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Logikgatter
Logikgatter sind ein ganz elementarer Bestandteil der Digitaltechnik. Sie dienen dazu, verschiedene digitale Signale logisch zu verknüpfen und sind damit dem IF-Statement und dessen logischen Operatoren beim Programmieren erstaunlich ähnlich.
Das UND-Gatter
Ein Gatter hat meist mehrere Eingänge und einen Ausgang. Hier sieht man das Schaltbild eines UND-Gatters mit zwei Eingängen:
An diesem Schaltbild kann man auch schon viel erklären: Aus dem Schaltbild geht hervor, dass dieses UND-Gatter im IC CD4081 enthalten ist. Da es jedoch nur 3 Pins besitzt, ist es - wie man sich denken kann - mehrmals im CD4081 enthalten: ganze vier Mal. Die Ziffern neben den Pins stehen für den entsprechenden Anschluss am IC-Gehäuse.
Aber was macht denn nun ein UND-Gatter? Nun, ein UND-Gatter vergleicht, ob an beiden Eingängen eine logische 1 anliegt. Ist das der Fall, legt es auch den Ausgangspin auf die logische 1. Dazu gilt die folgende Wahrheitstabelle:
| Eingang 1 | Eingang 2 | Ausgang |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Aus der Tabelle lässt sich genau das oben genannte folgern: An beiden Eingänge muss der Pegel 1 anliegen, damit auch der Ausgang auf 1 gelegt wird.
Jetzt aber weiter im Text. Die obige Wahrheitstabelle galt nur für ein UND-Gatter. An Gatter-Typen gibt es aber noch NOT, OR, und XOR. Diese Begriffe sind alle in Englisch, was sich auch eingebürgert hat. Das UND-Gatter wird also im Weiteren als AND-Gatter bezeichnet.
Der Inverter
Kommen wir nochmal zu den logischen Verknüpfungen und ihre Funktionen. Davon dürfte NOT die einfachste sein: simple Negation. Negation bedeutet nichts anderes als Umkehrung. Aus einer logischen 1 wird eine logische 0 und umgekehrt. Daher sieht die Wahrheitstabelle für ein NOT-Gatter (auch Inverter genannt) folgendermaßen aus:
| Eingang | Ausgang |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Das Schaltzeichen für einen Inverter sieht so aus:
Gleich sechs dieser Inverter stecken in dem IC CD4049. An dem kleinen Kreis aum Ausgangspin ist der Inverter gut zu erkennen. Dieser kleine Kreis findet generell Anwendung, wenn ein Signal invertiert wird.
Das inklusive Oder
Kommen wir nun zur OR-Verknüpfung, auch inklusives Oder genannt. Der Name sagt eigentlich schon alles: Bei einem OR-Gatter mit zwei Eingängen muss einer der beiden Eingänge oder beide eine logische 1 führen, damit auch der Ausgang auf die logische 1 gesetzt wird. Dazu gilt folgende Wahrheitstabelle:
| Eingang 1 | Eingang 2 | Ausgang |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Hier auch das Schaltzeichen des OR-Gatters:
Dieses Gatter ist viermal im IC CD4071 enthalten.
Das exklusive Oder
Ein Verwandter des OR-Gatters ist das XOR-Gatter, das Exklusiv-Oder-Gatter. beim exklusiven Oder verhält es sich annähernd genauso wie beim OR-Gatter, mit dem entscheidenden Unterschied, dass nur einer der Eingänge die logische 1 führen darf, damit auch der Ausgang auf die logische 1 gesezt wird, und nicht beide Eingänge gleichzeitig. Daraus ergibt sich die folgende - der obigen sehr ähnliche - Wahrheitstabelle:
| Eingang 1 | Eingang 2 | Ausgang |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Hier auch noch das Schaltzeichen des Gatters:
Das XOR-Gatter ist unter Anderem viermal im CD4070 zu finden.
NOR und NAND
So, im Grunde waren das alle Gatter-Typen. Es gibt aber noch zwei Gatter, die dem Inverter ähnlich sind: das NOR- und das NAND-Gatter. Ausgesprochen lauten diese das Nicht-Oder-Gatter und das Nicht-Und-Gatter. In ihrer Funktion unterscheiden sie sich in keinster Weise von ihren Verwandten OR und AND. Der entscheidende Unterschied ist, dass ihre Ausgänge invertiert sind. Sie sind also als OR-/AND-Gatter in Kombination mit einem Inverter zu verstehen.
Hier die Wahrheitstabelle des NOR-Gatters und sein Schaltbild:
| Eingang 1 | Eingang 2 | Ausgang |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
Das NOR-Gatter ist in vierfacher Ausgabe im IC CD4001 zu finden.
Ähnlich aufgebaut ist auch das NAND-Gatter: Ein AND-Gatter kombiniert mit einem Inverte. Hier auch direkt die Wahrheitstabelle und das Schaltbild:
| Eingang 1 | Eingang 2 | Ausgang |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Das NAND-Gatter ist viermal im IC CD4011 enthalten.
Abschließende Worte
So, das waren die wichtigsten logischen Gatter. Sie werden - wie oben gesagt - zur Ereignisverfolgung verwendet. Ein konkretes Beispiel dafür ist zum Beispiel die Digitaluhr I, bei der das UND-Gatter zum Resetten verwendet wird. Obwohl Gatter als einzelne Bestandteile in industriellen Schaltungen fast nirgends mehr anzutreffen sind, da die Microcontroller ihren Einsatz überflüssig machen, ist es dennoch wichtig, über solch elementare Dinge Bescheid zu wissen, da auch Microcontroller nicht eines Tages vom Himmel gefallen sind sondern sich aus hunderten und tausenden solcher Gatter zusammensetzen.
