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Portas lógicas - Elementos básicos da tecnologia digital
Nos capítulos anteriores, vimos alguns conceitos básicos, fundamentais para entender a Eletrônica Digital e também um pouco sobre Álgebra Booleana.
Agora começaremos a estudar como se "constroem e funcionam os blocos básicos" utilizados na eletrônica digital.
Esses blocos, são representados por formas (símbolos) característicos, e com funções específicas para cada deles.
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.
Portas Lógicas - Módulo 1.3
Eletrônica Digital - conceitos básicos
- Portas Lógicas Introdução
Porta NOT (Porta Não ou Inversor)
A porta NOT é um circuito eletrônico, cuja saída é invertida em relação à entrada. É usada quando se quer inverter um sinal.
A figura mostra uma porta NOT e sua Tabela Verdade.
Porta AND (Porta E)
A porta AND é um circuito eletrônico, que fornece uma saída alta (1 ou nível 1) somente se todas as suas entradas forem altas.
Uma outra maneira de enunciar isto, basta somente uma das entradas ser nível baixo (0), que a saída também será nível baixo (0).
A figura mostra uma porta AND e sua Tabela Verdade.
Repare que as entrada A e B são representadas na saída por A.B (com um (.) entre elas) ou simplesmente por AB
Porta NAND (Porta Não E)
A porta NAND é um circuito eletrônico, que fornece uma saída Baixa (0) se todas as suas entradas forem altas, ou, dito de outra maneira, basta somente uma das entradas ser nível baixo (0), que a saída será nível alto (1).
Um NAND, é um AND seguido de NOT.
A figura mostra uma porta NAND e sua Tabela Verdade.
Repare que as entrada A e B são representadas na saída por A.B, com um traço por cima dessas letras, como mostra a figura.
Porta OR (Porta OU)
A porta OR, fornece uma saída alta (1) se qualquer uma das entradas, ou ambas, for nível alto (1). Para a saída ser (0), todas as entradas tem que ser nível baixo.
A figura mostra uma porta OR e sua Tabela Verdade.
Repare que as entrada A e B são representadas na saída por A+B (com um sinal de + entre elas).
Porta NOR (Porta Não OU)
A porta NOR, fornece uma saída baixa (0) se qualquer uma das entradas, ou ambas, for nível alto (1). Para a saída ser (1), todas as entradas tem que ser nível baixo.
A figura mostra uma porta OR e sua Tabela Verdade.
Repare que as entrada A e B são representadas na saída por A+B, com um traço por cima dessas letras, como mostra a figura.
Porta ExOR (Porta OU Exclusivo)
A porta ExOR, fornece uma saída baixa (0) quando ambas as entradas são iguais ((0 ou 1), e saída (1) se as entradas, tiverem níveis diferentes entre si.
A figura mostra uma porta ExOR e sua Tabela Verdade.
Repare que as entrada A e B são representadas na saída por A+B (com um circulo envolvendo o sinal de +), como mostrado na figura.
Porta ExNOR (Porta OU Não Exclusivo)
A porta ExNOR, é a porta ExOR com um inversor, fornece uma saída alta(1) quando ambas as entradas são iguais entre si (0 ou 1), e saída (0) se as entradas, tiverem níveis diferentes entre si.
A figura mostra uma porta ExOR e sua Tabela Verdade.
Repare que as entrada A e B são representadas na saída por A+B (com um circulo envolvendo o sinal de +, alem de um traçao sobre A e B), como mostrado na 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
Resumo das Portas e a Tabela Verdade das mesmas, é mostrado na Tabela a seguir
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.
Porta AND com 3 entradas
A figura mostra uma Porta Lógica AND com 3 entradas (ABC). A regra nos diz que, basta somente uma das entradas ser (0), que a saída também será (0). Só será nível alto (1), se todas as entradas forem (1). Essa regra, pode ser aplicada para qualquer número de entradas.
Porta OR com 3 entradas
A figura mostra uma Porta Lógica OR com 3 entradas (ABC). A regra nos diz que, basta somente uma das entradas ser (1), que a saída também será (1). Só será nível baixo (0), se todas as entradas forem (0). Essa regra, pode ser aplicada para qualquer número de entradas.
Para as demais tipos de portas (NAND, NOR, ExOR, ExNOR), é só fazer uso das regras. É simples.
Portas lógicas interligadas
É comum, encontrar circuitos com várias portas lógicas, interligadas entre si.
Nestes casos, quando queremos saber qual o valor (nível) da saída, em função dos valores da entrada, recorremos a processos , que nos permitam saber esse resultado.
Uma das melhores maneiras, é usar a Álgebra Booleana, que através de suas regras e teoremas, permite de maneira mais fácil, determinar o valor da saída.
Uma outra alternativa, é fazer a tabela verdade, porta a porta, como feito no exemplo (ver figura).
Assim, você também obterá o resultado de saída.
