Compuertas lógicas

 

COMPUERTAS LOGICAS 

Las Compuertas Lógicas son circuitos electrónicos conformados internamente por transistores que se encuentran con arreglos especiales, los cuales otorgan señales de voltaje como resultado, o, en forma de expresión booleana, creados para manipular señales con el objetivo de recrear un comportamiento específico en ellas. Los resultados se obtienen a partir de operaciones lógicas binarias (suma, multiplicación). También niegan, afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades.

1.       COMPUERTA AND: Esta compuerta es representada por una multiplicación en el Algebra de Boole. Indica que es necesario que en todas sus entradas se tenga un estado binario 1 para que la salida otorgue un 1 binario.

Q=A*B

Tabla 1.0 Tabla de verdad AND. Fuente de elaboración propia

La cantidad de entradas puede ser de dos en adelante, sin embargo, la salida será siempre una sola. La grafica 1.0 muestra el símbolo gráfico de la compuerta AND en norma ANSI.

Gráfico 1.0 Fuente Jiménez Ramírez, 2020.Símbolo electrónico para la compuerta AND.

 

Ejemplo: Los circuitos integrados7408 utiliza 4 compuertas lógicas AND, como se muestra en el gráfico M. Se ilustra también, por ejemplo, si las entradas 9 y 10 tienen respuesta positiva, la salida de la compuerta también será positiva, conforme la Tabla 1.0.

Gráfico M. Circuito integrado 7408

 

2.       COMPUERTA OR: Esta se comporta como una suma en el algebra de Boole. Permite que con cualquiera de sus entradas que esté en estado binario 1, su salida esperada sea un 1 también. 

 

Q=A+B

Tabla 1.1 Tabla de verdad OR. Fuente de elaboración propia

 

El gráfico 1.1 muestra la representación de la norma ANSI correspondiente a la compuerta OR, según este, el flujo eléctrico tiene múltiples caminos para pasar el flujo de corriente.

Gráfico 1.1 Fuente Jiménez Ramírez, 2020.Símbolo electrónico para la compuerta OR.

 Ejemplo: Los circuitos integrados de la serie 7432 siguen la lógica compuerta OR, y su                            distribución eléctrica está representada por el gráfico N. Según esta si la entrada 13 o 12 es positiva, la salida de la compuerta también será positiva.

Gráfico N. Distribución eléctrica circuito integrado 7400

3.  COMPUERTA NOT: En este caso esta compuerta solo tiene una entrada y una salida y esta actúa como un inversor. Para esta situación, en la entrada se ubicará un 1 y la salida otorgará un 0 y en el caso contrario esta recibirá un 0 y mostrará un 1. Por lo cual, todo lo que llegue a su entrada será invertido en su salida.

Q=Q'

Tabla 1.2 Tabla de verdad NOT. Fuente de elaboración propia

La representación gráfica en la norma ANSI se ilustra en el gráfico 1.2. Donde se puede observar que su figura geométrica es un triángulo con un círculo a la salida.

                            Gráfico 1.2 Fuente Jiménez Ramírez, 2020.Símbolo electrónico para la compuerta NOT. 

En el gráfico O, se muestra un ejemplo en el que se utiliza una compuerta NOT en un circuito de oscilador de temperatura, en el circuito, la compuerta bloquea las temperaturas diferentes a las deseadas para que el sistema gravite entorno a la magnitud deseada. 

Gráfico O. Circuito que controla la temperatura. Elaboración: Montoya, Suárez. 2011.

4.       COMPUERTA NAND: También denominada AND negada, esta compuerta trabaja al contrario de una AND, ya que, al no tener entradas en 1, o solamente alguna de ellas. Esta concede un 1 en su salida, pero, si tiene todas sus entradas en 1 la salida se presenta con un 0.

 

Q=(A*B)'

Tabla 1.3 Tabla de verdad NAND. Fuente de elaboración propia

La representación gráfica en la norma ANSI se ilustra en el gráfico 1.3. Donde se puede observar que su figura geométrica es igual a la AND pero con un círculo a la salida, el cual indica la negación resultante.

 

Gráfico 1.3 Fuente Jiménez Ramírez, 2020.Símbolo electrónico para la compuerta NAND.

Ejemplo: Los circuitos integrados de la serie 7400 siguen la lógica compuerta NAND, y su                            distribución eléctrica está representada por el gráfico P. Según esta si la entrada 13 y 12 es positiva, la salida de la compuerta será negativa, conforme a la tabla 1.3.

Gráfico P. circuito integrado 7400

5.       COMPUERTA NOR: La compuerta OR también tiene su versión inversa. Esta compuerta cuando tiene sus entradas en estado 0 su salida estará en 1, pero si alguna de sus entradas pasa a un estado 1, sin importar en qué posición, su salida será 0.

Tabla 1.4 Tabla de verdad NOR. Fuente de elaboración propia

La representación gráfica en la norma ANSI se ilustra en el gráfico 1.4. Donde se puede observar que su figura geométrica es divergente a la salida con un círculo, pero con curva a las entradas.

 

Gráfico 1.4 Fuente Jiménez Ramírez, 2020.Símbolo electrónico para la compuerta NOR.

Ejemplo: Los circuitos integrados de la serie 7402 siguen la lógica compuerta NOR, y su                            distribución eléctrica está representada por el gráfico L. Según esta si la entrada 13 o 12 es positiva, la salida de la compuerta será negativa, conforme a la tabla 1.4.

Gráfico L. Circuito integrado 7402

6.   COMPUERTA XOR: También llamada OR exclusiva, esta actúa como una suma binaria de un digito cada uno y el resultado de la suma es la salida. Otra manera de interpretarlo es que, con valores de entrada igual, el estado de salida es 0 y con valores de entrada diferente, la respuesta es 1. 

Tabla 1.5 Tabla de verdad XOR. Fuente de elaboración propia

La representación gráfica en la norma ANSI se ilustra en el gráfico 1.5. Donde se puede observar que su figura geométrica es igual a la OR, pero en sus entradas se coloca una doble línea.

 

Gráfico 1.5 Fuente Jiménez Ramírez, 2020.Símbolo electrónico para la compuerta XOR.

Ejemplo: El gráfico M muestra un ejemplo de como es el funcionamiento de la compuerta lógica XOR, según el cual, cuando las dos entradas de la compuerta son cero, su salida será también cero, tal como lo refleja la tabla 1.5.

Gráfico M. Ejemplo circuito XOR. Editor de Circuitos con Asistente Generador de Tablas de Verdad

7.   COMPUERTA XNOR: Esta es todo lo contrario a la compuerta XOR, ya que cuando las entradas son iguales se presenta una salida en estado 1 y si son diferentes es de 0.

Q=A*B+(A*B)'

Tabla 1.6 Tabla de verdad XNOR. Fuente de elaboración propia

La representación gráfica en la norma ANSI se ilustra en el gráfico 1.6. Donde se puede observar que su figura geométrica es divergente a la salida con un círculo, pero con dos curvas en las entradas.

                  Gráfico 1.6 Fuente Jiménez Ramírez, 2020.Símbolo electrónico para la compuerta XNOR.

Ejemplo: El gráfico N representa una aplicación de las compuertas XNOR. Según (Loria, 2016), utiliza la compuerta XNOR para crear un detector de disparos de acuerdo a señales de sonido. Tal como lo muestra el gráfico, la compuerta deposita salida positiva cuando detecta sonido de disparo y motosierra, conforme la tabla 1.6.

Gráfico N. Ejemplo compuerta XNOR. Elaboración (Loria, 2016) 

Bibliografía

-          Jiménez Ramírez, M. (2020). Compuertas lógicas.  Compuertas Lógicas.pdf (utn.ac.cr)

-          Madrid, J. (2019). Compuerta AND, funcionalidad y ejemplos. 2019. Recuperado de: Compuerta AND - Funcionalidad y Ejemplos en PLC (germanmadrid.com). el 1 de septiembre a las 20:30 p.m.

-           Montoya Suárez, E. (2011). Medición de temperatura usando un VCO integrado en silicio. Revista Mexicana de Física. Universidad Autónoma de Nayarit. México.

Avilés Cruz, C. (2018). Identificación automática de compuertas digitales con dispositivo móvil y realidad aumentada. Tecnológico Nacional de México en Celaya. México. Pistas educativas. Vol. 40

Loria Martín, G. (2016). Diseño de un circuito integrado digital como detector de disparos de armas de fuego y motosierras, basado en correlación bitstream. Instituto Tecnológico de Costa Rica. Escuela de Ingeniería Electrónica. Costa Rica.

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