Nos circuitos digitais as operações lógicas aparecem por meio das portas lógicas, que são elementos constituídos por diodos, transistores e resistores ligados de forma que a saída do circuito seja o resultado de uma operação lógica básica (OR, AND ou NOT) exercida sobre as entradas.
Neste artigo veremos as principais portas lógicas utilizadas em projetos.
Introdução às Portas Lógicas
Porta lógica OR (OU)
Uma porta OR é aquela em que a sua saída é igual à combinação das entradas por meio da operação OR.
Lembrando que a lógica da operação é que a saída será verdadeira se pelo menos uma das entradas for 1, e será falso se todas as entradas forem nível 0. Na Figura 1 temos o símbolo designado a porta lógica OR, onde A e B são as entradas e Q a saída.
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Comercialmente, as portas lógicas aparecem através de circuitos integrados (CIs) que reúnem diversas portas lógicas como as mostradas na Figura 1. Na Figura 2 temos o CI MM74HC32 que é composto por portas lógicas OR de duas entradas.
A lógica da operação OR é aplicável também em circuitos que possuem mais de duas entradas. Como pode ser visto na Tabela 1.
| A | B | C | Q = A + B + C |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Dessa forma, comercialmente temos o CI MM74HC4075 que é composto por portas lógicas OR de três entradas, como mostrado na Figura 3.
Porta lógica AND (E)
Uma porta AND é aquela em que a sua saída é igual à combinação das entradas por meio da operação AND.
Lembrando que a lógica da operação AND é que somente teremos uma saída verdadeira se todas as suas entradas forem verdadeiras. Na Figura 4 temos o símbolo designado a porta lógica AND, onde A e B são as entradas e Q a saída.
Na Figura 5 temos o CI comercial MM74HC08 que é composto por portas lógicas AND de duas entradas.
Semelhante ao OR, a lógica da operação AND também é aplicável também em circuitos que possuem mais de duas entradas. Como pode ser visto na Figura 6 com o CI MM74HC11.
Porta lógica NOT (NÃO)
A Porta NOT sempre terá apenas uma entrada e a sua saída será o inverso da sua entrada.
Na Figura 7 temos o símbolo designado a porta lógica NOT, é importante observar que essa bolinha na saída é usada para indicar inversão e esse conhecimento será útil para a compressão de outras portas lógicas.
Na Figura 8 temos o CI comercial MM74HC04 que é composto por portas lógicas NOT.
Porta lógica NOR
Há dois outros tipos de portas lógicas, muito usados em circuitos digitais os quais são caracterizados por serem combinações de operações básicas.
Começando pelo NOR, nós temos a junção das operações OR e NOT. Na Figura 9, temos o seu símbolo que é igual ao do OR mas possui uma bolinha na saída que representa a operação de inversão.
Como a operação NOT inverte a saída teremos que a saída da porta NOR será o oposto do que seria a saída OR. Para entender, observe a Tabela 2.
| OR | NOR | ||
| A | B | A + B | A+B |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Na Figura 10 temos o CI comercial MM74HC02 que é composto por portas lógicas NOR de duas entradas.
E como a operação OR pode ter mais de duas entradas, a operação NOR também poderá. A exemplo disso na Figura 11 temos o CI comercial MM74HC27 que é composto por portas lógicas NOR de três entradas.
Porta lógica NAND
Já no NAND, nós temos a junção das operações AND e NOT. Na Figura 12, temos o seu símbolo que é igual ao do AND mas possui uma bolinha na saída que representa a operação de inversão.
Como ocorre no NOR, como a operação NOT inverte a saída teremos que a saída da porta NAND será o oposto do que seria a saída AND. Para entender, observe a Tabela 3.
| AND | NAND | ||
| A | B | AB | AB |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
Na Figura 13 temos o CI comercial MM74HC03 que é composto por portas lógicas NAND de duas entradas.
E como a operação AND pode ter mais de duas entradas, a operação NAND também poderá. A exemplo disso na Figura 14 temos o CI comercial MM54AC10 que é composto por portas lógicas NAND de três entradas.
Porta lógica XOR
Por fim, temos dois circuitos lógicos especiais, que comumente aparecem em sistemas digitais, são os circuitos exclusive-OR e exclusive-NOR.
Começando pela XOR, ou Exclusive-OR ou OU-Exclusivo, é uma porta que produz uma saída verdadeira sempre que as duas entradas estiverem em níveis opostos. Se possuírem níveis iguais a saída é falsa. Para entender, basta observar a Tabela 4.
| A | B | Q |
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Na Figura 15, temos o seu símbolo que é igual ao do OR mas possui uma linha levemente curvada na entrada.
Na Figura 16 temos o CI comercial MM74HC86 que é composto por portas lógicas XOR de duas entradas.
Porta lógica XNOR
Já a porta exclusive-NOR (abreviado como XNOR) opera de maneira oposta ao circuito XOR. Ou seja, o XNOR irá gerar uma saída verdadeira se as duas entradas forem iguais (com mesmo nível lógico). Para entender, basta observar a Tabela 5.
| A | B | Q |
| 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Na Figura 17, temos o seu símbolo que é igual ao do OR mas possui uma linha levemente curvada na entrada e uma bolinha na saída
Na Figura 18 temos o CI comercial MM74HC266 que é composto por portas lógicas XOR de duas entradas.
Referências
TOCCI, R.; WIDMER, N.; MOSS, G. Sistemas Digitais – Princípios e Aplicações. [S.l.]: Pearson Education Limited, 2011.
Na parte do XNOR tem um erro quando vai mostrar o circuito do CI que falar XOR na verdade é XNOR ao invés de XOR
Muito bom esse conteúdo