Conozca las puertas lógicas básicas con tablas de verdad

Hoy en día, las computadoras se han convertido en una parte integral de la vida, ya que realizan muchas tareas y operaciones en un período de tiempo bastante corto. Una de las funciones más importantes de la CPU en una computadora es realizar operaciones lógicas utilizando hardware como Circuitos integrados tecnologías de software y circuitos electrónicos ,. Pero, cómo este hardware y software realizan tales operaciones es un misterio misterioso. Para comprender mejor un tema tan complejo, debemos familiarizarnos con el término lógica booleana, desarrollado por George Boole. Para una operación simple, las computadoras utilizan dígitos binarios en lugar de dígitos digitales. Todas las operaciones son realizadas por las puertas Basic Logic. Este artículo analiza una descripción general de lo que son puertas lógicas básicas en electrónica digital y su funcionamiento.

¿Qué son las puertas lógicas básicas?

Una puerta lógica es un bloque de construcción básico de un circuito digital que tiene dos entradas y una salida. La relación entre i / py o / p se basa en cierta lógica. Estas puertas se implementan mediante interruptores electrónicos como transistores, diodos. Pero, en la práctica, las puertas lógicas básicas se construyen utilizando tecnología CMOS, FETS y MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) s . Las puertas lógicas son utilizado en microprocesadores, microcontroladores , aplicaciones de sistemas integrados, y en circuitos de proyectos eléctricos . Las puertas lógicas básicas se clasifican en siete: AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR y NOT. Estas puertas lógicas con sus símbolos de puerta lógica y tablas de verdad se explican a continuación.

Operación básica de puertas lógicas

¿Cuáles son las 7 puertas lógicas básicas?

Las puertas lógicas básicas se clasifican en siete tipos: puerta AND, puerta OR, puerta XOR, puerta NAND, puerta NOR, puerta XNOR y puerta NOT. La tabla de verdad se usa para mostrar la función de la puerta lógica. Todas las puertas lógicas tienen dos entradas excepto la puerta NOT, que tiene una sola entrada.

Al dibujar una tabla de verdad, se utilizan los valores binarios 0 y 1. Cada combinación posible depende del número de entradas. Si no conoce las puertas lógicas y sus tablas de verdad y necesita orientación sobre ellas, consulte la siguiente infografía que ofrece una descripción general de las puertas lógicas con sus símbolos y tablas de verdad.

¿Por qué utilizamos Basic Logic Gates?

Las puertas lógicas básicas se utilizan para realizar funciones lógicas fundamentales. Estos son los componentes básicos de los circuitos integrados digitales (circuitos integrados). La mayoría de las puertas lógicas utilizan dos entradas binarias y generan una única salida como 1 o 0. En algunos circuitos electrónicos, se utilizan pocas puertas lógicas mientras que en algunos otros circuitos, los microprocesadores incluyen millones de puertas lógicas.

La implementación de puertas lógicas se puede realizar a través de diodos, transistores, relés, moléculas y elementos ópticos, de lo contrario, diferentes elementos mecánicos. Por esta razón, las puertas lógicas básicas se utilizan como circuitos electrónicos.

Binario y decimal

Antes de hablar sobre las tablas de verdad de las puertas lógicas, es esencial conocer los antecedentes de los números binarios y decimales. Todos conocemos los números decimales que utilizamos en los cálculos diarios como 0 a 9. Este tipo de sistema numérico incluye la base 10. De la misma manera, los números binarios como 0 y 1 se pueden utilizar para significar números decimales siempre que la base de los números binarios sea 2.

La importancia de usar números binarios aquí es para indicar la posición de conmutación, de lo contrario la posición de voltaje de un componente digital. Aquí 1 representa la señal alta o alto voltaje mientras que '0' especifica bajo voltaje o señal baja. Por lo tanto, se inició el álgebra de Boole. Después de eso, cada puerta lógica se analiza por separado, esto contiene la lógica de la puerta, la tabla de verdad y su símbolo típico.

Tipos de puertas lógicas

Los diferentes tipos de puertas lógicas y símbolos con tablas de verdad se analizan a continuación.

Puertas lógicas básicas

Y puerta

La puerta AND es una puerta lógica digital con 'n' i / ps one o / p, que realiza una conjunción lógica basada en las combinaciones de sus entradas. La salida de esta puerta es verdadera solo cuando todas las entradas son verdaderas. Cuando una o más entradas de i / ps de la puerta AND son falsas, solo la salida de la puerta AND es falsa. El símbolo y la tabla de verdad de una puerta AND con dos entradas se muestra a continuación.

AND Gate y su tabla de la verdad

Puerta OR

La puerta OR es una puerta lógica digital con 'n' i / ps y una o / p, que realiza una conjunción lógica basada en las combinaciones de sus entradas. La salida de la puerta OR es verdadera solo cuando una o más entradas son verdaderas. Si todas las i / ps de la puerta son falsas, solo la salida de la puerta OR es falsa. El símbolo y la tabla de verdad de una puerta OR con dos entradas se muestra a continuación.

OR Gate y su tabla de verdad

NO puerta

La puerta NOT es una puerta lógica digital con una entrada y una salida que opera una operación de inversor de la entrada. La salida de la puerta NOT es la inversa de la entrada. Cuando la entrada de la puerta NOT es verdadera, la salida será falsa y viceversa. El símbolo y la tabla de verdad de una puerta NOT con una entrada se muestran a continuación. Al usar esta puerta, podemos implementar puertas NOR y NAND

NOT Gate y su tabla de la verdad

Puerta NAND

La puerta NAND es una puerta lógica digital con 'n' i / ps y una o / p, que realiza la operación de la puerta AND seguida de la operación de la puerta NOT. La puerta NAND está diseñada combinando las puertas AND y NOT. Si la entrada de la puerta NAND es alta, entonces la salida de la puerta será baja. El símbolo y la tabla de verdad de la puerta NAND con dos entradas se muestran a continuación.

Puerta NAND y su tabla de la verdad

Puerta NOR

La puerta NOR es una puerta lógica digital con n entradas y una salida, que realiza la operación de la puerta OR seguida de la puerta NOT. La puerta NOR está diseñada combinando la puerta OR y NOT. Cuando cualquiera de los i / ps de la puerta NOR sea verdadero, entonces la salida de la puerta NOR será falsa. El símbolo y la tabla de verdad de la puerta NOR con la tabla de verdad se muestran a continuación.

NOR Gate y su tabla de verdad

Puerta OR exclusiva

La puerta OR exclusivo es una puerta lógica digital con dos entradas y una salida. La forma corta de esta puerta es Ex-OR. Funciona según el funcionamiento de la puerta OR. . Si alguna de las entradas de esta puerta es alta, entonces la salida de la puerta EX-OR será alta. El símbolo y la tabla de verdad del EX-OR se muestran a continuación.

Puerta EX-OR y su tabla de verdad

Puerta NOR exclusiva

La puerta NOR exclusiva es una puerta lógica digital con dos entradas y una salida. La forma corta de esta puerta es Ex-NOR. Funciona según el funcionamiento de la puerta NOR. Cuando ambas entradas de esta puerta son altas, entonces la salida de la puerta EX-NOR será alta. Pero, si alguna de las entradas es alta (pero no ambas), entonces la salida será baja. El símbolo y la tabla de verdad del EX-NOR se muestran a continuación.

Puerta EX-NOR y su tabla de verdad

Las aplicaciones de las puertas lógicas se determinan principalmente en función de su tabla de verdad, es decir, su modo de funcionamiento. Las puertas lógicas básicas se utilizan en muchos circuitos como un bloqueo de botón pulsador, activado por luz alarma antirrobo , termostato de seguridad, riego automático, etc.

Tabla de verdad para expresar el circuito de puerta lógica

El circuito de puerta se puede expresar mediante un método común que se conoce como tabla de verdad. Esta tabla incluye todas las combinaciones de estado lógico de entrada, ya sea alto (1) o bajo (0) para cada terminal de entrada de la puerta lógica a través del nivel lógico de salida equivalente como alto o bajo. El circuito de la puerta lógica NOT se muestra arriba y su tabla de verdad es extremadamente fácil de hecho

Las tablas de verdad de las puertas lógicas son muy complejas pero más grandes que la puerta NOT. La tabla de verdad de cada puerta debe incluir muchas filas, ya que existen posibilidades de combinaciones exclusivas para las entradas. Por ejemplo, para la puerta NOT, hay dos posibilidades de entradas 0 o 1, mientras que, para la puerta lógica de dos entradas, hay cuatro posibilidades como 00, 01, 10 y 11. Por lo tanto, incluye cuatro filas para el tabla de verdad equivalente.

Para una puerta lógica de 3 entradas, hay 8 entradas posibles como 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 y 111. Por lo tanto, se requiere una tabla de verdad que incluya 8 filas. Matemáticamente, el número requerido de filas en la tabla de verdad es equivalente a 2 aumentado a la potencia del no. de terminales i / p.

Análisis

Las señales de voltaje en los circuitos digitales se representan con valores binarios como 0 y 1 calculados en referencia a tierra. La deficiencia de voltaje significa principalmente un '0', mientras que la existencia de voltaje de suministro de CC completo significa un '1'.

Una puerta lógica es un tipo especial de circuito amplificador que está diseñado principalmente para voltajes de nivel lógico de entrada y salida. Los circuitos de puertas lógicas se simbolizan con mayor frecuencia con un diagrama esquemático a través de sus propios símbolos exclusivos en lugar de sus resistencias y transistores esenciales.

Al igual que con los Op-Amps (amplificadores operacionales), las conexiones de la fuente de alimentación a las puertas lógicas se pierden con frecuencia en los diagramas esquemáticos en beneficio de la simplicidad. Incluye las combinaciones probables de nivel lógico de entrada a través de sus niveles lógicos de salida particulares.

¿Cuál es la forma más fácil de aprender las puertas lógicas?

La forma más sencilla de aprender la función de las puertas lógicas básicas se explica a continuación.

• Para la puerta AND: si ambas entradas son altas, la salida también es alta
• Para puerta OR: si un mínimo de una entrada es alta, la salida es alta
• Para puerta XOR: si la entrada mínima es alta, solo la salida es alta
• Puerta NAND: si la entrada mínima es baja, la salida es alta
• Puerta NOR: si ambas entradas son bajas, la salida es alta.

El teorema de Morgan

El primer teorema de DeMorgan establece que la puerta lógica como NAND es igual a una puerta OR con una burbuja. La función lógica de la puerta NAND es

A’B = A ’+ B’

El segundo teorema de DeMorgan establece que la puerta lógica NOR es igual a una puerta Y con una burbuja. La función lógica de la puerta NOR es

(A + B) ’= A’. B'

La conversión de la puerta NAND

La puerta NAND se puede formar usando la puerta AND y la puerta NOT. La tabla de verdad y expresión booleana se muestra a continuación.

Formación de puertas lógicas NAND

Y= (A⋅B)’

Conversión de puerta NOR

La puerta NOR se puede formar usando la puerta OR y la puerta NOT. La tabla de verdad y expresión booleana se muestra a continuación.

Formación de puertas lógicas NOR

Y = (A+B)’

Conversión de puerta Ex-OR

La puerta Ex-OR se puede formar usando la puerta NOT, AND & OR. La tabla de verdad y expresión booleana se muestra a continuación. Esta puerta lógica se puede definir como la puerta que da una salida alta una vez que cualquier entrada de esta es alta. Si ambas entradas de esta puerta son altas, la salida será baja.

Formación de puertas lógicas ex-OR

Y = A⊕B o A’B + AB '

Conversión Ex-NOR Gate

La puerta Ex-NOR se puede formar usando la puerta EX-OR y la puerta NOT. La tabla de verdad y expresión booleana se muestra a continuación. En esta puerta lógica, cuando la salida es alta '1', ambas entradas serán '0' o '1'.

Formación de compuerta Ex-NOR

Y = (A’B + AB ’)’

Puertas lógicas básicas que utilizan puertas universales

Las puertas universales como la puerta NAND y la puerta NOR se pueden implementar a través de cualquier expresión booleana sin utilizar ningún otro tipo de puerta lógica. Y también se pueden utilizar para diseñar cualquier puerta lógica básica. Además, estos se utilizan ampliamente en circuitos integrados, ya que son simples y rentables de fabricar. El diseño básico de puertas lógicas que utilizan puertas universales se analiza a continuación.

Las puertas lógicas básicas se pueden diseñar con la ayuda de puertas universales. Utiliza un error, un poco de prueba; de lo contrario, puede utilizar la lógica booleana para lograrlos a través de las ecuaciones de puertas lógicas para una puerta NAND y una puerta NOR. Aquí, la lógica booleana se utiliza para resolver la salida que necesita. Lleva algún tiempo, pero es necesario realizarlo para dominar la lógica booleana y las puertas lógicas básicas.

Puertas lógicas básicas con puerta NAND

El diseño de puertas lógicas básicas utilizando una puerta NAND se analiza a continuación.

NO diseño de puerta usando NAND

El diseño de la puerta NOT es muy simple simplemente conectando ambas entradas como una.

AND Diseño de puerta usando NAND

El diseño de la puerta AND utilizando la puerta NAND se puede realizar en la salida de la puerta NAND para invertirla y obtener la lógica AND.

Diseño de puerta OR usando NAND

El diseño de la puerta OR utilizando una puerta NAND se puede realizar conectando dos puertas NOT utilizando puertas NAND en las entradas de la NAND para obtener la lógica OR.

Diseño de puerta NOR usando NAND

El diseño de la puerta NOR usando la puerta NAND se puede hacer simplemente conectando otra puerta NOT a través de la puerta NAND a la salida de una puerta OR a través de NAND.

Diseño de puerta EXOR usando NAND

Este es un poco complicado. Compartes las dos entradas con tres puertas. La salida del primer NAND es la segunda entrada a los otros dos. Finalmente, otra NAND toma las salidas de estas dos puertas NAND para dar la salida final.

Puertas lógicas básicas con puerta NOR

El diseño de puertas lógicas básicas usando la puerta NOR se analiza a continuación.

NO Gate usando NOR

El diseño de la puerta NOT con la puerta NOR es simple conectando ambas entradas como una.

O Puerta usando NOR

El diseño de la puerta OR con la puerta NOR es simple conectándose en el o / p de la puerta NOR para invertirla y obtener la lógica OR.

AND Gate usando NOR

El diseño de la puerta AND usando la puerta NOR se puede hacer conectando dos puertas NOT con NOR en las entradas NOR para obtener la lógica AND.

Puerta NAND usando NOR

El diseño de la puerta NAND usando la puerta NOR se puede hacer simplemente conectando otra puerta NOT a través de la puerta NOR a la salida de la puerta AND con NOR.

Puerta EX-NOR usando NOR

Este tipo de conexión es un poco difícil porque las dos entradas se pueden compartir con tres puertas lógicas. La primera salida de la puerta NOR es la siguiente entrada a las dos puertas restantes. Finalmente, otra puerta NOR usa las dos salidas de la puerta NOR para proporcionar la última salida.

Aplicaciones

los aplicaciones de puertas lógicas básicas son tantos, sin embargo, en su mayoría dependen de sus tablas de verdad, de lo contrario, son formas de operaciones. Las puertas lógicas básicas se utilizan con frecuencia en circuitos como una cerradura con pulsador, el sistema de riego automático, alarma antirrobo activada mediante luz, termostato de seguridad y otros tipos de dispositivos electrónicos.

La principal ventaja de las puertas lógicas básicas es que se pueden utilizar en un circuito de combinación diferente. Además, no hay límite para el número de puertas lógicas que se pueden utilizar en un solo dispositivo electrónico. Sin embargo, puede estar limitado debido al espacio físico especificado dentro del dispositivo. En los circuitos integrados digitales (circuitos integrados) descubriremos una colección de la unidad de región de puerta lógica.

Al usar mezclas de puertas lógicas básicas, a menudo se realizan operaciones avanzadas. En teoría, no hay límite para la cantidad de puertas que se pueden revestir durante un solo dispositivo. Sin embargo, en la aplicación, hay un límite en la cantidad de puertas que se pueden empaquetar en un área física determinada. Las matrices de la unidad de área de puerta lógica se encuentran en circuitos integrados digitales (CI). Como Tecnología IC avances, el volumen físico deseado para cada puerta individual disminuye, y los dispositivos digitales de un tamaño equivalente o menor se vuelven capaces de actuar con operaciones más complicadas a velocidades cada vez mayores.

Infografía de puertas lógicas

Se trata de una descripción general de lo que es un puerta lógica básica , tipos como puerta AND, puerta OR, puerta NAND, puerta NOR, puerta EX-OR y puerta EX-NOR. En esto, las puertas AND, NOT y OR son las puertas lógicas básicas. Al usar estas puertas, podemos crear cualquier puerta lógica combinándolas. Donde las puertas NAND y NOR se denominan puertas universales. Estas puertas tienen una propiedad particular con la que pueden crear cualquier expresión booleana lógica si se diseñan de manera adecuada. Además, para cualquier consulta relacionada con este artículo, o proyectos de electrónica, por favor envíe sus comentarios comentando en la sección de comentarios a continuación.