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Puertas lógicas: elementos básicos de la tecnología digital.
En los capítulos anteriores vimos algunos conceptos básicos, fundamentales para entender la Electrónica Digital y también un poco sobre el Álgebra de Boole.
Ahora comenzaremos a estudiar cómo se "construyen y funcionan" los bloques básicos utilizados en la electrónica digital.
Estos bloques están representados por formas características (símbolos), y con funciones específicas para cada uno de ellos.
Portas Lógicas e Tabela Verdade
Esses blocos são chamados de "Portas Lógicas" (Logic Gates em inglês), com uma ou mais entradas e uma saída.
Os sinais, tanto da entrada como da saída, têm níveis lógicos "0" ou "1" (por exemplo 0V ou 5V).
Apresentaremos também a Tabela Verdade "Truth Table", para cada porta lógica. Essa Tabela, mostra qual o valor da saída, em função dos valores na entrada.
As regras utilizadas para estas portas obedecem à "Álgebra Booleana", visto no capítulo anterior.
Na figura 1, temos um exemplo prático, real, de como são fabricadas (ou encapsuladas) essa portas que veremos a seguir.
O chip (CI 7400), é um componente eletrônico, projetado para ser usado em eletrônica digital. Possui internamente 4 portas NAND.
Para usá-lo, primeiro é necessário energizá-lo, ligando 5 Volts em (VCC - pino 14), e o Terra em (GND - pino 7).
Agora escolhe-se uma das 4 portas para ser usada. Por exemplo, ligam-se as entradas nos pinos 12 e 13, e obtém-se o sinal de saída no pino 11.
Resumindo, as portas são encontradas (encapsuladas) em CI's. Por exemplo, o CI 74LS00 tem 4 portas NAND, o 74LS02, tem 4 portas NOR, e assim por diante.
As especificações desses componentes, são encontrados em manuais chamados de "Data Sheet", encontrados facilmente na Internet.
Estudaremos as seguintes portas:
NOT (Não ou Inversor); AND (E); NAND (Não E); OR (OU); NOR (Não OU); ExOR (também EOR) (OU Exclusivo) e ExNOR (ENOR) (OU Não Exclusivo)
As palavras entre parêntesis, representam os nomes em português, porém é muito comum, usar os nomes das portas em inglês.
Puertas lógicas - Módulo 1.3
Electrónica Digital - conceptos básicos
- Introducción a las puertas lógicas
NO puerta (sin puerta ni inversor)
La puerta NO Es un circuito electrónico, cuya salida está invertida con relación a la entrada. Se utiliza cuando se desea invertir una señal.
La figura muestra una puerta NOT. y su Tabla de Verdad .
Puerta Y (puerta E)
La puerta AND es un circuito electrónico que proporciona una salida alta (1 o nivel 1) sólo si todas sus entradas son altas.
Otra forma de decir esto es que solo una de las entradas debe ser de nivel bajo (0), y la salida también será de nivel bajo (0).
La figura muestra una puerta AND y su Tabla de Verdad .
Tenga en cuenta que las entradas A y B están representadas en la salida por AB (con un (.) entre ellas) o simplemente por AB
Puerta NAND (puerta no E)
La puerta NAND es un circuito electrónico, que proporciona una salida Baja (0) si todas sus entradas están en nivel alto, o, en otras palabras, basta con que solo una de las entradas esté en nivel bajo (0), y la salida ser alto (1).
Una NAND es un AND seguido de NOT.
La figura muestra una puerta NAND y su Tabla de Verdad .
Tenga en cuenta que las entradas A y B están representadas en la salida por AB , con un guión encima de estas letras, como se muestra en la figura.
Puerta O (Puerta O)
La puerta OR proporciona una salida alta (1) si una o ambas entradas son altas (1). Para que la salida sea (0), todas las entradas deben ser de nivel bajo.
La figura muestra una puerta OR y su tabla de verdad .
Tenga en cuenta que las entradas A y B están representadas en la salida por A+B (con un signo + entre ellas).
Puerta NOR (puerta no OR)
La puerta NOR proporciona una salida baja (0) si una o ambas entradas son altas (1). Para que la salida sea (1), todas las entradas deben ser de nivel bajo.
La figura muestra una puerta OR y su tabla de verdad .
Tenga en cuenta que las entradas A y B están representadas en la salida por A+B , con un guión encima de estas letras, como se muestra en la figura.
Puerta ExOR (Puerta OR exclusiva)
La puerta ExOR proporciona una salida baja (0) cuando ambas entradas son iguales ((0 o 1), y una salida (1) si las entradas tienen niveles diferentes entre sí.
La figura muestra una puerta ExOR y su Tabla de Verdad .
Tenga en cuenta que las entradas A y B están representadas en la salida por A+B (con un círculo rodeando el signo + ), como se muestra en la figura.
Puerta ExNOR (Puerta OR no exclusiva)
La puerta ExNOR , es la puerta ExOR con inversor, proporciona una salida alta (1) cuando ambas entradas son iguales entre sí (0 o 1), y salida (0) si las entradas tienen diferentes niveles entre ellas.
La figura muestra una puerta ExOR y su Tabla de Verdad .
Tenga en cuenta que las entradas A y B están representadas en la salida por A+B (con un círculo rodeando el signo +, además de una línea sobre A y B ), como se muestra en la figura.
Observações
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A representação mais comum para os desenhos (símbolos) das portas, é o mostrado aqui, porém, pode-se encontrar desenhos diferentes. Por exemplo, a porta AND é desenhada como um pequeno quadrado, com as entradas e saída normais, mas, o símbolo (&), fica dentro desse quadrado, representando AND.
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A porta OR segue o mesmo formato mas, dentro do quadrado o símbolo é (≥1), representa a porta OR.
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Em qualquer dos casos só muda o desenho, o resto é igual.
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Em alguns textos, as portas ExOr e ExNOR, são representadas por XOR e XNOR
El resumen de los puertos y su tabla de verdad se muestra en la siguiente tabla
Porta com 3 ou Mais entradas
As portas mostradas até aqui, tinham 2 entradas. Porém é possível haver portas com 3 ou mais entradas. Como ficaria então o valor da saída nestes casos? Vamos ver dois exemplos, que mostram que , sabendo a Tabela Verdade para os casos acima, saber qual o valor da saída, é uma tarefa simples, independente do número de entradas.
Puerta Y con 3 entradas
La figura muestra una puerta lógica AND con 3 entradas (ABC). La regla nos dice que si solo una de las entradas es (0), la salida también será (0) . Sólo será de nivel alto (1) si todas las entradas son (1). Esta regla se puede aplicar a cualquier número de entradas.
Puerta OR con 3 entradas
La figura muestra una puerta lógica OR de 3 entradas (ABC). La regla nos dice que si solo una de las entradas es (1), la salida también será (1) . Sólo será nivel bajo (0) si todas las entradas son (0). Esta regla se puede aplicar a cualquier número de entradas.
Para los otros tipos de puertas (NAND, NOR, ExOR, ExNOR ), simplemente use las reglas. Es sencillo.
Puertas lógicas interconectadas
Es común encontrar circuitos con varias puertas lógicas, interconectadas.
En estos casos, cuando queremos conocer el valor (nivel) de la salida , en función de los valores de entrada, recurrimos a procesos que nos permitan conocer este resultado.
Una de las mejores formas es utilizar el álgebra booleana, que, a través de sus reglas y teoremas, facilita la determinación del valor del resultado.
Otra alternativa es hacer la tabla de verdad, puerta por puerta, como se hace en el ejemplo (ver figura).
Entonces también obtendrá el resultado de salida.
