O Guia Definitivo das Tabelas Verdade de Portas Lógicas

Sistemas digitais estão no auge da tecnologia humana. Tais sistemas geralmente contêm um microcontrolador ou computador que armazena, processa e comunica informação em forma digital.

Mas essa é só a superfície.

Circuitos digitais trocam informação em forma de dígitos binários, 1s e 0s. Além disso, portas lógicas lançam a fundação que criou a massa de circuitos de lógica digital que temos hoje.

No entanto, se você quer uma compreensão mais profunda de uma tabela verdade básica de porta lógica, deve estar familiarizado com lógica Booleana.

Felizmente, escrevemos este artigo para contar tudo sobre portas lógicas, entradas binárias, operações lógicas e combinações de entrada.

Então, prepare-se, e vamos começar!

O que é Porta Lógica e Tabela Verdade?

No mundo digital, uma porta lógica XOR é um conjunto de transistores que trabalham juntos para lidar com funções Booleanas padrão.

Além disso, é uma ferramenta que produz um único nível de saída enquanto combina os níveis de entrada. Assim, lógica 1 significa alto, enquanto lógica 0 significa baixo.

Com as diferentes combinações de funções matemáticas de saída binária, você pode realizar plenamente a forma de um sistema digital.

Como Funciona?

Vários computadores podem realizar operações complexas devido à inter-relação de uma porta lógica digital.

Fabricantes implementam portas básicas através de moléculas, transistores, óptica, diodos e relés. Até por diferentes elementos mecânicos. Por esta razão, você pode pensar em portas lógicas como circuitos eletrônicos.

Você pode construir portas lógicas em diferentes formas como circuitos integrados de pequena escala (SSI), circuitos integrados de muito grande escala (VLSI) e circuitos integrados de grande escala (LSI).

Também, você pode acessar as saídas e entradas de todas as portas de seus dispositivos eletrônicos integrados, bem como as conexões externas – similar a portas lógicas individuais.

Tabela Verdade

Tabela Verdade

Fonte: Wikimedia Commons

Uma tabela verdade contém as diferentes combinações de variáveis de entrada. Também mostra as variáveis de saída correspondentes.

Além disso, a tabela verdade explica como a saída da porta do circuito lógico responde a diferentes níveis de lógica de entrada.

Nesta tabela, os níveis de tensão são lógica 1 e lógica 0. Além disso, temos dois níveis de lógica: lógica negativa e lógica positiva.

Lógica Alta e Lógica Baixa

Todas as entradas e saídas de portas lógicas simples têm dois níveis: LIGADO e DESLIGADO, ALTO e BAIXO, VERDADEIRO OU FALSO, ou 1 e 0.

Para um sistema de lógica positiva, o nível de tensão mais alto é 1, enquanto o mais baixo é 0.

No entanto, no sistema de lógica negativa, o nível de tensão mais alto é 0, enquanto o mais baixo é 1.

Mas, quando você considera TTL (lógica transistor-transistor), pode ver o estado mais baixo como 0 volts e o mais alto como cinco volts.

Tipos de Portas Lógicas

Temos sete tipos principais de portas que você pode combinar para integrar todo tipo de componentes digitais. Vamos dar uma olhada mais de perto nos sete tipos de portas lógicas e como operam.

Porta AND

A porta AND precisa de duas ou mais entradas para operar e produz apenas uma única saída. A porta AND produzirá saída lógica 1 quando todas as entradas estiverem em estado lógico 1.

Da mesma forma, produz saída lógica 0 quando todas as entradas estão em estado lógico 0.

O sinal para representar operações AND é "." ou nenhum símbolo.

Além disso, se você tem entradas X e Y, as entradas da porta AND podem expressar a saída como Z = XY. Você também pode chamar os tipos de porta AND de "porta tudo ou nada".

Aqui estão os símbolos lógicos e tabelas verdade de portas AND de três entradas e duas entradas.

Fonte: wiki commons (editado)

Porta AND de três entradas

Tabela Verdade

Adicionalmente, você pode realizar portas AND discretas usando transistores ou diodos.

Você pode representar as entradas X e Y como 0V ou +5V accordingly. Também, Z representa a saída.

Para os diodos da porta AND, se ambas entradas têm o mesmo valor, X = +5V e Y = +5V, os diodos estarão em condição DESLIGADO.

Por esta razão, a corrente não fluirá via resistor. Assim, não haverá queda de tensão. Então, a saída é Z=+5V.

Da mesma forma, se ambas entradas são = 0V, os diodos paralelos estarão em condição LIGADO. Assim, os diodos comportar-se-ão como curto-circuito. Também, a saída corresponde a 0V.

Porta OR

Como a porta AND individual, a porta OR tem duas ou mais entradas e produz uma única saída.

No entanto, a porta OR produzirá saída lógica 1 se uma de suas entradas estiver em estado lógico 1. Similarmente, produzirá saída lógica 0 se uma de suas entradas estiver em estado lógico 0.

Em outras palavras, uma porta OR é um único dispositivo que dá 1 como saída desde que uma de suas entradas seja 1. O sinal usado para representá-la é "+".

Então, se temos X e Y como entradas, você pode representar a saída como Z=X+Y. Também pode chamar a porta OR de "porta qualquer ou todas".

Aqui estão os símbolos de portas lógicas e tabelas verdade para portas OR de três entradas e duas entradas:

Porta OR de duas entradas

Tabela Verdade

Porta OR de três entradas

Tabela Verdade

Adicionalmente, você pode realizar portas OR discretas usando transistores ou diodos. As entradas X e Y são 0V ou +5V accordingly. Também, Z representa a saída.

Ambos diodos estarão em condição DESLIGADO se ambas entradas têm o mesmo valor, X=0V e Y=0V. Assim, impedindo corrente de fluir via resistor. Como não há queda de tensão, a saída é Z = 0V.

Também, se ambas, ou qualquer entrada = +5V, os diodos paralelos estarão em condição LIGADO e funcionarão como curto-circuitos.

Porta NOT

A porta NOT inverte suas entradas para o oposto. Por esta razão, também podemos chamá-la de inversor. A porta NOT tem apenas uma única entrada e uma saída paralela.

A saída deste dispositivo é sempre o complemento da entrada. Então, se temos entrada lógica 0, a porta NOT produzirá saída lógica 1 e vice-versa.

O símbolo "-" representa a operação NOT. Você pode ler a operação NOT como Z = X barra quando 'X' representa a variável de entrada e 'Z' representa a variável de saída; você pode ler a operação NOT como Z = X barra.

Aqui está o símbolo lógico e tabela verdade da porta NOT:

Símbolo da porta NOT

Tabela Verdade

As entradas representadas por X são 0V ou +5V. Z também representará a saída. Assim, quando a entrada X iguala 0V, o transistor (Q1) fica polarizado reversamente e permanecerá DESLIGADO.

Por esta razão, a corrente não fluirá via resistor. Como não há queda de tensão, a corrente de saída (Z) corresponde a +5V.

Porta NAND

A porta NAND é a primeira porta universal. Portas universais podem realizar circuitos lógicos sozinhas.

Esta porta pode realizar três funções lógicas primárias – AND, OR e NOT. Adicionalmente, a porta NAND é uma fusão das portas NOT e AND.

O símbolo "—" expressa as operações NAND. A porta NAND produzirá saída lógica 0 apenas se cada entrada tiver nível lógico 1.

Aqui está o símbolo e tabela verdade da porta NAND de duas entradas:

Porta NAND de duas entradas

Tabela Verdade

Quando entrada X e Y da porta NAND discreta igualam +5V, ambos diodos estarão em estado DESLIGADO. Também, o transistor (Q1) receberá drive de base suficiente do suprimento do resistor. Assim, o transistor estará LIGADO, e a saída corresponde a 0V.

Porta NOR

NOR significa NOT OR, o que faz a porta NOR uma combinação de porta NOT e OR. A porta NOR é a segunda porta universal. Aqui, a porta NOR só produzirá saída nível lógico 1 em nível lógico 0.

Também, para outras combinações de entradas, a saída permanece em nível lógico 0. Aqui está o símbolo e tabela verdade da porta NOR:

Símbolo da porta NOR de duas entradas

Tabela Verdade

Duas entradas porta AND As entradas representadas X e Y podem ser 0V. Assim, os transistores Q1 e Q2 permanecem DESLIGADOS. Por esta razão, nenhuma tensão flui via resistor. Como não haverá queda de tensão, a corrente de saída (Z) corresponde a +5V.

No entanto, se qualquer das entradas igualar +5V, ou ambas entradas corresponderem a 5V, os transistores similares ficam LIGADOS. Assim, a corrente de saída relaciona-se ao ground e = 0V.

Porta Exclusive-OR (XOR)

A porta Ex-OR é um circuito lógico com duas entradas e uma única saída. Assume estado lógico 1 se qualquer de suas duas entradas assumir estado lógico 1 ou se ambas entradas estiverem em estado lógico 1.

Também, a saída assume estado lógico 0. Você pode usar a porta Ex-OR como inversor. Para isso, deve conectar um terminal de entrada a lógica 1.

Aqui está o símbolo e tabela verdade:

Porta Ex-OR

Tabela Verdade

Porta Exclusive-NOR (XNOR)

A porta X-NOR é a fusão da porta X-OR e NOT. Também tem conceito de duas entradas e uma única saída.

A X-NOR terá saída lógica 1 quando ambas entradas estiverem em lógica 0 ou lógica 1. A saída seria lógica 0 se uma parte da entrada for 1 enquanto a outra for 0.

Também, você pode chamar esta porta de porta de coincidência. Por que? Simples! Só produz saída (1) se as entradas coincidirem.

Também pode usar esta porta como inversor unindo dois terminais de entrada a lógica 0.

Aqui está o símbolo:

Porta Exclusive-NOR

Conclusão

Milhões de portas lógicas cada uma tem sua aplicação única. A porta AND funciona como porta habilitadora que permite dados processarem através de um canal. Também, a porta OR ajuda a detectar mais de um evento em um circuito.

O tipo de porta NOT funciona como inversor na maioria dos circuitos, enquanto a porta NAND tem uso universal em quase todos os circuitos. A porta NOR também é universal, e as portas XOR e XNOR avaliam operações aritméticas e ajudam em detecção de paridade e criptografia em circuitos, respectivamente. Bem, isso encerra este artigo. Se você tem dúvidas, sinta-se à vontade para nos contatar, e ficaremos felizes em ajudar.