Algebra) เป็นคณิตศาสตร์เก่ียวกับลอจิก ที่มี คา่ ตวั แปรเพียง 2 ตัว คือ เลข “0” และ เลข “1” สัญลักษณ์แทนการทางานร่วมกันหรือแทนความสัมพันธ์กันของพีชคณิต บูลีน มี 4 เคร่ืองหมาย คือ เครื่องหมายบวก (+), เคร่ืองหมายคูณ (⋅), เคร่อื งหมายกลบั ค่า ( ¯ ) หรือบาร์ (Bar) และเคร่อื งหมายเทา่ กับ (=) o เครอื่ งหมายบวก (+) ใชใ้ นการแสดงค่าการทางานของลอจิกออร์ o เครอื่ งหมายคูณ (.) ใช้ในการแสดงคา่ การทางานของลอจกิ แอนด์ o เคร่ืองหมายกลับค่า (¯) หรือบาร์ ใช้ในการแสดงค่าการทางานของลอ- จิกนอต โดยแสดงเครื่องหมายขีดเหมือนเครื่องหมายลบไว้เหนือค่าสมการ นั้น ๆ มีความหมายและแสดงถึงค่าท่ีได้ออกมามีค่าเป็นตรงข้ามหรือกลับ ค่าไปจากค่าเดมิหน่วยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 3-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006o เคร่ืองหมายเท่ากับ (=) ก็เหมือนกับเครื่องหมายเท่ากับของคณิตศาสตร์ทว่ั ไป หมายถึง ค่าของลอจกิ ดา้ นหนง่ึ เท่ากับคา่ ของลอจิกอกี ด้านหน่ึงตารางความจริง (Truth table)คา่ ตัวแปรของตารางความจรงิ มีเพยี ง 2 ค่า คือ 0 และ 1 จานวนค่าตัวแปรมีค่าเท่ากบั จานวนแถวหาไดจ้ ากสมการดังนี้ (สมการที่ 12-1) X = 2n ตวัX คอื จานวนค่าตัวแปร มีหนว่ ยเป็น ตัว2 คือคา่ ตวั แปรของตารางความจรงิ ทม่ี ี 2 ค่าn คือจานวนตวั แปรหน่วยที่ 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 4-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวิตชิง 2105-2006 11 ABC Y 00 000 01 001 10 010 11 011 100 ชนิด 2 ตวั แปร 101 110หนว่ ยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 111 ชนิด 3 ตัวแปร 5-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชิง 2105-20062. ไดอะแกรมเวลาไดอะแกรมเวลา (Timing Diagram) คือ แผนผังแสดงการเปล่ียนแปลงสถานะของลอจิกเกต ต่าง ๆ โดยจะมีท้ังค่าอินพุต และ เอาต์พุต ของลอจิกเกตนน้ั ๆซงึ่ ตามแผนผงั แลว้ จะแบ่งออกเป็นช่องๆไดอะแกรมเวลามีประโยชน์คอื สามารถใชเ้ ป็นเครื่องมือในการวิเคราะห์ค่าความจริงของลอจิกเกตได้ และยงั สามารถใช้ตรวจสอบวงจรดิจิตอลท่ีเราต่อได้โดยดจู ากค่าของเอาต์พตุหน่วยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 6-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 + tA 0011 0 +B 0101 0 +Y 0111 0 0 t1 t2 t3 t4 รปู ไดอะแกรมเวลาของวงจรออร์เกตหนว่ ยที่ 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 7-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชิง 2105-20063. ลอจิกเกต ลอจิกเกต (Logic Gate) ถกู สร้างข้ึนจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนกิ ส์ ที่เป็นจากอุปกรณ์ชนิดพาสซีฟ (Passive Type) เช่น ไดโอด เรียกว่า ไดโอดลอจิก(Diode Logic: DL) ลอจิกจะมีคุณสมบัติการทางานโดยทาหน้าท่ีเป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ ที่มีขว้ั อนิ พตุ ตัง้ แต่ 1 ข้ัวข้ึนไป แตม่ เี อาตพ์ ตุ เพยี งเอาต์พตุ เดียว ลอจิกเกต เป็นอุปกรณ์พื้นฐานทางด้านดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์แบ่งออกเป็นชนิดต่าง ๆ ดังน้เี ช่น ออร์เกต (OR Gate) แอนด์เกต (AND Gate) นอตเกต(NOT Gate) ที่อาจเรียกว่าอินเวอร์เตอร์ (Inverter) นอร์เกต (NOR Gate)และแนนด์เกต (NAND Gate)หน่วยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 8-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวิตชิง 2105-20064. วงจรออร์เกต ออรเ์ กต (OR Gate) เปน็ ลอจิกเกตท่ีมีอินพุตตั้งแต่สองอินพุตขึ้นไป แต่มีเอาต์พุตเดียวโดยคุณสมบัติจะให้เอาต์พุตเป็นลอจิก 1 กต็ ่อเมื่ออินพุตตัวใดตัวหนึ่งเปน็ ลอจิก 1 หรือท้งั หมดเป็นลอจกิ 1A YB A+B=Yรปู สญั ลักษณ์ของวงจรออร์เกตหน่วยที่ 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 9-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 การทางานของวงจรออรเ์ กตชนดิ ไดโอดลอจิก (DL) วงจรจะประกอบดว้ ยตวั รซี สิ เตอร์ (R) และไดโอด (D) A D1 ตารางความจรงิ Y ABY B D2 00011 01100 RL 1 0 1 111 วงจรทางาน รปู การทางานของวงจรออรเ์ กตชนดิ DL 2 อินพุตหนว่ ยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 10-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 +A 0011 0 +B 0101 0+Y 01110 t 0 t1 t2 t3 t4รูป ไดอะแกรมเวลาของวงจรออรเ์ กตชนิด DL 2 อินพตุหนว่ ยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 11-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-20065. วงจรแอนด์เกต แอนด์เกต (AND Gate) เป็นลอจิกเกตท่ีมีอินพุตต้ังแต่ 2 อินพุตขึ้นไปแต่มีเอาต์พุตเดียวโดยคุณสมบัติจะให้เอาต์พุตเป็นลอจิก 1 กต็ ่อเมื่ออินพุตทั้งหมดเป็นลอจกิ 1A YB AB  Y รปู สัญลักษณข์ องแอนดเ์ กตหนว่ ยท่ี 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 12-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวติ ชิง 2105-2006การทางานของวงจรแอนดเ์ กต ชนดิ DL 2 อนิ พตุ 1 +VCC ตารางความจรงิ0 A D1 RL ABY 1 Y 0000 B D2 010 100 111วงจรแอนดเ์ กตชนดิ ไดโอดลอจิก (DL)รปู วงจรแอนดเ์ กต ชนดิ DL 2 อนิ พตุหนว่ ยท่ี 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 13-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 +A 0011 0 +B 0101 0 + tY 0001 0 0 t1 t2 t3 t4รูป ไดอะแกรมตามเวลาของวงจรแอนด์เกตหนว่ ยที่ 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 14-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวิตชงิ 2105-20066. วงจรนอตเกต นอตเกต (NOT Gate) หรืออินเวอร์เตอร์ เป็นลอจิกเกตที่มีอินพุตและเอาตพ์ ุตเพยี ง 1 ตวั เทา่ น้นั โดยคณุ สมบตั จิ ะไห้เอาต์พุตตรงขา้ มกับอินพุตเสมอA Y AY รูป สญั ลักษณ์ของนอตเกตหนว่ ยท่ี 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 15-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006วงจรนอตเกตชนดิ RTL ขณะท่สี ญั ญาณอินพุต A มีค่าเป็น “0” +VCC ตารางความจริง A R1 RL A Y1 R2 Y 10 0 0 Q1 1 +VBBวงจรนอตเกตชนดิ RTLรูปวงจรนอตเกตชนดิ รซี ิสเตอร์ – ทรานซิสเตอรล์ อจิก (RTL)หนว่ ยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 16-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 + 0 1A 0 - tY 10 0 0 t1 t2รูปไดอะแกรมตามเวลาของนอตเกตหนว่ ยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 17-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวิตชิง 2105-20067. วงจรนอร์เกตวงจรนอร์เกต (NOR Gate) เป็นลอจิกเกตที่มีอินพุตต้ังแต่ 2 อินพุตข้ึนไปแต่มีเอาต์พุตเดียว โดยคุณสมบัติก็เหมือนกับการนาเอาต์พุตของออร์เกตมาต่อกับอนิ พตุ ของนอตเกต ซ่งึ จะทาให้มีคุณสมบัติ คือ จะให้เอาต์พุตเป็น 1 เมื่ออินพุตทุกตัวเป็น 0 A Y B ABY รปู สญั ลกั ษณข์ องนอรเ์ กตหน่วยท่ี 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 18-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชิง 2105-2006 วงจรนอรเ์ กต ชนิดรีซสิ เตอร์ – ทรานซสิ เตอรล์ อจิก (RTL) +VCCA R1 RL R2 ABYB Y 001 Q1 0 1 1 101 R3 1 1 0 -VBB ตารางความจรงิวงจรนอรเ์ กตชนดิ RTL 2 อินพุต รปู วงจรนอรเ์ กตชนดิ RTL 2 อนิ พุตหนว่ ยท่ี 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 19-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวติ ชิง 2105-2006 +A 0011 0 +B 0101 0 + tY 1000 0 0 t1 t2 t3 t4รูป ไดอะแกรมตามเวลาของนอร์เกตหนว่ ยที่ 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 20-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวติ ชิง 2105-20068. วงจรแนนดเ์ กตวงจรแนนด์เกต (NAND Gate) เป็นลอจิกเกตท่ีมีอินพุตตั้งแต่ 2 อินพุตข้ึนไปแต่มีเอาต์พุตเดียวโดยคุณสมบัติก็เหมือนกับการนา เอาต์พุตของแอนด์เกตมาต่อกบั อนิ พตุ ของนอตเกต ซ่ึงจะทาให้มีคุณสมบัติ คือ จะให้เอาต์พุตเป็น 1 เมื่ออินพุตตัวใดตัวหนง่ึ หรือทั้งหมดมลี อจิกเปน็ 0A YB AB  Y รูป สญั ลกั ษณ์ของแนนดเ์ กตหนว่ ยที่ 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 21-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006อธิบายการทาง+าVนCCของวงจรและเขยี นค่าตารางความจริง R1 RL ABYA Y 001 011 R2 Q1 101B 110 Q2 ตารางความจริงวงจรแนนดเ์ กตชนิด RTL 2 อินพุต รูป วงจรแนนดเ์ กตชนดิ RTL 2 อินพุตหนว่ ยที่ 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 22-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชิง 2105-2006ค่าตารางความจรงิ มาเขยี นเป็นไดอะแกรมตามเวลา + A 0011 0 +B 0101 0 + tY 1110 0 0 t1 t2 t3 t4รูป ไดอะแกรมตามเวลาของแนนด์เกตหนว่ ยท่ี 12 ลอจิกเกตและไดอะแกรมเวลา 23-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวิตชงิ 2105-2006สรุป พชี คณิตบูลีน เป็นคณติ ศาสตรเ์ กย่ี วกับลอจกิ ทม่ี ีคา่ ตัวแปรเพยี ง 2 ตวั คือเลข “0” และ เลข “1” มี 4 เครือ่ งหมาย คอื เครอ่ื งหมายบวก (+), เครอ่ื งหมายคูณ (∙) เครอื่ งหมายกลบั คา่ (-) หรือบาร์ (Bar) และเครอื่ งหมายเท่ากับ (=) ตารางความจริง เป็นตารางที่ใช้เขียนสมการหรือแทนค่าสมการพีชคณิตบูลีนโดยการแสดงค่าการทางานของตัวแปรอินพุตท่ีผ่านวงจรลอจิกเกตต่าง ๆ และแสดงค่าผลรวมของตัวแปรแต่ละชุดออกเอาต์พุต ค่าตัวแปรของตารางความจริงมีเพยี ง 2 คา่ คือ 0 และ 1 ไดอะแกรมเวลา คือ แผนผงั แสดงการเปลี่ยนแปลงสถานะของลอจิกเกตตา่ ง ๆ โดยจะมีท้ังค่าอนิ พตุ และ เอาตพ์ ุต ของลอจกิ เกตนน้ั ๆหนว่ ยที่ 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 24-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 ลอจิกเกต เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางานในหลักการทางดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์หรืออิเล็กทรอนิกส์ลอจิก คุณสมบัติในการทางานของลอจิกเกตทาหน้าที่เป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ มีข้ัวอินพุตต้ังแต่หน่ึงขั้วขึ้นไป แต่มีข้ัวเอาต์พุตเพยี งข้วั เดียว วงจรลอจกิ เกตแบ่งออกเปน็ 2 ชนิด คือ ชนดิ พาสซีฟ ทางานไม่มีการขยาย และชนิดแอกทีฟทางานมีการขยายสัญญาณ วงจรลอจิกเกตท่ีผลิตข้ึนมาใช้งานมหี ลายชนิด เช่น ออรเ์ กต แอนดเ์ กต นอตเกต นอรเ์ กต แนนดเ์ กต เปน็ ตน้ ออร์เกต เป็นลอจิกเกตท่ีมีอินพุตตั้งแต่สองอินพุตขึ้นไป แต่มีเอาต์พุตเดียวโดยคุณสมบัติจะให้เอาต์พุตเป็นลอจิก 1 ก็ต่อเม่ืออินพุตตัวใดตัวหนึ่งเป็นลอจิก 1หรือทงั้ หมดเป็นลอจิก 1 แอนด์เกต เป็นลอจิกเกตท่ีมีอินพุตต้ังแต่ 2 อินพุตข้ึนไป แต่มีเอาต์พุตเดียวโดยคุณสมบัติจะให้เอาต์พตุ เปน็ ลอจกิ 1 กต็ อ่ เมอ่ื อนิ พตุ ท้ังหมดเป็นลอจิก 1หนว่ ยท่ี 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 25-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวิตชิง 2105-2006 นอตเกตหรืออินเวอร์เตอร์ เป็นลอจิกเกตที่มีอินพุตและเอาต์พุตเพียง 1 ตัวเท่านั้น โดยคุณสมบตั จิ ะให้เอาต์พุตตรงขา้ มกับอินพตุ เสมอ วงจรนอร์เกต เป็นลอจิกเกตท่ีมีอินพุตต้ังแต่ 2 อินพุตข้ึนไปแต่มีเอาต์พุตเดียวโดยคุณสมบัติก็เหมือนกับการนาเอาต์พุตของออร์เกตมาต่อกับอินพุตของนอตเกตซ่ึงจะทาให้มีคุณสมบัติ คอื จะใหเ้ อาตพ์ ุตเป็น 1 เม่อื อนิ พุตทุกตวั เปน็ 0 วงจรแนนด์เกต เป็นลอจิกเกตท่ีมีอินพุตต้ังแต่ 2 อินพุตขึ้นไปแต่มีเอาต์พุตเดียวโดยคุณสมบัติก็เหมือนกับการนา เอาต์พุตของแอนด์เกตมาต่อกับอินพุตของนอตเกต ซ่ึงจะทาให้มีคุณสมบัติ คือ จะให้เอาต์พุตเป็น 1 เมื่ออินพุตตัวใดตัวหน่ึงหรือทัง้ หมดมีลอจิกเป็น 0หนว่ ยที่ 12 ลอจกิ เกตและไดอะแกรมเวลา 26-26