Compuertas lógicas

Índice

1. Objetivo
2. Introducción
3. La electrónica digital
4. Lógica positiva
5. Lógica negativa
6. Compuertas lógicas
7. Puerta NOT (NO)
8. Puerta AND (Y)
9. Puerta OR (O)
10. Puerta NAND (NO Y)
11. Puerta NOR (NO O)
12. Puerta EX-OR
13. Puerta EX-NOR
14. Video de compuertas lógicas
15. Mapa mental
16. Conclusión
17. Bibliografía

Objetivo

Dar a conocer los conceptos básicos sobre electrónica digital y así mismo centralizar el tema en compuertas logísticas en las cuales abarcaremos la definición, los tipos , las características, los símbolos y una serie de ejercicios que ayuden a su comprensión. 

Introducción 

Álgebra de Boole (también llamada álgebra booleana), en informática y matemática es una estructura algebraica que esquematiza las operaciones lógicas Y, O, NO y SI (AND, OR, NOT, IF)[cita requerida], así como el conjunto de operaciones unión, intersección y complemento.

Las puertas lógicas procesan señales las cuales representan un valor verdadero o falso. Normalmente la tensión positiva de la fuente +Vs representa el valor verdadero y los 0V el falso. 

Es mejor que te familiarices con ellos. Las puertas lógicas son identificadas por su función lógica: NOT, AND, NAND, OR, NOR, EX-OR y EX-NOR. Las letras mayúsculas son normalmente usadas para dejar claro que el término se refiere a una puerta lógica. 

La electrónica digital

 La electrónica digital es la rama de la electrónica más moderna y que evoluciona más rápidamente. Se encarga de sistemas electrónicos en los que la información está codificada en estados discretos, a diferencia de los sistemas analógicos donde la información toma un rango continuo de valores.

Es una ciencia que estudia las señales eléctricas, pero en este caso son señales discretas, es decir, están bien identificadas, razón por la cual a un determinado nivel de tensión se lo llama estado alto (High) o Uno lógico; y a otro, estado bajo (Low) o Cero lógico.

Si suponemos que las señales eléctricas con que trabaja un sistema digital son 0V y 5V. Donde 5V será el estado alto o uno lógico, pero habrá que tener en cuenta que existe la Lógica Positiva y la Lógica Negativa, veamos cada una de ellas.

Lógica Positiva

En esta notación al 1 lógico le corresponde el nivel más alto de tensión (positivo, si quieres llamarlo así) y al 0 lógico el nivel más bajo (que bien podría ser negativo), pero que ocurre cuando la señal no está bien definida...?. Entonces habrá que conocer cuáles son los límites para cada tipo de señal (conocido como tensión de histéresis), en la figura 2.1 se puede ver con mayor claridad cada estado lógico y su nivel de tensión.

Lógica Negativa

Aquí ocurre todo lo contrario, es decir, se representa al estado "1" con los niveles más bajos de tensión y al "0" con los niveles más altos ver figura 2.2.

Por lo general se suele trabajar con lógica positiva, y así lo haremos en este módulo, la forma más sencilla de representar estos estados.

De ahora en más ya sabrás a que nos referimos con estados lógicos 1 y 0. 

Compuertas Lógicas

Las compuertas lógicas son dispositivos que operan con aquellos estados lógicos que funcionan igual que una calculadora, de un lado ingresas los datos, ésta realiza una operación, y finalmente, te muestra el resultado.

Cada una de las compuertas lógicas se las representa mediante un Símbolo, y la operación que realiza (Operación lógica) le corresponde una tabla, llamada Tabla de Verdad. 

Puerta NOT  (NO)

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, y comparte con la compuerta IF la característica de tener solo 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. 

Tabla de verdad NOT

Puerta AND (Y)

Con dos o más entradas, esta compuerta realiza la función booleana 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 su tabla de verdad. Matemáticamente se lo simboliza con el signo “x”. 

 

 Tabla de verdad AND

Puerta OR (O)

La función booleana que realiza la compuerta OR es la asociada a la suma, y matemáticamente la expresamos como “+”. Esta compuerta presenta un estado alto en su salida cuando al menos una de sus entradas también esta en estado alto. En cualquier otro caso, la salida será 0. Tal como ocurre con las compuertas AND, el número de entradas puede ser mayor a dos. 

 Tabla de verdad OR

Puerta NAND  (NO Y)

Cualquier compuerta lógica se puede negar, esto es, invertir el estado de su salida, simplemente agregando una compuerta NOT que realice esa tarea. Debido a que es una situación muy común, se fabrican compuertas que ya están negadas internamente. Este es el caso de la compuerta NAND: es simplemente la negación de la compuerta AND vista anteriormente. Esto modifica su tabla de verdad, de hecho la invierte (se dice que la niega) quedando que la salida solo será un 0 cuando todas sus entradas estén en 1. El pequeño círculo en su salida es el que simboliza la negación. El numero de entradas debe ser como mínimo de dos, pero no es raro encontrar NAND de 3 o mas entradas. 

Tabla de verdad NAND

Puerta NOR (NO O) 

De forma similar a lo explicado con la compuerta NAND, una compuerta NOR es la negación de una compuerta OR, obtenida agregando una etapa NOT en su salida.

Tabla de verdad NOR

  

Puerta XOR

La compuerta OR vista anteriormente realiza la operación lógica correspondiente al O inclusivo, es decir, una o ambas de las entradas deben estar en 1 para que la salida sea 1. Un ejemplo de esta compuerta en lenguaje coloquial seria “Mañana iré de compras o al cine”. Basta con que vaya de compras o al cine para que la afirmación sea verdadera. En caso de que realice ambas cosas, la afirmación también es verdadera. Aquí es donde la función XOR difiere de la OR: en una compuerta XOR la salida será 0 siempre que las entradas sean distintas entre si. En el ejemplo anterior, si se tratase de la operación XOR, la salida seria 1 solamente si fuimos de compras o si fuimos al cine, pero 0 si no fuimos a ninguno de esos lugares, o si fuimos a ambos. 

 Tabla de verdad XOR

Puerta NXOR

No hay mucho para decir de esta compuerta. Como se puede deducir de los casos anteriores, una compuerta NXOR no es más que una XOR con su salida negada, por lo que su salida estará en estado alto solamente cuando sus entradas son iguales, y en estado bajo para las demás combinaciones posibles.

 Tabla de verdad NXOR

Video sobre compuertas lógicas

Mapa mental

Conclusión

Actualmente la sociedad de la información vive con, por, para y gracias a la electrónica. Estoy seguro que no somos conscientes ni de la mitad de los dispositivos electrónicos que nos rodean, y que van en aumento día tras día. Dentro de esos dispositivos electrónicos, hay un apartado que ha cobrado especial importancia: la electrónica digital, que se está imponiendo frente a la antigua electrónica analógica. En la electrónica digital los sistemas emplean y toman variables conocidas (el más conocido es el sistema binario, con dos posibles variables, empleado en la casi totalidad de los sistemas informáticos), y eso hace que sean mucho más exactos y fiables en la transmisión de información.

La electrónica y sus avances están sin duda transformando nuestra sociedad, cambiando nuestros hábitos y la personalidad de los individuos. No son sólo avances tecnológicos, sino sociales y personales los que ha promovido la electrónica. Es por ello que hoy en día podemos aseverar de modo diáfano y meridiano que los aparatos electrónicos son un pilar indiscutible en la nueva sociedad del siglo XXI, la sociedad de la información.

Bibliografía

• https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_digital
• http://service.udes.edu.co/modulos/documentos/pedropatino/compuertas.pdf
• http://www.importancia.org/electronica.php
• http://www.ucontrol.com.ar/PDF/compuertasl.pdf
• https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81lgebra_de_Boole