非门

在前面, 曾多次谈到 反向控制, 并联控制, 串联控制, 而且知道了可以有多种方式实现这些控制, 比如继电器方式的实现, 晶体管方式的实现, 而晶体管方面还可以细分为更多不同类型的, 此外则还有诸如电子真空管之类的实现, 这个我们没有介绍过, 但历史上是曾经有过的.

这些实现具体原理上各有不同, 但从功能逻辑上看却是一致的, 很多时候, 我们会说, 这里我需要一个反向, 但有哪些器件能够实现这个反向, 以及它们实现反向的原理, 我们并不关心, 只要它能反向就行了.

当把这种控制逻辑从具体的实现方式中抽象出来时, 就得到了所谓的 非门(Not Gate) 这种数字电路器件.

非门通常又叫 反相器(Inverter).

在模拟器中, 通过 菜单--绘制--逻辑门, 输入和输出--添加非门 可以添加一个非门.

或是按快捷键 1(数字 1).

图案

一个非门有一个输入端 A(左侧) 和一个输出端 Y(右侧):

非门的形状是一个三角形加一个小圆点(位于输出端).

另: IEEE 和 IEC 还认可另一种矩形框形式表示的非门, 读者可自行网上搜索了解, 此处从略.

其行为模式则如下图所示:

输入低电平, 就输出高电平; 反之, 输入高电平, 就输出低电平. 其真值表如下:

A	Y
0	1
1	0

至于你要问, 为啥输入低电平还能输出高电平呢? 这是不是无中生有? 显然, 我想你应该能猜到, 它也是自带电源的, 事实上可以认为它是对以下电路的一个封装与抽象:

这里用继电器, 因为它比较形象, 自然, 里面也可以是晶体管实现. 一般来说, 基本是晶体管, 但前面说了, 之所以弄出非门这玩意, 就是想达到不关心内部实现, 简化电路, 从而聚焦到功能逻辑上的目的.

所以这样的一个组件它连电源, 接地等细节都封装了, 你都不用去关心这些了, 你把它当做一个 有源元件 来用就行了, 把你所有注意力放在输入与输出的关系之上, 放在你想要实现的功能上.

当然了, 实际上, 内部通常不会真的包含一个独立电源.

一般来说, 对同一块电路板上的多个有源元件来说, 通常是通过导线连接到公共电源上, 接地同理. 所有的有源元件共享一个公共电源和公共接地.

非的逻辑用符号表示, 可以用一个上划线的形式:

比如 A.

事实上, 在逻辑代数(也称布尔代数)中, 逻辑非 也称为 逻辑取反.

因为一般的文本中不支持上划线, 在能支持的地方输入也麻烦, 有时会使用波浪符号 ~ 置于字母的前面:

比如 ~A.

或是使用撇号 `, 置于字母的后面:

比如 A`.

编程语言中表达非的逻辑一般使用感叹符号 ! 置于字母的前面:

比如 !A.

或者是直接使用英文单词 not

比如 not A.

如果是中文, 也可以直接使用 非:

比如 非A.