异或门
应用于数字电子技术的逻辑门
异或门(英语:Exclusive-OR gate,简称XOR gate,又称EOR gate、ExOR gate)是数字逻辑中实现逻辑异或的逻辑门。有多个输入端、1个输出端,多输入异或门可由2输入异或门构成。若两个输入的电平相异,则输出为高电平1;若两个输入的电平相同,则输出为低电平0。亦即,如果两个输入不同,则异或门输出高电平。这一函数能实现模为2的加法,因此,异或门可以实现计算机中的二进制加法。半加器就是由异或门和与门组成的。
基本内容
虽然异或不是开关代数的基本运算之一,但是在实际运用中相当普遍地使用分立的异或门。大多数开关技术不能直接实现异或功能,而是使用多个门设计。
逻辑表达式:(⊕为“异或”运算符)
实现
异或门 能实现模为2的加法,因此,异或门可以实现计算机中的二进制加法。半加器就是由异或门和与门组成的。
符号
异或门的常用逻辑符号包括形状特征型符号(ANSI/IEEE Std 91-1984)、IEC矩形国标符号(IEC 60617-12)和不再使用的DIN符号(DIN 40700)。对异或门的任何2个信号(输入或输出)同时去反,而不改变结果的逻辑功能。在“圈到圈”的设计中,我们选用最能表达要实现的逻辑功能的符号。
硬件描述和引脚分配
异或门是基本的逻辑门,因此在TTL和CMOS集成电路中都是可以使用的。标准的4000系列CMOS集成电路为4070,包含四个独立的2输入异或门。4070替换了可靠性差的4030,但二者的引脚分配相同。包括NXP在内的很多半导体制造商都生产这一元件,封装方式分为直插DIP封装和SOIC封装两种。元件的数据表可在大多数元件数据库查询到。
传输门连线
异或门可以用MOSFET组成。
备选方案
输入1和1时,XOR会输出0。因此,不可能只使用AND和OR组成XOR,必须包含反相器(NOT)。异或门可利用四个与非门或五个或非门来实现,因为与非门和或非门是“通用的门电路”,因此任何一个逻辑函数都可单独由与非逻辑或或非逻辑来实现。
2个输入以上的情况
若严格的理解逻辑异或的定义,或观察IEC符号,我们就会提出关于2输入以上的异或门是否能有正确表现的问题。将连续相接的输入接入级联的异或门是很常见的连接方式,这样就会得到如下结果:若输入中高电平(1)的个数是奇数,输出为高电平(1);若输入中高电平(1)的个数是偶数,输出为低电平(0)。例如,74LVC1G386微型集成电路是3输入异或门,可实现奇偶发生器。在硬件描述语言Verilog中,缩减运算符"^"能将任意位输入进行从高位到低位逐次异或运算,得到一位输出。
其他应用
异或门在计算电路及数字信号传输的纠错电路中有着广泛的用途。常用异或门集成电路型号为74LS386,内含4个二输入端异或门电路。
异或门可以作为一位加法器,可将任何2位相加得到1个输出。若两个输入的值均为1,则得到10的结果,而与门由两个输入的值控制进位的输出。以上是半加器的主要原理。
异或密码
安全加密算法一次性密码本就是利用异或门实现的。加密的原理是将要加密的文件(明文)编码成二进制序列,然后将与被加密的消息长度相同的随机二进制序列作为密钥,再将明文与密钥的每一位依次进行按位异或运算,得到密文。若将密文与密钥的每一位依次进行按位异或运算,就能得到原文。
异或校验
将两个3位二进制序列101和011进行异或奇偶校验可得到异或校验和110。若序列101丢失,我们可以将已知序列011与异或校验和进行异或运算得到丢失的序列。
异或门倍频器
方波信号和利用RC电路延迟的方波信号作为异或门的两个输入,可以很容易的得到频率达到100 MHz以上的方波。输出得到的针尖脉冲是锁相的,其频率会与RC电路的时间常数基本保持同步。由于这种倍频器不需要共振滤波器,输入信号可以具有经过调频的任意占空比,也可以是强信号。
可控反相器
将异或门的一个输入作为信号输入端,另一个输入作为控制端,若控制端为低电平(0),信号输出不变;若控制端为高电平(1),异或门表现为反相器,信号输出反相。
参考资料
目录
概述
基本内容
实现
符号
硬件描述和引脚分配
传输门连线
备选方案
2个输入以上的情况
其他应用
参考资料