Os portas lógicas são a base da eletrônica digital. Por isso, são muito importantes e, se quiser começar a trabalhar com eles, deve saber o que são, como se constituem e qual a sua função. Assim você poderá utilizar a série de chips que existem no mercado que possuem este tipo de portas para que você possa começar a fazer seus próprios projetos trabalhando com essa lógica.
Estas portas, combinadas com outras componentes eletrônicos, e mesmo com pratos como Arduino, eles podem dar muito jogo aos criadores como você pode ver por si mesmo.
O que são portas lógicas?
Os portas lógicas eles são elementos fundamentais da lógica digital para a implementação de circuitos eletrônicos digitais. Essas portas fornecem sinais de tensão baixa (0) ou alta (1) em sua saída, dependendo do estado de suas entradas. Geralmente possuem uma saída e duas entradas, mas podem haver portas com mais de 2 entradas. Além disso, existem peculiaridades como a porta inversora ou NÃO, pois possui apenas uma entrada e uma saída.
Graças a essas entradas e saídas booleanas, você pode obter operações lógicas binárias elementares, como adição, multiplicação, negação, etc.
Como eles são implementados?
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- Porta NAND em TTL
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- Porta NAND em CMOS
As portas lógicas não podem ser implementadas apenas de uma maneira. Na verdade, é por isso que existem diferentes famílias lógicas. Cada uma dessas famílias implementará o portão de uma maneira, usando diferentes componentes eletrônicos.
Por exemploSe TTL for usado para o chip, as portas serão compostas de transistores bipolares, enquanto a lógica CMOS é baseada exclusivamente em transistores MOSFET. Além dessas duas famílias, que geralmente são as mais populares, também existem outras como BiCMOS (combina transistores bipolares e CMOS), RTL (resistores e transistores bipolares), DTL (diodos e transistores), ECL, IIL, etc.
Não tem uma família muito melhor que outra, vai depender do aplicativo. Porém, CMOS É um dos mais utilizados em circuitos avançados, como CPU, MCU, GPU, memória, etc. Para outros circuitos mais simples, também é comum encontrar o TTL.
Aplicações
As aplicações dessas portas lógicas são infinitas. Com esses "tijolos" essenciais, você pode construir multidão de circuitos digitais. De um simples somador a uma CPU complexa, passando por muitos outros circuitos que você pode imaginar. Na verdade, muitos dos sistemas que você usa todos os dias, como seu PC, sua TV, celular, etc., têm bilhões de portas lógicas.
Un exemplo prático de aplicação de portas lógicas seria este somador simples que você pode ver na imagem acima. É um circuito muito simples, que é capaz de adicionar dois bits (A e B) em suas entradas para dar o resultado da Soma, e também do Carry, ou seja, o que você tira ... Você pode ver os resultados que seria dê na seguinte tabela:
| A | B | Soma | Transportar | Resultado binário |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 00 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 10 |
Se você olhar para esta tabela, se você adicionar 0 + 0 em binário dá 0, se você adicionar 1 + 0 é 1, mas se você adicionar 1 + 1 daria 2, que no sistema binário corresponde a 10.
Tipos de portas lógicas
Quanto a tipos de portas lógicas, você tem um bom número deles, embora os mais usados sejam os seguintes (com suas tabelas de verdade):
- Buffer (Sim): é conhecido como buffer ou porta direta, pois sua saída terá o mesmo estado de sua entrada. Embora possa parecer inútil, em muitos circuitos lógicos é frequentemente usado como um amplificador de corrente ou como um seguidor de tensão.
| Entrada | Saída |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
- NÃO (inversor): é a negação lógica (¬ o '), ou seja, ele inverte o bit em sua saída.
| Entrada | Saída |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
- E (S): esta outra porta executa uma função de produto (·) dos bits binários de sua entrada. Ou seja, seria como multiplicar A por B. Portanto, qualquer coisa por zero é zero, só daria um à sua saída se ambas as entradas fossem 1. Daí seu nome 1 E 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
- OURO): esta outra porta realiza uma operação de adição lógica (+). Ou seja, uma de suas saídas OU a outra, OU ambas devem estar em 1 para que sua saída seja 1. Quando ambas são 0, a saída também é 0.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
- XOR (ou exclusivo): Este OU exclusivo executa a função booleana A'B + AB ', e seu símbolo é
. Nesse caso, se suas duas entradas forem iguais, a saída será 0. Se forem diferentes, será 1.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NAND (Y negado): é o produto lógico negado, ou seja, o inverso do AND. É como usar NOT na saída AND para inverter os bits de saída. Portanto, os resultados são:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NOR (ou negado): a soma lógica negada, ou o que é o mesmo, um OR com sua saída negada, resultando no inverso do OR.
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
- XNOR (NOR exclusivo): é como aplicar o complemento binário a uma porta XOR. Ou seja, execute a operação AB + A'B '. A vezes B adicionado a A vezes B negado. Portanto, as saídas serão como as do XOR invertido:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Ambos NOR e NAND são duas das portas mais interessantes, uma vez que são conhecidos como portas lógicas universais. Ou seja, você pode fazer circuitos apenas com eles para representar qualquer outro tipo de porta lógica. Isso é importante, pois se você comprar chips com essas portas, terá todas as funções. Por exemplo, se as duas entradas de um NOR estão em ponte ou um NAND é equivalente a um NOT. Você tem mais equivalentes aqui:
Funções: electronics-tutorials.ws
Te eu aconselhoPara saber mais, procure no Google um circuito simples com todas as portas. E para saber o que ele faz, faça uma espécie de “engenharia reversa”, siga as linhas das entradas e saídas e veja o estado de cada linha de acordo com as entradas dadas na saída.
Por exemploSe você observar a imagem acima, o diagrama de equivalência de um OR com portas NAND, verá que ele consiste em duas portas NAND com suas saídas em ponte e ambas as saídas vão para outro NAND. Lembre-se do seguinte:
- Se você for para a tabela verdade NAND, verá que quando suas duas entradas são 0, a saída é 1, e quando suas duas entradas são 1, a saída é 0.
- Como eles estão em ponte, se a entrada for 1 (um entre os dois), o resultado será 0. E quando a entrada for 0 (ambos zero), a saída será 1, que é equivalente a NOT.
- Portanto, temos dois NOTs para os bits A e B. Em sua saída, teremos A 'e B'.
- Essas duas negações vão para o último NAND, que executará um produto lógico inverso desses dois bits.
- De acordo com as leis da lógica, isso equivale à soma direta, ou seja, A + B. Portanto, o resultado final será como se fosse um OR ...
Série Logic Gate Chip - Onde Comprar
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- Chip DIP da porta lógica
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- Diagrama interno do chip
Nas lojas especializadas em eletrônicos você pode compre fichas baratas com portas lógicas para começar a usar em seus projetos. Esses chips não são uma única porta lógica, mas permitem que você tenha várias delas para que possa vincular suas entradas e saídas conforme necessário. Por exemplo, no diagrama da imagem acima você pode ver uma pinagem típica de um chip DIP com 4 portas NAND. Além disso, ele também possui dois pinos de alimentação (Vcc e GND).
Aqui estão alguns recomendações de compra:
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- Huaban: kit de 30 chips com portas NAND universais.
- Zebulon: kit de chip 120 CMOS.
Outros recursos
Para aprender mais sobre como implementar essas portas e como começar a criar circuitos com elas, você pode fazer uso destes outros recursos o que eu recomendo:
- Software SimulIDE poder simular o funcionamento destes circuitos com portas. É gratuito, de código aberto e de plataforma cruzada.
- Calculadora binária online (Você também pode usar a calculadora do seu sistema operacional no modo binário).
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- Livro de circuitos de lógica digital: do projeto ao experimento.
Lógica digital com Arduino
Outro recurso o que você tem em mãos se já tem um prato Arduino UNO em suas mãos está use Arduino IDE para criar esboços que simulam essas funções lógicas para, por exemplo, ver o resultado de uma forma mais visual com um LED que simula a saída da porta. Por exemplo, colocando um LED no pino 7 e usando 8 e 9 como entradas A e B:
int pinOut = 7;
int pinA = 8;
int pinB = 9;
void setup()
{
pinMode(pinOut, OUTPUT);
pinMode(pinA, INPUT);
pinMode(pinB, INPUT);
}
void loop()
{
boolean pinAState = digitalRead(pinA);
boolean pinBState = digitalRead(pinB);
boolean pinOutState;
//AND
pinOutState =pinAState & pinBState;
digitalWrite(pinOut, pinOutState);
}
Aqui, uma função AND (&) foi usada, como você pode ver, mas você pode substituir essa linha de código na linha // AND por outras para usar outras funções lógicas:
//OR pinOutState = pinAState | pinBState; //NOT pinOutState = !pinAState; //XOR pinOutState = pinAState ^ pinBState; //NAND pinOutState = !(pinAState & pinBState); //NOR pinOutState = !(pinAState | pinBState); //XNOR pinOutState = !(pinAState ^ pinBState);