Compuertas Logicas

COMPUERTAS LOGICAS

Las puertas lógicas, también llamadas compuertas son una clase de dispositivos electrónicos, conformados a partir de otros componentes electrónicos discretos, y son la expresión física de los operadores booleanos. Generalmente, cuando algún diseño electrónico requiere alguna compuerta lógica, no se la construye componente a componente, sino que se recurre a circuitos integrados especializados que contienen compuertas completas en su interior.

La electrónica digital, en contraposición con la electrónica lineal o analógica no manipula señales continuas, sino que se centra en el proceso de señales discretas, que solo poseen dos estados posibles. En las señales digitales la amplitud varía rápidamente de un límite al otro, sin que existan (teóricamente) estados o fases entre esos dos límites posibles.

Estos limites representan estados lógicos altos o bajos (que a menudo se los toma como “1” o “0” binarios), con una convención que fija que valores mínimos y máximos corresponden a cada uno. A su vez, existen la lógica positiva y la lógica negativa. En la primera se representa el “1” como un estado alto, y “0” con un estado bajo (que incluso puede ser negativo). La lógica negativa hace coincidir el “1” con un estado bajo, y el cero con uno alto.

Por ejemplo, si suponemos que nuestro sistema funciona con señales eléctricas de 0 y 5 voltios, los limites para cada tipo de señal podrían ser los que muestra la figura 1.

El algebra de Boole, denominada así por el matemático ingles George Boole, que fue el primero en definir este sistema lógico a mediados del siglo XIX es la herramienta matemática utilizada para el análisis de circuitos electrónicos digitales. Boole utilizaba técnicas del algebra para tratar expresiones de la lógica preposicional. Así es como en la actualidad el algebra de Boole se utiliza en forma generalizada en el diseño electrónico. Fue Claude Shannon en 1938 quien utilizo por primera vez circuitos de conmutación eléctrica biestables construidos con interruptores y reles.

En la actualidad, todos los circuitos lógicos utilizados en los diseños electrónicos se construyen a partir de componentes electrónicos discretos encapsulados en un chip, generalmente agrupando varias compuertas del mismo tipo, aunque es posible encontrar prácticamente cualquier función lógica que necesitemos. Los elementos básicos de cualquier circuito digital son las compuertas lógicas.

Podemos considerar a cada compuerta como una caja negra, donde se ponen valores en sus entradas, y el valor del resultado aparece en la salida. Para representar todas las posibles combinaciones entre la(s) entrada(s) y la salida usaremos “tablas de verdad”, que no son mas que una lista de todas las posibles combinaciones de valores en las entradas, y que valor de la salida corresponde en cada caso.

Veremos a continuación las siguientes: IF,NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR y NXOR.

• Niveles de voltaje para "0" y "1".

Circuito impreso con puertas digitales.

La puerta lógica IF (o SI, si utilizamos el castellano) realiza la función booleana de la igualdad. Se simboliza mediante un triangulo, cuya base corresponde a la entrada, y su vértice opuesto la salida (Fig. 1). Su tabla de verdad, que podemos ver debajo, es también sencilla: la salida toma siempre el valor de la entrada.

En electrónica, generalmente se utilizan compuertas IF como amplificadores de corriente (buffers en ingles), para permitir manejar dispositivos que tienen consumos de corriente elevados desde otros que solo pueden entregar corrientes débiles.

Figura 1. Compuerta IF (SI)

Esta compuerta presenta en su salida un valor que es el opuesto del que esta presente en su única entrada. En efecto, su función es la negación, al igual que la compuerta IF solo puede tener una entrada.

Se utiliza cuando es necesario tener disponible un valor lógico opuesto a uno dado. La figura muestra el símbolo utilizado en los esquemas de circuitos para representar esta compuerta, y su tabla de verdad.

Se simboliza en un esquema eléctrico en el mismo símbolo que la compuerta IF, con un pequeño circulo agregado en su salida, que representa la negación.

Compuerta NOT y su tabla de verdad.

Esta compuerta realiza la función boleana de la multiplicación. Su salida será un “1” cuando todas sus entradas también estén en nivel alto. En cualquier otro caso, la salida será un “0”. El operador AND se lo asocia a la multiplicación, de la misma forma que al operador SI se lo asociaba a la igualdad. En efecto, el resultado de multiplicar entre si diferentes valores binarios solo dará como resultado “1” cuando todos ellos también sean 1, como se puede ver en la figura al final de la página. Matemáticamente se lo simboliza con el signo “x”.

Podemos pensar en esta compuerta como una lámpara en serie con la alimentación y dos o mas interruptores. La lámpara se encenderá únicamente cuando todos los interruptores estén cerrados. En este ejemplo, los interruptores serian las entradas de la compuerta, y su estado seria “1” cuando están cerrados. La salida estaría representada por la lámpara, cuyo estado “alto” o “1”

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