Conheça as portas lógicas básicas com tabelas da verdade

Hoje em dia, os computadores se tornaram parte integrante da vida, pois realizam muitas tarefas e operações em um período de tempo bastante curto. Uma das funções mais importantes da CPU em um computador é realizar operações lógicas utilizando hardware como Circuitos integrados tecnologias de software e Circuitos eletrônicos ,. Mas, como esse hardware e software realizam tais operações é um enigma misterioso. Para compreender melhor uma questão tão complexa, devemos nos familiarizar com o termo Lógica Booleana, desenvolvido por George Boole. Para uma operação simples, os computadores utilizam dígitos binários em vez de dígitos digitais. Todas as operações são realizadas pelas portas lógicas básicas. Este artigo descreve uma visão geral do que são portas lógicas básicas em eletrônica digital e seu funcionamento.

O que são portas lógicas básicas?

Uma porta lógica é um bloco de construção básico de um circuito digital que possui duas entradas e uma saída. A relação entre i / p e o / p é baseada em uma certa lógica. Essas portas são implementadas usando chaves eletrônicas como transistores, diodos. Mas, na prática, as portas lógicas básicas são construídas usando tecnologia CMOS, FETS e MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) s . Portas lógicas são usado em microprocessadores, microcontroladores , aplicativos de sistema embarcado e em eletrônicos e circuitos elétricos do projeto . As portas lógicas básicas são categorizadas em sete: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR e NOT. Essas portas lógicas com seus símbolos de portas lógicas e tabelas de verdade são explicadas abaixo.

Operação de portas lógicas básicas

Quais são as 7 portas lógicas básicas?

As portas lógicas básicas são classificadas em sete tipos: porta AND, porta OR, porta XOR, porta NAND, porta NOR, porta XNOR e porta NOT. A tabela verdade é usada para mostrar a função da porta lógica. Todas as portas lógicas têm duas entradas, exceto a porta NOT, que possui apenas uma entrada.

Ao desenhar uma tabela verdade, os valores binários 0 e 1 são usados. Cada combinação possível depende do número de entradas. Se você não sabe sobre as portas lógicas e suas tabelas de verdade e precisa de orientação sobre elas, leia o infográfico a seguir, que oferece uma visão geral das portas lógicas com seus símbolos e tabelas de verdade.

Por que usamos Basic Logic Gates?

As portas lógicas básicas são usadas para executar funções lógicas fundamentais. Estes são os blocos de construção básicos nos CIs digitais (circuitos integrados). A maioria das portas lógicas usa duas entradas binárias e gera uma única saída como 1 ou 0. Em alguns circuitos eletrônicos, poucas portas lógicas são usadas, enquanto em alguns outros circuitos, os microprocessadores incluem milhões de portas lógicas.

A implementação de portas lógicas pode ser feita através de diodos, transistores, relés, moléculas e ópticas, de outra forma diferentes elementos mecânicos. Por esse motivo, as portas lógicas básicas são usadas como circuitos eletrônicos.

Binário e Decimal

Antes de falar sobre as tabelas de verdade das portas lógicas, é essencial conhecer o histórico dos números binários e decimais. Todos nós sabemos os números decimais que utilizamos em cálculos diários, como 0 a 9. Este tipo de sistema numérico inclui a base 10. Da mesma forma, números binários como 0 e 1 podem ser utilizados para significar números decimais sempre que a base dos números binários for 2.

O significado de usar números binários aqui é significar a posição de comutação, caso contrário, a posição de tensão de um componente digital. Aqui, 1 representa o sinal de alta ou alta tensão, enquanto “0” especifica a baixa tensão ou sinal de baixa. Portanto, a álgebra booleana foi iniciada. Depois disso, cada porta lógica é discutida separadamente e contém a lógica da porta, a tabela verdade e seu símbolo típico.

Tipos de portas lógicas

Os diferentes tipos de portas lógicas e símbolos com tabelas de verdade são discutidos abaixo.

Portas lógicas básicas

AND Gate

O portão AND é um porta lógica digital com ‘n’ i / ps um o / p, que realiza a conjunção lógica com base nas combinações de suas entradas. A saída desta porta é verdadeira apenas quando todas as entradas são verdadeiras. Quando uma ou mais entradas do i / ps da porta AND são falsas, então apenas a saída da porta AND é falsa. O símbolo e a tabela verdade de uma porta AND com duas entradas são mostrados abaixo.

AND Gate e sua mesa da verdade

OR Gate

A porta OR é uma porta lógica digital com 'n' i / ps e um o / p, que realiza a conjunção lógica com base nas combinações de suas entradas. A saída da porta OR é verdadeira apenas quando uma ou mais entradas são verdadeiras. Se todos os i / ps da porta forem falsos, apenas a saída da porta OR será falsa. O símbolo e a tabela verdade de uma porta OR com duas entradas são mostrados abaixo.

OR Gate e sua mesa da verdade

NÃO Gate

A porta NOT é uma porta lógica digital com uma entrada e uma saída que opera uma operação de inversor da entrada. A saída da porta NOT é o reverso da entrada. Quando a entrada da porta NOT for verdadeira, a saída será falsa e vice-versa. O símbolo e a tabela verdade de uma porta NOT com uma entrada são mostrados abaixo. Usando esta porta, podemos implementar portas NOR e NAND

NOT Gate e sua mesa de verdade

NAND Gate

A porta NAND é uma porta lógica digital com ‘n’ i / ps e um o / p, que realiza a operação da porta AND seguida pela operação da porta NOT. A porta NAND é projetada pela combinação das portas AND e NOT. Se a entrada da porta NAND for alta, então a saída da porta será baixa. O símbolo e a tabela verdade da porta NAND com duas entradas são mostrados abaixo.

NAND Gate e sua mesa da verdade

Portão NOR

A porta NOR é uma porta lógica digital com n entradas e uma saída, que realiza a operação da porta OR seguida da porta NOT. A porta NOR é projetada combinando a porta OU e NÃO. Quando qualquer um dos i / ps da porta NOR for verdadeiro, a saída da porta NOR será falsa. O símbolo e a tabela verdade da porta NOR com a tabela verdade são mostrados abaixo.

Portão NOR e sua mesa da verdade

Portão OU Exclusivo

A porta OU Exclusive é uma porta lógica digital com duas entradas e uma saída. A forma abreviada desta porta é Ex-OR. Ele funciona com base na operação da porta OR. . Se qualquer uma das entradas dessa porta for alta, a saída da porta EX-OR será alta. O símbolo e a tabela verdade do EX-OR são mostrados abaixo.

Porta EX-OR e sua tabela de verdade

Portão NOR exclusivo

A porta NOR Exclusive é uma porta lógica digital com duas entradas e uma saída. A forma abreviada dessa porta é Ex-NOR. Ele funciona com base na operação da porta NOR. Quando ambas as entradas desta porta são altas, então a saída da porta EX-NOR será alta. Mas, se qualquer uma das entradas for alta (mas não ambas), a saída será baixa. O símbolo e a tabela verdade do EX-NOR são mostrados abaixo.

Portão EX-NOR e sua mesa da verdade

As aplicações das portas lógicas são determinadas principalmente com base em sua tabela verdade, ou seja, seu modo de operação. As portas lógicas básicas são usadas em muitos circuitos, como um bloqueio de botão, ativado por luz alarme contra roubo , termostato de segurança, sistema de rega automático, etc.

Tabela da verdade para circuito de porta lógica expressa

O circuito da porta pode ser expresso usando um método comum conhecido como tabela verdade. Esta tabela inclui todas as combinações de estado lógico de entrada alto (1) ou baixo (0) para cada terminal de entrada da porta lógica por meio do nível lógico de saída equivalente, como alto ou baixo. O circuito da porta lógica NOT é mostrado acima e sua tabela de verdade é extremamente fácil

As tabelas de verdade das portas lógicas são muito complexas, mas maiores do que a porta NOT. A tabela verdade de cada porta deve incluir muitas linhas, pois há possibilidades de combinações exclusivas para entradas. Por exemplo, para a porta NOT, há duas possibilidades de entradas 0 ou 1, enquanto que, para a porta lógica de duas entradas, há quatro possibilidades como 00, 01, 10 e 11. Portanto, inclui quatro linhas para o tabela verdade equivalente.

Para uma porta lógica de 3 entradas, existem 8 entradas possíveis como 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 e 111. Portanto, uma tabela verdade incluindo 8 linhas é necessária. Matematicamente, o número necessário de linhas na tabela verdade é equivalente a 2 aumentado à potência do não. de terminais i / p.

Análise

Os sinais de tensão nos circuitos digitais são representados com valores binários como 0's e 1's calculados em referência ao terra. A deficiência de tensão significa principalmente um “0”, enquanto a existência de tensão de alimentação DC completa significa um “1”.

Uma porta lógica é um tipo especial de circuito amplificador projetado principalmente para tensões de nível lógico de entrada e saída. Os circuitos de portas lógicas são mais frequentemente simbolizados com um diagrama esquemático por meio de seus próprios símbolos exclusivos, em vez de seus resistores e transistores essenciais.

Assim como com Op-Amps (amplificadores operacionais), as conexões da fonte de alimentação às portas lógicas são freqüentemente colocadas em diagramas esquemáticos para o benefício da simplicidade. Inclui as combinações prováveis ​​de nível lógico de entrada por meio de seus níveis lógicos de saída particulares.

Qual é a maneira mais fácil de aprender portas lógicas?

A maneira mais fácil de aprender a função das portas lógicas básicas é explicada abaixo.

• Para AND Gate - Se ambas as entradas são altas, então a saída também é alta
• Para OR Gate - Se no mínimo uma entrada for alta, a saída é alta
• Para XOR Gate - Se o mínimo de uma entrada for alto, então apenas a saída é alta
• NAND Gate - Se o mínimo de uma entrada for baixo, a saída é alta
• Porta NOR - Se ambas as entradas são baixas, a saída é alta.

Teorema de Morgan

O primeiro teorema de DeMorgan afirma que a porta lógica como NAND é igual a uma porta OR com uma bolha. A função lógica da porta NAND é

A’B = A ’+ B’

O segundo teorema de DeMorgan afirma que a porta lógica NOR é igual a uma porta AND com uma bolha. A função lógica da porta NOR é

(A + B) ’= A’. B ’

A conversão do NAND Gate

A porta NAND pode ser formada usando a porta AND e a porta NOT. A expressão booleana e a tabela verdade são mostradas abaixo.

Formação de portas lógicas NAND

Y = (A⋅B) '

Conversão de porta NOR

A porta NOR pode ser formada usando a porta OU e a porta NÃO. A expressão booleana e a tabela verdade são mostradas abaixo.

Formação de portas lógicas NOR

Y = (A + B) '

Conversão Ex-OR Gate

A porta Ex-OR pode ser formada usando a porta NOT, AND & OR. A expressão booleana e a tabela verdade são mostradas abaixo. Esta porta lógica pode ser definida como a porta que fornece uma saída alta, uma vez que qualquer entrada desta seja alta. Se ambas as entradas desta porta forem altas, a saída será baixa.

Formação de portas lógicas Ex-OR

Y = A⊕B ou A’B + AB ’

Conversão Ex-NOR Gate

A porta Ex-NOR pode ser formada usando a porta EX-OR e a porta NOT. A expressão booleana e a tabela verdade são mostradas abaixo. Nesta porta lógica, quando a saída é alta “1”, então ambas as entradas serão “0” ou “1”.

Formação de porta Ex-NOR

Y = (A’B + AB ’)’

Portas lógicas básicas usando portões universais

Portas universais como porta NAND e porta NOR podem ser implementadas por meio de qualquer expressão booleana sem usar qualquer outro tipo de porta lógica. E também podem ser usados ​​para projetar qualquer porta lógica básica. Além disso, eles são amplamente utilizados em circuitos integrados, pois sua fabricação é simples e econômica. O projeto básico de portas lógicas usando portas universais é discutido abaixo.

As portas lógicas básicas podem ser projetadas com a ajuda de portas universais. Ele usa um erro, um pouco de teste, caso contrário, você pode utilizar a lógica booleana para obtê-los por meio das equações de portas lógicas para uma porta NAND, bem como uma porta NOR. Aqui, a lógica booleana é usada para resolver a saída de que você precisa. Demora algum tempo, mas é necessário fazer isso para obter uma ideia da lógica booleana, bem como das portas lógicas básicas.

Portas lógicas básicas usando a porta NAND

O projeto de portas lógicas básicas usando a porta NAND é discutido abaixo.

NOT Gate Design usando NAND

O projeto da porta NOT é muito simples, bastando conectar ambas as entradas como uma.

AND Gate Design usando NAND

O projeto da porta AND usando a porta NAND pode ser feito na saída da porta NAND para revertê-la e obter a lógica AND.

OR Gate Design usando NAND

O projeto da porta OR usando a porta NAND pode ser feito conectando duas portas NOT usando portas NAND nas entradas do NAND para obter a lógica OR.

Projeto de Portão NOR usando NAND

O projeto da porta NOR usando a porta NAND pode ser feito simplesmente conectando outra porta NOT através da porta NAND ao o / p de uma porta OR através do NAND.

EXOR Gate Design usando NAND

Este é um pouco complicado. Você compartilha as duas entradas com três portas. A saída do primeiro NAND é a segunda entrada para os outros dois. Finalmente, outro NAND pega as saídas dessas duas portas NAND para dar a saída final.

Portas lógicas básicas usando NOR Gate

O projeto de portas lógicas básicas usando a porta NOR é discutido abaixo.

NOT Gate usando NOR

O projeto de porta NOT com porta NOR é simples conectando ambas as entradas como uma.

OR Gate usando NOR

O projeto de porta OR com porta NOR é simples conectando-se no o / p da porta NOR para revertê-la e obter a lógica OR.

AND Gate usando NOR

O projeto da porta AND usando a porta NOR pode ser feito conectando-se duas portas NOT com NOR nas entradas NOR para obter a lógica AND.

NAND Gate usando NOR

O projeto da porta NAND usando a porta NOR pode ser feito simplesmente conectando outra porta NOT através da porta NOR à saída da porta AND com NOR.

Gate EX-NOR usando NOR

Este tipo de conexão é um pouco difícil porque as duas entradas podem ser compartilhadas com três portas lógicas. A primeira saída da porta NOR é a próxima entrada para as duas portas restantes. Finalmente, outra porta NOR usa as duas saídas da porta NOR para fornecer a última saída.

Formulários

O aplicações de portas lógicas básicas são tantos, no entanto, eles dependem principalmente de suas tabelas de verdade de outra forma forma de operações. As portas lógicas básicas são frequentemente utilizadas em circuitos como fechadura com botão de pressão, sistema de rega automático, alarme anti-roubo ativado por luz, termostato de segurança e outros tipos de dispositivos eletrónicos.

A principal vantagem das portas lógicas básicas é que elas podem ser usadas em um circuito de combinação diferente. Além disso, não há limite para o número de portas lógicas que podem ser utilizadas em um único dispositivo eletrônico. Porém, pode ser limitado devido à lacuna física especificada no dispositivo. Em CIs digitais (circuitos integrados), descobriremos uma coleção da unidade de região da porta lógica.

Usando combinações de portas lógicas básicas, operações avançadas são freqüentemente realizadas. Em teoria, não há limite para o número de portas que podem ser revestidas durante um único dispositivo. No entanto, no aplicativo, há um limite para o número de portas que podem ser compactadas em uma determinada área física. Os arranjos da unidade de área de porta lógica são encontrados em circuitos integrados digitais (ICs). Como Tecnologia IC avanços, o volume físico desejado para cada portão individual diminui e dispositivos digitais de tamanho equivalente ou menor tornam-se capazes de atuar com operações mais complicadas em velocidades cada vez maiores.

Infográficos de portas lógicas

Trata-se de uma visão geral do que é um porta lógica básica , tipos como porta AND, porta OR, porta NAND, porta NOR, porta EX-OR e porta EX-NOR. Neste, as portas AND, NOT e OR são as portas lógicas básicas. Usando essas portas, podemos criar qualquer porta lógica combinando-as. Onde as portas NAND e NOR são chamadas de portas universais. Essas portas têm uma propriedade particular com a qual podem criar qualquer expressão booleana lógica, se projetadas de maneira adequada. Além disso, para qualquer dúvida sobre este artigo, ou projetos eletrônicos, por favor, dê sua opinião, comentando na seção de comentários abaixo.