Portas de entrada múltipla

O uso da porta lógica

Inversores e buffers esgotam as possibilidades de circuitos de porta de entrada única. O que mais pode ser feito com um único sinal lógico senão armazená-lo em buffer ou invertê-lo? Para explorar mais possibilidades de porta lógica, devemos adicionar mais terminais de entrada ao (s) circuito (s).

Adicionar mais terminais de entrada a uma porta lógica aumenta o número de possibilidades de estado de entrada. Com uma porta de entrada única, como o inversor ou buffer, só pode haver dois estados de entrada possíveis:ou a entrada é “alta” (1) ou é “baixa” (0).

Como foi mencionado anteriormente neste capítulo, uma porta de duas entradas tem quatro possibilidades (00, 01, 10 e 11). Uma porta de três entradas tem oito possibilidades (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 e 111) para estados de entrada.

O número de estados de entrada possíveis é igual a dois para a potência do número de entradas:








Esse aumento no número de possíveis estados de entrada obviamente permite um comportamento de porta mais complexo. Agora, em vez de simplesmente inverter ou amplificar (armazenar em buffer) um único nível lógico "alto" ou "baixo", a saída da porta será determinada por qualquer combinação de 1 e 0 está presente nos terminais de entrada.

Uma vez que tantas combinações são possíveis com apenas alguns terminais de entrada, existem muitos tipos diferentes de portas de entrada múltipla, ao contrário das portas de entrada única que podem ser apenas inversores ou buffers. Cada tipo básico de portão será apresentado nesta seção, mostrando seu símbolo padrão, tabela verdade e operação prática. O circuito TTL real dessas portas diferentes será explorado nas seções subsequentes.

O portão AND

Uma das portas de entrada múltipla mais fáceis de entender é a porta AND, assim chamada porque a saída desta porta será "alta" (1) se e somente se todos entradas (primeira entrada e a segunda entrada e . . .) são “altos” (1). Se qualquer entrada for “baixa” (0), a saída também está garantida em um estado “baixo”.








Caso você esteja se perguntando, as portas AND são feitas com mais de três entradas, mas isso é menos comum do que a variedade simples de duas entradas.



Tabela da verdade do portão AND de duas entradas

Uma tabela verdade de porta AND de duas entradas tem a seguinte aparência:







E Operação de Circuito de Amostra de Gate

O que esta tabela verdade significa em termos práticos é mostrado na seguinte seqüência de ilustrações, com a porta AND de 2 entradas submetida a todas as possibilidades de níveis lógicos de entrada. Um LED (Light-Emitting Diode) fornece indicação visual do nível lógico de saída:























É apenas com todas as entradas elevadas para níveis lógicos "altos" que a saída da porta AND fica "alta", energizando assim o LED para apenas um dos quatro estados de combinação de entrada.

O portão NAND

Uma variação da ideia da porta AND é chamada de porta NAND. A palavra “NAND” é uma contração verbal das palavras NÃO e E.

Essencialmente, uma porta NAND se comporta da mesma forma que uma porta AND com uma porta NOT (inversor) conectada ao terminal de saída. Para simbolizar essa inversão do sinal de saída, o símbolo da porta NAND tem uma bolha na linha de saída.

A tabela de verdade para uma porta NAND é como se poderia esperar, exatamente oposta à de uma porta AND:








Como acontece com as portas AND, as portas NAND são feitas com mais de duas entradas. Em tais casos, o mesmo princípio geral se aplica:a saída será “baixa” (0) se e somente se todas as entradas forem “altas” (1). Se alguma entrada for “baixa” (0), a saída irá “alta” (1).

O portão OR

Nossa próxima porta a investigar é a porta OR, assim chamada porque a saída desta porta será "alta" (1) se qualquer uma das entradas (primeira entrada ou a segunda entrada ou...) For "alta" (1 ) A saída de uma porta OR fica “baixa” (0) se e somente se todas as entradas estão “baixas” (0).







Tabela de verdade de porta OR de duas entradas



A tabela verdade de uma porta OR de duas entradas tem a seguinte aparência:








Operação de circuito de amostra de porta OR



A sequência de ilustrações a seguir demonstra a função da porta OR, com as 2 entradas experimentando todos os níveis lógicos possíveis. Um LED (Light-Emitting Diode) fornece indicação visual do nível lógico de saída do gate:



























Uma condição de qualquer entrada sendo elevada a um nível lógico "alto" faz com que a saída da porta OR vá "alta", energizando assim o LED para três dos quatro estados de combinação de entrada.

Porta do NOR

Como você deve ter suspeitado, a porta NOR é uma porta OR com sua saída invertida, assim como uma porta NAND é uma porta AND com uma saída invertida.








As portas NOR, como todas as outras portas de entrada múltipla vistas até agora, podem ser fabricadas com mais de duas entradas. Ainda assim, o mesmo princípio lógico se aplica:a saída fica “baixa” (0) se qualquer uma das entradas for definida como “alta” (1). A saída é “alta” (1) apenas quando todas as entradas são “baixas” (0).

O portão AND negativo

Uma porta Negativa-AND funciona da mesma forma que uma porta E com todas as suas entradas invertidas (conectadas através de portas NOT). De acordo com a convenção de símbolo de portão padrão, essas entradas invertidas são representadas por bolhas.

Ao contrário do primeiro instinto da maioria das pessoas, o comportamento lógico de uma porta Negativa-AND não é o mesmo que uma porta NAND. Sua tabela verdade, na verdade, é idêntica a uma porta NOR:

A porta OU-negativa

Seguindo o mesmo padrão, uma porta OU negativa funciona da mesma forma que uma porta OU com todas as suas entradas invertidas. De acordo com a convenção de símbolo de portão padrão, essas entradas invertidas são representadas por bolhas. O comportamento e a tabela de verdade de uma porta Negativa-OU são iguais às de uma porta NAND:

O portão OR exclusivo

Os últimos seis tipos de portas são variações bastante diretas de três funções básicas:AND, OR e NOT. O portão OU Exclusivo, no entanto, é algo bem diferente.

As portas OU exclusivas geram um nível lógico "alto" (1) se as entradas estiverem em níveis lógicos diferentes, 0 e 1 ou 1 e 0. Por outro lado, elas geram um nível lógico "baixo" (0) se as entradas estiverem em os mesmos níveis lógicos.

A porta Exclusive-OR (às vezes chamada de XOR) tem um símbolo e um padrão de tabela verdade que é único:







Circuitos Equivalentes XOR



Existem circuitos equivalentes para uma porta OU exclusiva composta de portas AND, OR e NOT, assim como havia para NAND, NOR e portas de entrada negativa. Uma abordagem bastante direta para simular uma porta OR exclusiva é começar com uma porta OR regular e, em seguida, adicionar portas adicionais para inibir a saída de ir "alta" (1) quando ambas as entradas estão "altas" (1):








Neste circuito, a porta E final atua como um buffer para a saída da porta OU sempre que a saída da porta NAND é alta, o que é para as três primeiras combinações de estado de entrada (00, 01 e 10). No entanto, quando ambas as entradas são “altas” (1), a porta NAND produz um nível lógico “baixo” (0), o que força a porta AND final a produzir uma saída “baixa” (0).

Outro circuito equivalente para a porta OU exclusiva usa uma estratégia de duas portas AND com inversores, configurados para gerar saídas "altas" (1) para as condições de entrada 01 e 10. Uma porta OU final permite então qualquer uma das portas AND ' alta ”produção para criar uma produção final“ alta ”:








As portas OR exclusivas são muito úteis para circuitos em que dois ou mais números binários devem ser comparados bit a bit, e também para detecção de erros (verificação de paridade) e conversão de código (binário para Gray e vice-versa).

A porta NOR exclusiva

Finalmente, nossa última porta para análise é a porta Exclusive-NOR, também conhecida como porta XNOR. É equivalente a uma porta OU exclusiva com uma saída invertida. A tabela de verdade para esta porta é exatamente oposta à da porta OU Exclusivo:








Conforme indicado pela tabela verdade, o propósito de uma porta NOR Exclusiva é produzir um nível lógico “alto” (1) sempre que ambas as entradas estiverem nos mesmos níveis lógicos (00 ou 11).



REVER:

• Regra para uma porta AND:a saída é “alta” apenas se a primeira entrada e a segunda entrada é “alta”.
• Regra para uma porta OR:a saída é "alta" se a entrada A ou a entrada B é “alta”.
• Regra para uma porta NAND:a saída não “Alto” ​​se a primeira e a segunda entrada forem “altas”.
• Regra para uma porta NOR:a saída não “Alto” ​​se a primeira entrada ou a segunda entrada forem “altas”.
• Uma porta Negativa E se comporta como uma porta NOR.
• Uma porta Negativa-OU se comporta como uma porta NAND.
• Regra para uma porta OU exclusiva:a saída é "alta" se os níveis lógicos de entrada forem diferentes .
• Regra para uma porta NOR exclusiva:a saída é "alta" se os níveis lógicos de entrada são os mesmos .

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de portas lógicas básicas
• 
  Planilha de Álgebra Booleana