Nel dominio dell'elettronica, il concetto più cruciale su cui lavora ogni componente è il ' Porte logiche “. Poiché il concetto di porte logiche è implementato in ogni funzionalità come circuiti integrati, sensori, scopi di commutazione, microcontrollori e processori, scopi di crittografia e decrittografia e altri. Oltre a questi, ci sono ampie applicazioni di porte logiche. Esistono molti tipi di porte logiche come Adder, Subtractor, Full Adder , Full Subtractor, Half Subtractor e molti altri. Quindi, questo articolo fornisce informazioni collettive su circuito mezzo sottrattore , tabella di verità mezzo sottrattore e concetti correlati.
Cos'è Half Subtractor?
Prima di parlare del mezzo sottrattore, dobbiamo conoscere la sottrazione binaria. Nella sottrazione binaria, il processo di sottrazione è simile alla sottrazione aritmetica. Nella sottrazione aritmetica viene utilizzato il sistema numerico in base 2 mentre nella sottrazione binaria, i numeri binari vengono utilizzati per la sottrazione. I termini risultanti possono essere indicati con la differenza e prendere in prestito.
Il mezzo sottrattore è il più essenziale circuito logico combinatorio che viene utilizzato in elettronica digitale . Fondamentalmente, questo è un dispositivo elettronico o in altri termini, possiamo dirlo come un circuito logico. Questo circuito viene utilizzato per eseguire la sottrazione di due cifre binarie. Nell'articolo precedente, abbiamo già discusso i concetti di mezzo sommatore e circuito sommatore completo che utilizza i numeri binari per il calcolo. Allo stesso modo, il circuito sottrattore utilizza numeri binari (0,1) per la sottrazione. Il circuito del mezzo sottrattore può essere costruito con due porte logiche, ovvero porte NAND ed EX-OR . Questo circuito fornisce due elementi come la differenza e prendono in prestito.
Come nella sottrazione binaria, la cifra principale è 1, possiamo generare prestito mentre il sottraendo 1 è superiore al minuendo 0 e per questo motivo il prestito avrà bisogno. L'esempio seguente fornisce la sottrazione binaria di due bit binari.
Prima cifra | Seconda cifra | Differenza | Prestito |
0 | 0 | 0 | 0 |
1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
Nella sottrazione sopra, le due cifre possono essere rappresentate con A e B. Queste due cifre possono essere sottratte e danno i bit risultanti come differenza e prendere in prestito.
Quando osserviamo le prime due e la quarta riga, la differenza tra queste righe, quindi la differenza e il prestito sono simili perché il sottraendo è minore del minuendo. Allo stesso modo, quando osserviamo la terza riga, il valore del minuendo viene sottratto dal sottraendo. Quindi la differenza e i bit di prestito sono 1 perché la cifra del sottraendo è superiore alla cifra del minimo.
Questo circuito combinatorio è uno strumento essenziale per qualsiasi tipo di circuito digitale conoscere le possibili combinazioni di ingressi e uscite. Ad esempio, se il sottrattore ha due input, gli output risultanti saranno quattro. L'o / p del mezzo sottrattore è menzionato nella tabella sottostante che indicherà il bit di differenza e il bit di prestito. La spiegazione della tabella di verità del circuito può essere eseguita utilizzando le porte logiche come la porta logica EX-OR e l'operazione di porta AND seguita da porta NOT.
Risolvere la tabella della verità usando K-Map è mostrato sotto.
mezzo sottrattore k mappa
Il espressione mezzo sottrattore usando la tabella della verità e la K-map può essere derivata come
Differenza (D) = ( x'y + xy ')
= x ⊕ y
Prendere in prestito (B) = x'y
Circuito logico
Il circuito logico mezzo sottrattore può essere spiegato utilizzando le porte logiche:
- 1 cancello XOR
- 1 NON cancello
- 1 cancello AND
La rappresentazione è
Circuito logico mezzo sottrattore
Diagramma a blocchi mezzo sottrattore
Lo schema a blocchi del mezzo sottrattore è mostrato sopra. Richiede due ingressi e fornisce due uscite. Qui gli input sono rappresentati con A&B e gli output sono Difference e Borrow.
Il circuito sopra può essere progettato con porte EX-OR e NAND. Qui, il gate NAND può essere costruito utilizzando i gate AND e NOT. Quindi abbiamo bisogno di tre porte logiche per creare mezzo circuito sottrattore, vale a dire la porta EX-OR, la porta NOT e la porta NAND.
Una combinazione di AND e NOT gate produce un diverso gate combinato denominato NAND Gate. L'uscita del gate Ex-OR sarà il bit di differenza e l'uscita del gate NAND sarà il bit di prestito per gli stessi ingressi A&B.
AND-Gate
La porta AND è un tipo di porta logica digitale con più ingressi e una singola uscita e, in base alle combinazioni di ingressi, eseguirà la congiunzione logica. Quando tutti gli ingressi di questo gate sono alti, l'uscita sarà alta altrimenti l'uscita sarà bassa. Di seguito è riportato lo schema logico della porta AND con tabella di verità.
AND Tabella della porta e della verità
NON Gate
La NOT-gate è un tipo di porta logica digitale con un singolo ingresso e in base all'ingresso l'uscita sarà invertita. Ad esempio, quando l'ingresso del gate NOT è alto, l'uscita sarà bassa. Di seguito è riportato lo schema logico di NOT-gate con la tabella di verità. Utilizzando questo tipo di porta logica, possiamo eseguire porte NAND e NOR.
NON tabella di gate e verità
Ex-OR Gate
La porta Exclusive-OR o EX-OR è un tipo di porta logica digitale con 2 ingressi e uscita singola. Il funzionamento di questa porta logica dipende dalla porta OR. Se qualcuno degli ingressi di questo gate è alto, l'uscita del gate EX-OR sarà alto. Di seguito sono riportati il simbolo e la tabella della verità dell'EX-OR.
XOR Gate And Truth Table
Circuito mezzo sottrattore utilizzando Nand Gate
La progettazione del sottrattore può essere eseguita da utilizzando porte logiche come il gate NAND e il gate Ex-OR. Per progettare questo circuito mezzo sottrattore, dobbiamo conoscere i due concetti: differenza e prestito.
Circuito mezzo sottrattore utilizzando Nand Gate
Se monitoriamo con cautela, è abbastanza chiaro che la varietà di operazioni eseguite da questo circuito che è accuratamente correlata al funzionamento del gate EX-OR. Pertanto, possiamo semplicemente utilizzare il cancello EX-OR per fare la differenza. Allo stesso modo, il prestito prodotto dal circuito half adder può essere ottenuto semplicemente utilizzando la combinazione di porte logiche come AND-gate e NOT-gate.
Questo HS può anche essere progettato utilizzando porte NOR dove richiede 5 porte NOR per la costruzione. Il mezzo sottrattore dello schema circuitale che utilizza porte NOR è mostrato come:
Mezzo sottrattore utilizzando Nor Gates
Tabella della verità
Primo bit | Secondo bit | Differenza (EX-OR Out) | Prestito (Uscita NAND) |
0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
Codice VHDL e Testbench
Il codice VHDL per mezzo sottrattore è spiegato come segue:
libreria IEEE
utilizzare IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL
usa IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL
usa IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL
l'entità Half_Sub1 è
Porta (a: in STD_LOGIC
b: in STD_LOGIC
HS_Diff: out STD_LOGIC
HS_Borrow: out STD_LOGIC)
end Half_Sub1
L'architettura comportamentale di Half_Sub1 è
inizio
HS_Diff<=a xor b
HS_Borrow<=(not a) and b
Il codice testbench per HS è spiegato come di seguito:
LIBRERIA IEEE
USA ieee.std_logic_1164.ALL
ENTITY HS_tb IS
END HS_tb
ARCHITETTURA HS_tb DI HS_tb IS
COMPONENTE HS
PORT (a: IN std_logic
b: IN std_logic
HS_Diff: OUT std_logic
HS_Borrow: OUT std_logic
)
COMPONENTE FINALE
segnale a: std_logic: = '0'
segnale b: std_logic: = '0'
segnale HS_Diff: std_logic
segnale HS_Borrow: std_logic
INIZIO
nuovo: HS PORT MAP (
a => a,
b => b,
HS_Diff => HS_Diff,
HS_borrow => HS_borrow
)
stim_proc: processo
inizio
per<= ‘0’
b<= ‘0’
attendere 30 ns
per<= ‘0’
b<= ‘1’
attendere 30 ns
per<= ‘1’
b<= ‘0’
attendere 30 ns
per<= ‘1’
b<= ‘1’
aspettare
fine del processo
FINE
Sottrattore completo utilizzando mezzo sottrattore
Un sottrattore completo è un dispositivo combinatorio che gestisce la funzionalità di sottrazione utilizzando due bit ed è minuendo e sottraendo. Il circuito considera il prestito l'uscita precedente e dispone di tre ingressi con due uscite. I tre input sono il minuendo, il sottraendo e l'input ricevuto dall'output precedente che è preso in prestito e le due uscite sono la differenza e il prestito.
Diagramma logico sottrattore completo
La tabella della verità per sottrattore completo è
| Ingressi | Uscite | |||
| X | Y | Yin | FS_Diff | FS_Borrow |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Con la tabella della verità sopra, il diagramma logico e il diagramma dei circuiti per l'implementazione del sottrattore completo utilizzando i mezzi sottrattori è mostrato di seguito:
Sottrattore completo utilizzando HS
Vantaggi e limitazioni del mezzo sottrattore
I vantaggi del mezzo sottrattore sono:
- L'implementazione e la costruzione di questo circuito è semplice e facile
- Questo circuito consuma una potenza minima nell'elaborazione del segnale digitale
- le funzionalità di calcolo possono essere eseguite a velocità migliorate
I limiti di questo circuito combinatorio sono:
Anche se esistono ampie applicazioni del mezzo sottrattore in molte operazioni e funzionalità, ci sono poche limitazioni e quelle sono:
- I circuiti a mezzo sottrattore non accetteranno 'Borrow-in' dalle uscite precedenti dove questo è l'inconveniente cruciale di questo circuito
- Poiché molte applicazioni in tempo reale operano sulla sottrazione di un numero elevato di bit, i dispositivi mezzi sottrattori non hanno alcuna capacità di sottrarre molti bit
Applicazioni del mezzo sottrattore
Le applicazioni del mezzo sottrattore includono quanto segue.
- Il mezzo sottrattore viene utilizzato per ridurre la forza dei segnali audio o radio
- Può essere utilizzato negli amplificatori per ridurre la distorsione del suono
- Il mezzo sottrattore è utilizzato in ALU del processore
- Può essere utilizzato per aumentare e diminuire gli operatori e calcola anche gli indirizzi
- Il mezzo sottrattore viene utilizzato per sottrarre i numeri di colonna meno significativi. Per la sottrazione di numeri a più cifre, può essere utilizzato per LSB.
Pertanto, dalla precedente teoria del mezzo sottrattore, finalmente, possiamo concludere che usando questo circuito possiamo sottrarre un bit binario da un altro per fornire gli output come Difference e Borrow. Allo stesso modo, possiamo progettare un mezzo sottrattore utilizzando circuiti porte NAND e porte NOR. Gli altri concetti da conoscere sono qual è il file codice verilog mezzo sottrattore e come si può disegnare il diagramma schematico RTL?
