Neste post vamos ver como funcionam as portas lógicas, conhecer as tabelas verdades de cada porta lógica, e suas expressões.
As portas lógicas são uma combinação de componentes eletrônicos que podem ser encontrados na forma de circuitos integrados, ou podem ser implementados com componentes discretos, utilizando transistores e resistores, e que realizam operações lógicas.
As portas lógicas normalmente são estudadas em cursos de engenharia elétrica, eletrônica, computação, controle e automação, nas disciplinas de eletrônica digital, ou sistemas digitais, a depender do curso.
Sendo uma matéria muito importante, pois uma vez dominados os conhecimentos da lógica utilizada pela portas lógicas, esse conhecimento pode ser aplicado na programação de firmwares para microcontroladores, programação de controladores lógicos programáveis (CLP), e na programação de computadores também.
Neste post vamos passar pelas principais portas lógicas, estudar as tabelas verdades, suas expressões e verificar seu funcionamento.
Porta Lógica NOT
As portas lógica NOT são as portas mais simples, possui apenas uma entrada e uma saída, o que ela faz é inverter o sinal de entrada. Se for aplicado um nível lógico alto na entrada, a sua saída é levada para nível lógico baixo, e caso a entrada for levada para nível lógico baixo a saída vai para nível lógico alto.
Abaixo é mostrado a expressão lógica da porta NOT:
Abaixo é mostrado a tabela verdade da porta lógica NOT.
Uma maneira de montar um circuito eletrônica de uma porta NOT é com o uso de um transistor NPN e alguns resistores, como mostrado abaixo:
O circuito funciona da seguinte maneira, caso seja aplicado uma tensão de 5V na entrada, o transistor vai conduzir e com isso a tensão na saída será de 0V, caso não seja aplicada uma tensão na entrada na saída vamos ter uma tensão de 5V. O transistor neste circuito funciona como uma chave.
Abaixo é mostrado o símbolo da porta lógica NOT, e também é possível verificar como a porta lógica funciona, clicando na entrada e observando o estado da sua saída.
Alguns circuitos integrados com portas lógica NOT são os seguintes: 7404, CD4069
Agora vamos conhecer a porta Lógica E
Porta Lógica E
As portas lógica E possui pode possuir duas entradas ou mais, e possui uma saída. Para que a saída fique em nível lógico alto é necessário que todas as entradas estejam em nível lógico alto, ou seja, a saída vai para nível lógico alto se a entrada A E a entrada B E a entrada C estiver em nível lógico alto.
Abaixo é mostrado a tabela verdade para uma porta lógica E com 3 entradas e uma saída.
A expressão lógica da porta E é mostrado abaixo:
Na figura abaixo é mostrado o circuito equivalente de uma porta lógica E:
Abaixo é mostrado o símbolo da porta lógica E, e também é possível verificar como a porta lógica funciona, clicando nas entradas e observando o estado da sua saída.
Alguns circuitos integrados com portas lógica E são os seguintes: 7408, CD4081
Agora vamos conhecer a porta lógica OU.
Portas Lógicas OU
As portas lógicas OU podem possuir duas entradas ou mais, e possui uma saída. Para que a saída fique em nível lógico alto é necessário que apenas uma entrada esteja em nível lógico alto, ou seja, para que a saída fique em nível lógico alto a entrada A OU a entrada B OU a entrada C precisam estar em nível lógico alto.
Abaixo é mostrado a tabela verdade da porta lógica OU:
Abaixo é mostrado a expressão lógica da porta lógica OU:
Na figura abaixo é mostrado o circuito equivalente de uma porta lógica OU.
Também é possível implementar um porta lógica OU utilizando diodos, como mostrado abaixo:
É importante notar que quando utilizado uma porta OU com diodos deve-se utilizar o mesmo nível de tensão nas entradas, visto que o mesmo circuito é utilizado como um seletor de fonte de alimentação, como por exemplo em circuitos que utilizam uma fonte de alimentação e bateria, ou uma fonte de alimentação 3,3 V e que também podem ser alimentados pela porta USB.
Abaixo é mostrado o símbolo da porta lógica OU, e também é possível verificar como a porta lógica funciona, clicando nas entradas e observando o estado da sua saída.
Alguns circuitos de portas lógicas OU são os seguintes: 7432, CD4071
Todas as portas lógicas vistas até o momento são as portas lógicas fundamentais, e a partir de agora vamos ver algumas portas lógicas especiais, que são uma combinação das portas lógicas vistas até o momento, vamos começar pela porta lógica Não-E, mas conhecida como NAND.
Porta lógica NAND
A porta lógica NAND é uma combinação da porta lógica E com uma porta lógica NOT ligado em sua saída. O que temos é uma porta lógica E com sua saída invertida. Neste caso a saída só será zero se a entradaA E a entradaB E a entradaC estiver em nível lógico alto.
Abaixo é mostrado a tabela verdade de um porta lógica NAND.
Abaixo é mostrado a expressão lógica da porta lógica NAND:
O circuito equivalente de uma porta lógica NAND é apresentado a seguir:
Abaixo é mostrado o símbolo da porta lógica NAND, e também é possível verificar como a porta lógica funciona, clicando nas entradas e observando o estado da sua saída.
Com combinações de portas lógicas NAND é possível obter outras portas lógicas. Agora vamos ver o funcionamento da porta lógica NOU.
Porta lógica NOU
A porta lógica NOU é uma combinação da porta lógica OU com uma porta lógica NOT ligado em sua saída. O que temos é uma porta lógica OU com sua saída invertida. Neste caso a saída será zero se a entradaA OU a entradaB OU a entradaC estiver em nível lógico alto.
Abaixo é mostrado a tabela verdade de uma porta lógica NOU.
Abaixo é mostrado a expressão lógica da porta lógica NOU.
E abaixo é mostrado o circuito equivalente da porta lógica XOU.
Abaixo é mostrado o símbolo da porta lógica NOU, e também é possível verificar como a porta lógica funciona, clicando nas entradas e observando o estado da sua saída.
Agora que vimos todas essas portas lógicas, vamos ver um porta lógica especial, onde a saída será apenas nível lógico um, quando as duas entradas estiver invertidas.
Porta lógica OU-Exclusivo
Nesta porta lógica o que temos é um circuito um pouco mais elaborado, mas vamos fazer uma coisa diferente das outras portas, vamos deduzir a equação a partir das informações de saída, e depois vamos montar o circuito equivalente da porta lógica.
Abaixo é mostrado a tabela verdade da porta lógica OU-Exclusivo.
Para obtermos expressões lógicas de tabelas verdades, uma técnica consiste em se utilizar a lógica E nas saídas que são iguais a 1,e depois combinar essas saídas com uma porta lógica OU. Para segunda linha da nossa tabela verdade, temos a seguinte expressão que gera como saída o valor igual a 1.
Agora devemos aplicar o mesmo para terceira linha da tabela verdade, com isso obtemos a expressão abaixo:
Agora, para que a tabela verdade funcione como queremos devemos somar as duas expressões, com isso obtemos a expressão da porta lógica OU-Exclusivo, como mostrado abaixo:
Podemos fazer uma tabela verdade passando por toda a equação e verificar a saída, como mostrado abaixo:
Observem na última coluna da tabela como a expressão lógica OU-Exclusivo é apresentada.
Abaixo é mostrado o circuito equivalente de um porta lógica OU-Exclusivo.
Abaixo é mostrado o símbolo da porta lógica OU-Exclusivo, e também é possível verificar como a porta lógica funciona, clicando nas entradas e observando o estado da sua saída.
Com isso finalizamos nosso post sobre portas lógicas.