Circuitos digitales: puertas lógicas
Los circuitos electrónicos digitales funcionan con voltajes de two logic levelsa saber, lógica baja y lógica alta. El rango de voltajes correspondiente a Logic Low se representa con '0'. De manera similar, el rango de voltajes correspondientes a Logic High se representa con '1'.
El circuito electrónico digital básico que tiene una o más entradas y una sola salida se conoce como Logic gate. Por lo tanto, las puertas lógicas son los componentes básicos de cualquier sistema digital. Podemos clasificar estas puertas lógicas en las siguientes tres categorías.
- Puertas básicas
- Puertas universales
- Puertas especiales
Ahora, hablemos sobre las puertas lógicas que entran en cada categoría una por una.
Puertas básicas
En capítulos anteriores, aprendimos que las funciones booleanas se pueden representar en forma de suma de productos o en forma de producto de sumas según el requisito. Entonces, podemos implementar estas funciones booleanas usando puertas básicas. Las puertas básicas son las puertas Y, O Y NO.
Y puerta
Una puerta AND es un circuito digital que tiene dos o más entradas y produce una salida, que es la logical ANDde todas esas entradas. Es opcional representar elLogical AND con el símbolo '.'.
La siguiente tabla muestra la truth table de puerta AND de 2 entradas.
UN | segundo | Y = AB |
---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Aquí A, B son las entradas e Y es la salida de dos puertas Y de entrada. Si ambas entradas son '1', entonces solo la salida, Y es '1'. Para las combinaciones restantes de entradas, la salida, Y es '0'.
La siguiente figura muestra el symbol de una puerta AND, que tiene dos entradas A, B y una salida, Y.
Esta puerta AND produce una salida (Y), que es la logical ANDde dos entradas A, B. De manera similar, si hay 'n' entradas, entonces la puerta Y produce una salida, que es el Y lógico de todas esas entradas. Eso significa que la salida de la puerta AND será '1', cuando todas las entradas sean '1'.
Puerta OR
Una puerta OR es un circuito digital que tiene dos o más entradas y produce una salida, que es el OR lógico de todas esas entradas. Estalogical OR se representa con el símbolo '+'.
La siguiente tabla muestra la truth table de puerta OR de 2 entradas.
UN | segundo | Y = A + B |
---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
Aquí A, B son las entradas e Y es la salida de dos puertas OR de entrada. Si ambas entradas son '0', entonces solo la salida, Y es '0'. Para las combinaciones restantes de entradas, la salida, Y es '1'.
La siguiente figura muestra el symbol de una puerta OR, que tiene dos entradas A, B y una salida, Y.
Esta puerta OR produce una salida (Y), que es la logical ORde dos entradas A, B. De manera similar, si hay 'n' entradas, entonces la puerta OR produce una salida, que es el OR lógico de todas esas entradas. Eso significa que la salida de una puerta OR será '1', cuando al menos una de esas entradas sea '1'.
NO puerta
Una puerta NOT es un circuito digital que tiene una sola entrada y una sola salida. La salida de la puerta NOT es lalogical inversionde entrada. Por lo tanto, la puerta NOT también se denomina inversor.
La siguiente tabla muestra la truth table de NO puerta.
UN | Y = A ' |
---|---|
0 | 1 |
1 | 0 |
Aquí A e Y son la entrada y salida de la puerta NOT respectivamente. Si la entrada, A es '0', entonces la salida, Y es '1'. De manera similar, si la entrada, A es '1', entonces la salida, Y es '0'.
La siguiente figura muestra el symbol de la puerta NOT, que tiene una entrada, A y una salida, Y.
Esta puerta NOT produce una salida (Y), que es la complement de entrada, A.
Puertas universales
Las puertas NAND y NOR se denominan universal gates. Porque podemos implementar cualquier función booleana, que está en forma de suma de productos utilizando solo puertas NAND. De manera similar, podemos implementar cualquier función booleana, que es producto de sumas utilizando solo puertas NOR.
Puerta NAND
La puerta NAND es un circuito digital que tiene dos o más entradas y produce una salida, que es la inversion of logical AND de todas esas entradas.
La siguiente tabla muestra la truth table de puerta NAND de 2 entradas.
UN | segundo | Y = (AB) ' |
---|---|---|
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Aquí A, B son las entradas e Y es la salida de la puerta NAND de dos entradas. Cuando ambas entradas son '1', la salida, Y es '0'. Si al menos una de las entradas es cero, entonces la salida, Y es '1'. Esto es exactamente opuesto al de la operación de puerta Y de dos entradas.
La siguiente imagen muestra el symbol de la puerta NAND, que tiene dos entradas A, B y una salida, Y.
La operación de la puerta NAND es la misma que la de la puerta AND seguida de un inversor. Es por eso que el símbolo de la puerta NAND se representa así.
Puerta NOR
La puerta NOR es un circuito digital que tiene dos o más entradas y produce una salida, que es la inversion of logical OR de todas esas entradas.
La siguiente tabla muestra la truth table de puerta NOR de 2 entradas
UN | segundo | Y = (A + B) ' |
---|---|---|
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 0 |
Aquí A, B son las entradas e Y es la salida. Si ambas entradas son '0', entonces la salida, Y es '1'. Si al menos una de las entradas es '1', entonces la salida, Y es '0'. Esto es justo lo opuesto a la operación de puerta O de dos entradas.
La siguiente figura muestra el symbol de la puerta NOR, que tiene dos entradas A, B y una salida, Y.
La operación de la puerta NOR es la misma que la de la puerta OR seguida de un inversor. Es por eso que el símbolo de la puerta NOR se representa así.
Puertas especiales
Las puertas Ex-OR y Ex-NOR se denominan puertas especiales. Porque, estas dos puertas son casos especiales de puertas OR y NOR.
Puerta Ex-OR
La forma completa de la puerta Ex-OR es Exclusive-ORportón. Su función es la misma que la de la puerta OR excepto en algunos casos, cuando las entradas tienen un número par de unos.
La siguiente tabla muestra la truth table de puerta Ex-OR de 2 entradas.
UN | segundo | Y = A⊕B |
---|---|---|
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Aquí A, B son las entradas e Y es la salida de la puerta Ex-OR de dos entradas. La tabla de verdad de la puerta Ex-OR es la misma que la de la puerta OR para las tres primeras filas. La única modificación está en la cuarta fila. Eso significa que la salida (Y) es cero en lugar de uno, cuando ambas entradas son una, ya que las entradas tienen un número par de unos.
Por lo tanto, la salida de la puerta Ex-OR es '1', cuando solo una de las dos entradas es '1'. Y es cero, cuando ambas entradas son iguales.
La siguiente figura muestra el symbol de la puerta Ex-OR, que tiene dos entradas A, B y una salida, Y.
La operación de la puerta Ex-OR es similar a la de la puerta OR, excepto por algunas combinaciones de entradas. Es por eso que el símbolo de la puerta Ex-OR se representa así. La salida de la puerta Ex-OR es '1', cuando hay un número impar de unidades presentes en las entradas. Por lo tanto, la salida de la puerta Ex-OR también se denomina comoodd function.
Puerta Ex-NOR
La forma completa de la puerta Ex-NOR es Exclusive-NORportón. Su función es la misma que la de la puerta NOR excepto en algunos casos, cuando las entradas tienen un número par de unos.
La siguiente tabla muestra la truth table de puerta Ex-NOR de 2 entradas.
UN | segundo | Y = A⊙B |
---|---|---|
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Aquí A, B son las entradas e Y es la salida. La tabla de verdad de la puerta Ex-NOR es la misma que la de la puerta NOR para las tres primeras filas. La única modificación está en la cuarta fila. Eso significa que la salida es uno en lugar de cero, cuando ambas entradas son una.
Por lo tanto, la salida de la puerta Ex-NOR es '1', cuando ambas entradas son iguales. Y es cero, cuando ambas entradas son diferentes.
La siguiente figura muestra el symbol de la puerta Ex-NOR, que tiene dos entradas A, B y una salida, Y.
La operación de la puerta Ex-NOR es similar a la de la puerta NOR, excepto por algunas combinaciones de entradas. Es por eso que el símbolo de la puerta Ex-NOR se representa así. La salida de la puerta Ex-NOR es '1', cuando hay un número par de unidades presentes en las entradas. Por lo tanto, la salida de la puerta Ex-NOR también se denomina comoeven function.
De las tablas de verdad anteriores de las puertas lógicas Ex-OR y Ex-NOR, podemos notar fácilmente que la operación Ex-NOR es solo la inversión lógica de la operación Ex-OR.