X

Ao usar este site, você aceita o uso de cookies. Utilizamos cookies para oferecer uma melhor experiência e ajudar sua página a funcionar com eficiência.

ABQOR ABQAND ABQXOR ABQXNOR ABQNOR ABQNAND AQNOT AQIF Tabela da verdadeABQ00110101
MecatrónicaLATAM

PORTAS LÓGICAS

O QUE SÃO AS PORTAS LÓGICAS?

Elas são o coração da eletrônica digital. Basicamente, todas as portas lógicas possuem uma saída e duas entradas, algumas portas lógicas como a porta NOT ou o inversor possuem apenas uma entrada e uma saída. As entradas das portas lógicas são projetadas para receber somente dados binários (abaixo de 0 ou alto 1) ao receber o sinal de tensão.

O nível lógico em baixo representa zero volts e o nível lógico em alto representa 3 ou 5 volts.

É possível conectar qualquer número de portas lógicas para projetar um circuito digital necessário. Praticamente, implementamos um grande número de portas lógicas em circuitos integrados, através das quais podemos economizar o espaço físico ocupado por eles. Também é possível realizar operações complicadas em altas velocidades através do uso de circuitos integrados (IC).

Combinando portas lógicas, podemos projetar muitos circuitos específicos, como o flip flops , multiplexers, shift register, etc.

Nota: Alguns dados mencionados podem variar, é aconselhável verificar a folha de dados do componente.

O QUE É ATIVO ALTO E ATIVO BAIXO?

O pino baixo ativo deve estar conectado a um nível lógico baixo ou ao terra. Da mesma forma, o pino alto ativo deve ser conectado a um nível lógico alto, como 5 volts ou 3,3 volts.

Vamos entender isso de uma maneira simples. Quando vemos o pino de habilitação CE em um CI de deslocamento, sem nenhuma linha (barra), nós o conectamos a uma entrada ativa baixa, ou seja, a 0 volts de terra. Caso contrário, se virmos o pino de habilitação com uma linha como (CE) ̅, conectamos à entrada ativa alta, isto é, a 3,3 ou 5 volts de alimentação, para habilitar o pino.


PORTAS LÓGICAS E TABELAS DA VERDADE

Dispositivos lógicos combinacionais são dispositivos digitais que convertem entradas binárias em saídas binárias com base nas regras da lógica matemática. Esses dispositivos são comumente conhecidos como portões, pois controlam o fluxo de sinal das entradas para uma única saída.

É aconselhável conhecer as operações básicas da álgebra booleana.

Cada porta lógica pode ser representada por um símbolo gráfico correspondente à seguinte representação:

Como podemos ver, trataremos de 8 portas importantes INV ou NOT, AND, NAND, OR, NOR, XOR, XNOR e BUFFER ou IF nos quais a operação é executada, a expressão com a qual ela pode ser indicada , símbolo e tabela de verdade.

Consideração:

  • É considerado um estado ativo "1" (alto lógico) e inativo "0" (baixo lógico).
  • As entradas dos portões são consideradas "A" e "B", a saída é representada com "Q".

Porta NOT o INV

Sua expressão é representada com uma letra testada; para esse portal, apenas uma entrada está disponível e, portanto, uma saída atua como investidor. Se a entrada estiver no estado ativo "1", um estado inativo "0" será deixado na saída e, no caso oposto, se a entrada estiver no estado inativo "0", a saída estará no estado ativo "1".

Símbolo Expressão_Q = A Tabela da verdadeAQ0110

Porta AND

Em Álgebra Booleana é representada por uma multiplicação, portanto, para ter a saída no estado ativo, é necessário que suas entradas tenham um estado binário 1, tendo uma entrada inativa “0” sua saída será 0. É possível representá-la por meio de um circuito que possui seus interruptores em série, ter todos os interruptores ativos permite fechar o circuito e, portanto, o fluxo de corrente.

Símbolo ExpressãoQ = A ∙ B 0001

Porta NAND

Também conhecido como AND negado ou inverso, é uma combinação das portas AND e NOT que é representada pela porta AND com um círculo na saída, com as entradas ativas "1" e a saída inativa "0", outra variação Em relação aos tickets, ele manterá sua saída no estado ativo "1". Pode ser representado por um circuito com dois interruptores em série e devemos lembrar que o fluxo de corrente flui onde há menos resistência.

Símbolo Expressão____Q = A ∙ B 1110

Porta OR

Sua expressão na Álgebra Booleana é representada por uma soma. Esta porta está no estado ativo desde que uma de suas entradas tenha um estado binário ativo "1". Para atingir um estado inativo "0" na saída, é necessário que todas as suas entradas estejam em um estado inativo "0". Pode ser representado por um circuito que possui dois interruptores em paralelo, ao ativar um interruptor permite fechar o circuito e, portanto, o fluxo de corrente.

Símbolo ExpressãoQ = A + B 0111

Porta NOR

É uma combinação das portas OR e NOT, ou seja, a porta NOR é a versão reversa da porta OR. Quando você tem suas entradas no estado inativo "0", sua saída fica no estado ativo "1", mas se alguma das entradas entrar no estado binário "1", sua saída terá um estado inativo "0". Pode ser representado por um circuito com os interruptores e saída paralela, para que a saída esteja no estado ativo "1" é necessário que ambos os interruptores estejam abertos, enquanto um dos interruptores está fechado, a saída "e" terá um estado binário "0"

Símbolo Expressão_____Q = A + B 1000

Porta XOR

Também conhecida como "OR exclusivo", sua expressão booleana é uma soma binária de um dígito cada e o resultado será a saída. A saída tem um estado ativo "1", tendo as entradas em diferentes estados (um ativo e um inativo). Sua representação é feita por meio de quatro comutadores que são mecanicamente acoplados ao seu valor negado; portanto, quando A fecha, A 'abre e vice-versa, o mesmo acontece com o comutador B em relação a B'.

Símbolo ExpressãoQ = A BQ = A ∙ B + A ∙ B __ 0110

Porta XNOR

É a negação da porta XOR, quando as entradas são iguais, uma saída será representada no estado "1" e, se forem diferentes, a saída será o estado "0".

Símbolo Expressão______Q = A BQ = A ∙ B + A ∙ B ____________ 1001

Porta IF ou Buffer

É um dos portões menos utilizados ou recozidos, mas às vezes é necessário, seus estados lógicos permanecem da mesma maneira, pode ser considerado como um cabo conectado, pois o que temos na entrada será obtido na saída. A principal função do buffer é aumentar a corrente fornecida à saída, mantendo o estado lógico; na prática, é usado para amplificar a corrente ou como um seguidor de tensão para adaptar impedâncias.

Símbolo ExpressãoQ = A Tabela da verdadeAQ0011

NÍVEIS LÓGICA DIGITAL

Um nível lógico é definido como um estado ou tensão específica de um sinal, sabemos que 0 e 1 são os dois estados de portas lógicas. Os níveis lógicos 0 e 1 são conhecidos como BAIXO e ALTO, respectivamente. Na eletrônica digital, esses níveis lógicos binários desempenham um papel crucial no armazenamento e na transferência de dados.

Em geral, esses níveis lógicos podem ser entendidos como estados on e off. Como mencionado acima, os níveis lógicos são introduzidos na porta lógica pela tensão de alimentação.

Da mesma forma, se a tensão de alimentação para a porta lógica for 5 volts ou 3,3 volts (para circuitos integrados modernos), ela se refere ao nível lógico alto ou estado de energia. Os fabricantes seguirão o TTL (Transistor - Transistor Logic ) como um nível de tensão padrão, enquanto projetam os circuitos integrados.


NÍVEIS LÓGICOS TTL

Os transistores são comutadores controlados eletricamente. Os níveis de tensão das famílias lógicas são

  • VOH: Nível de tensão de saída para sinal alto.
  • VOL: Nível de tensão de saída para sinal baixo.
  • VIH: Nível de tensão de entrada de um dispositivo para ser considerado um sinal alto.
  • VIL: Nível de tensão de entrada de um dispositivo para ser considerado como um sinal baixo.

Se observarmos os níveis lógicos TTL, podemos identificar que o nível mínimo de alta tensão para a saída é de 2,7 volts. Isso significa que, quando o dispositivo está operando em ALTO, a tensão deve ser de pelo menos 2,7 volts.

Da mesma forma, o nível alto do estado terá uma tensão de entrada mínima, que é de 2 volts. Portanto, tensões maiores que 2 volts serão consideradas lógicas 1, em um dispositivo TTL. As tensões entre 0,8 volts e 2 volts são conhecidas como a margem de ruído.

Da mesma forma, o nível baixo máximo terá uma voltagem para a entrada, que é de 0,8 volts.

Portanto, tensões menores que 0 volts serão consideradas lógicas 0, em um dispositivo TTL. Então, quando o dispositivo lógico receber tensões entre 0,8 V e 2 V, o nível lógico do dispositivo mudará entre Alto e Baixo. Essa alteração é chamada de "flutuante".


NÍVEIS LÓGICOS DO CMOS

Dispositivos lógicos CMOS também são conhecidos como dispositivos de 3,3 volts, porque eles terão o nível máximo de tensão de 3,3 V. Esta é uma tecnologia avançada que irá executar dispositivos com baixa fonte de alimentação (3.3V de 5 V).

Acima de tudo, usamos dispositivos de 5 V (compatíveis com TTL) para projetar portas lógicas, para que esses dispositivos CMOS sejam usados ara interagir com dispositivos TTL. Um dispositivo CMOS pode interagir com qualquer dispositivo TTL e não requer componentes adicionais.

Por exemplo, o valor mínimo para um nível lógico alto (1) de um dispositivo CMOS é de 2,4 V. Portanto, este dispositivo pode ser interpretado com um dispositivo TTL que tenha uma tensão de entrada mínima lógica no estado 1 como 2 V.

Mas, antes de conectar os dispositivos TTL ao CMOS (3,3 V e 5 V), devemos verificar se os dispositivos de 3,3 V são ou não tolerantes a 5 V. Como muitos deles danificarão permanentemente o chip ao fornecer tensões mais altas para 3,6 V. Podemos usar um circuito divisor de tensão ou alavancas de nível lógico para controlar os sinais de tensão de 5 V.


MARGEM DE RUÍDO

A margem de ruído de um nível lógico é definida como a diferença de tensão entre a alta tensão de entrada máxima (VIL max) e a tensão de entrada baixa (VIL min.) De uma porta lógica. A margem de ruído também é definida como a quantidade pela qual o sinal de tensão excede o nível limite para o mínimo ou alto exatos.

Vamos entender isso claramente com um exemplo. Quando um circuito lógico está alterando entre 0 volts e 1,2 volts, com qualquer tensão abaixo de 0,2 volts é considerado BAIXO, ou seja, 0. E qualquer tensão maior que 1 volt é considerada ALTA, ou seja, 1.

Os dispositivos lógicos CMOS têm um nível de ruído ou margem de ruído mais alto do que os dispositivos lógicos TTL, porque sua tensão de saída mínima para lógica alta (VOH min) está mais próxima da tensão de alimentação e da tensão máxima de saída (VOL máx) é aproximadamente 0. Portanto, esse nível é a quantidade máxima de ruído que um circuito lógico pode suportar.

Se aplicarmos uma tensão de um determinado nível de ruído, não sabemos com certeza se o circuito responderá ou não. O nível de ruído é o nível de tensão indesejado, causado por interferências externas, como flutuações na tensão de alimentação e outros condutores no circuito.

O nível de ruído que um circuito pode tolerar é chamado de "imunidade ao ruído" ou "margem de ruído". Para dispositivos TTL, a faixa de tolerância das tensões de saída é maior que a das tensões de entrada.