Tipos de Compuertas Lógicas:
Inversor: Un inversor es un circuito lógico que tiene una sola entrada y una sola salida.
La salida del inversor se encuentra en el estado lógico “1” si y solo si la entrada se encuentra en el estado lógico “0”. Esto significa que la salida toma el estado lógico opuesto al de la entrada.
Compuerta lógica AND: Las puertas lógicas AND (o Y en castellano) son circuitos de varias entradas y una sola salida, caracterizadas porque necesitan disponer de un nivel 1 en todas las primeras para que también la salida adopte ese nivel.
Basta con que una o varias entradas estén en el nivel 0 para que la salida suministre también dicho nivel. Todas las unidades AND o derivadas del AND, deben tener señal simultánea en todas sus entradas para disponer de señal de salida. Observando el funcionamiento de la unidad AND se comprende fácilmente que las entradas pueden ser aumentadas indefinidamente. Las compuertas AND pueden tener más de dos entradas y por definición, la salida es 1 si cualquier entrada es 1.
Compuerta lógica NAND: La función NO-Y, llamada más comúnmente NAND es la negación de la función Y (AND) precedente. Así como en una puerta Y se necesita que exista nivel 1 en todas las entradas para obtener el mismo nivel en la salida, en una NAND el nivel de la salida seria 0 en las mismas condiciones. Por el contrario, cuando hay un nivel 0 en alguna de las entradas de una puerta Y la salida está a nivel 0, mientras que en iguales circunstancias en una puerta NAND el nivel de salida seria 1. Una designación más adecuada habría sido AND invertido puesto que Es la función AND la que se ha invertido
Compuerta lógica OR: La función reunión, también llamada O, al traducir su nombre ingles OR, es la que solo necesita que exista una de sus entradas a nivel 1 para que la salida obtenga este mismo nivel. La expresión algebraica de esta función, suponiendo que disponga de dos entradas, es la siguiente: s = a + b. Es suficiente que tenga señal en cualquiera de sus entradas para que de señal de salida (OR). Las compuertas OR pueden tener más de dos entradas y por definición la salida es 1 si cualquier entrada es 1.
Compuerta lógica NOR: La función NOR consiste en la negación de la O, o sea, así como esta suministra nivel 1 a su salida si cualquiera de las entradas que posee está a nivel 1, una puerta NOR se comporta justamente al revés. En la función NOR es suficiente aplicarle una cualquiera de sus entradas para que niegue su salida. la NOR pueden tener más de dos entradas, y la salida es siempre el complemento de las funciones AND u OR, respectivamente.
Compuerta lógica EX - OR: La función O exclusiva (“exclusive OR” según el idioma ingles) se caracteriza porque su salida está a nivel 1 siempre y cuando también lo estén un número impar de sus entradas.
Para conseguir la función O exclusiva de 3 entradas pueden usarse funciones O exclusiva de dos entradas para acoplarse entre sí.
Compuerta lógica EX - AND: La función Y exclusiva (exclusive AND en inglés) se emplea para verificar comparaciones entre sus entradas. En efecto su salida presenta nivel 1 cuando sus entradas se encuentran en el mismo nivel, sin importar que dicho nivel sea 1 o 0
Compuerta lógica EX - NOR: Es la función negada de la compuerta EX - OR y es el contrario de la EX - OR, su salida presenta nivel 1 cuando sus entradas se encuentran en el mismo nivel, sin importar que dicho nivel sea 1 o 0, al igual que las EX – AND.
Compuerta lógica EX - NAND: Es la función negada de la compuerta EX - AND y es el contrario de la EX - AND, Para conseguir la función O exclusiva de 3 entradas pueden usarse funciones O exclusiva de dos entradas para acoplarse entre sí.
Características:
Cuando se desea realizar el diseño de un circuito lógico es preciso tener en cuenta qué características del mismo van a ser las más importantes. Dichas condiciones vendrán determinadas por las propias particularidades de los elementos a emplear y, básicamente, de los circuitos integrados. Por lo tanto, el diseño de circuitos queda reducido al acoplamiento entre bloques funcionales, no siendo necesario a partir de componentes discretos.
Las puertas de colector abierto tienen su principal aplicación en
la salida de periféricos al bus de una computadora
El diseño del circuito funcional consiste en elegir el tipo de
circuito que mejor satisfaga todos los requisitos que nosotros hayamos impuesto,
y, para ello, es necesario conocer las cualidades de cada uno de los
componentes que lo van a integrar.
Características de transferencia:
Fijada la tensión de
alimentación, la temperatura y el número de puertas conectadas a la salida de
nuestra puerta experimental, la curva que relaciona la tensión de entrada y la
de salida serán únicos, si no tenemos en cuenta las tolerancias de los
componentes que la forman. De esta curva destacan una serie de valores que
debemos que tener en cuenta:
- VIL: es la tensión
de entrada requerida para un nivel lógico bajo en la entrada de la puerta. Es
decir, será el valor máximo de tensión permisible para el 0. (Consideraremos
siempre que estamos en lógica positiva).
- VIH: es la tensión
de entrada necesaria para obtener un nivel alto a la entrada de la puerta. Al
contrario que el valor anterior, éste será la tensión mínima permisible para
tener un 1.
- VOL: es la tensión
de salida de la puerta en nivel bajo.
- VOH: es la tensión
de salida en nivel alto.
Características de entrada:
Estas características
son necesarias para sacar el mayor rendimiento posible de las puertas lógicas,
sobre todo cuando intentamos utilizar el circuito integrado cerca de los
márgenes garantizados, o bien cuando intentamos conectar puertas de diferentes
familias. Como en el caso anterior, tenemos dos valores fundamentales, que se
utilizarán para los distintos diseños.
- IIL: es la
corriente que sale por la entrada de una puerta cuando se encuentra a nivel
bajo.
- IIH: es la
corriente que entra por la entrada de una puerta cuando se halla a nivel alto.
Corrientes de salida de alto y bajo nivel, siguiendo el
convenio de signos, la primera es positiva y la segunda es negativa.
Como puede verse en
la ilustración correspondiente, la corriente de salida a nivel bajo es de
entrada en la puerta y, en virtud del convenio de signos antes establecido,
será positiva. Por el contrario, la corriente de salida a nivel alto es
negativa.
Características en régimen transitorio:
La velocidad de
conmutación de las puertas es una de las características más destacables, ya
que permitirá que nuestro sistema reaccione con mayor o menor rapidez. Esta
velocidad puede venir definida de diversas maneras, utilizando los distintos
tiempos de respuesta que existen:
- tpHL: es el tiempo de retraso en una
transición a la salida desde un nivel alto a un nivel bajo.
- tpLH: es idéntico
al anterior pero cuando hay una transición de nivel bajo a alto.
- tr: llamado también
tiempo de subida, nos mide el momento en que la señal pasa desde un 10% del
valor final hasta el instante que alcanza el 90%, en una transición de nivel
bajo a alto.
- tf: o tiempo de
bajada, que es igual al anterior pero en un cambio de nivel alto a bajo.
Donde mejor se pueden
comprender, y apreciar estos valores es en la siguiente ilustración.
Características en
régimen transitorio, donde destacan los tiempos de retraso, de subida y de
bajada.
Capacidad
de carga:
Cuando se acopla la salida
de una puerta con varias entradas de otras, hay que tener en cuenta la
capacidad de salida de esa puerta en función de las otras puertas que
constituyen la carga. Para ello, es necesario conocer los valores
correspondientes a las intensidades de entrada y salida.
Cuando las puertas excitadas
son análogas a la excitadora, al máximo número de puertas que ésta puede
soportar, permaneciendo los niveles en los márgenes garantizados, se le llama
fan-out o capacidad de salida.
Análogamente, la capacidad
de entrada o fan-in de una puerta es la medida de cuánto carga una de sus
entradas al circuito excitador.
En caso de que estemos ante
lógicas distintas, este valor ya no nos será de gran utilidad, aunque podamos
interconectar puertas con diferente diseño. Uno de los problemas que se pueden
presentar es que cada tipo de lógica tiene distintos niveles de tensión para el
nivel alto y el bajo. En este caso no es posible realizar un acoplamiento
directo sino que habrá que poner algo por medio para poder efectuar la
interconexión.
Diversos acoplamientos entre lógicas con distintos
niveles de tensión.
Simbología:
Símbolos de puertas
lógicas, Sistema ANSI
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Símbolos de puertas
lógicas, Sistema NEMA
Símbolos de básculas
lógicas, biestables / Flip-Flop
Ecuaciones Booleanas: El álgebra de Boole
provee las operaciones y las reglas para trabajar con el conjunto {0, 1}. Los
dispositivos electrónicos pueden estudiarse utilizando este conjunto y las
reglas asociadas al álgebra de Boole. Las tres operaciones utilizadas mas
comúnmente son complemento, suma booleana (OR) y producto (AND).
Funciones y expresiones booleanas
Sea B = {0, 1}. La
variable x se denomina Variable booleana si asume únicamente valores del
conjunto B. Una función de Bn, el conjunto {(x1, x2, ... , xn) | xi ∈
B, 1 ≤ i ≤ n} en B se denomina función booleana de grado n.
Las funciones
booleanas pueden representarse usando expresiones construidas a partir de
variables y operaciones booleanas. Las expresiones booleanas en las variables
x1, x2, ... , xn se definen en forma recursiva como sigue
0, 1, x1, x2, ... ,
xn son expresiones booleanas. Si E1 y E2 son expresiones booleanas, entonces
E1, (E1 . E2) y (E1 + E2) son expresiones booleanas
Cada expresión
booleana representa una función. Los valores de esta función se obtienen
sustituyendo 0 y 1 en las variables presentes en la expresión.
Las funciones
booleanas F y G de n variables se dicen equivalentes si y solo si F(b1, b2, ...
, bn) = G(b1, b2, ... , bn), cuando b1, b2, ... , bn ∈
B.
Una función booleana
de grado 2 es una función de un conjunto con cuatro elementos, pares de
elementos del conjunto {0, 1} en B, un conjunto con dos elementos. De manera
tal que existen 16 funciones booleanas diferentes de grado 2.
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