Puertas de entrada múltiple

El uso de la puerta lógica

Los inversores y los búferes agotan las posibilidades de los circuitos de puerta de entrada única. ¿Qué más se puede hacer con una sola señal lógica sino almacenarla en búfer o invertirla? Para explorar más posibilidades de puertas lógicas, debemos agregar más terminales de entrada a los circuitos.

Agregar más terminales de entrada a una puerta lógica aumenta el número de posibilidades de estado de entrada. Con una puerta de entrada única, como el inversor o el búfer, solo puede haber dos estados de entrada posibles:o la entrada es "alta" (1) o es "baja" (0).

Como se mencionó anteriormente en este capítulo, una puerta de dos entradas tiene cuatro posibilidades (00, 01, 10 y 11). Una puerta de tres entradas tiene ocho posibilidades (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 y 111) para los estados de entrada.

El número de posibles estados de entrada es igual a dos a la potencia del número de entradas:

Este aumento en el número de posibles estados de entrada obviamente permite un comportamiento de puerta más complejo. Ahora, en lugar de simplemente invertir o amplificar (almacenar en búfer) un único nivel lógico "alto" o "bajo", la salida de la puerta estará determinada por cualquier combinación de 1 y 0 está presente en los terminales de entrada.

Dado que son posibles tantas combinaciones con solo unos pocos terminales de entrada, existen muchos tipos diferentes de puertas de entrada múltiple, a diferencia de las puertas de entrada única que solo pueden ser inversores o búferes. Cada tipo de puerta básica se presentará en esta sección, mostrando su símbolo estándar, tabla de verdad y operación práctica. El circuito TTL real de estas diferentes puertas se explorará en secciones posteriores.

La puerta AND

Una de las puertas de entrada múltiple más fáciles de entender es la puerta AND, llamada así porque la salida de esta puerta será "alta" (1) si y solo si todas entradas (primera entrada y la segunda entrada y . . .) son “altos” (1). Si alguna entrada es "baja" (0), se garantiza que la salida también estará en un estado "bajo".

En caso de que se lo haya preguntado, las puertas AND están hechas con más de tres entradas, pero esto es menos común que la variedad simple de dos entradas.

Tabla de verdad de AND de dos entradas

La tabla de verdad de una puerta AND de dos entradas se ve así:

Operación del circuito de muestra de la puerta AND

Lo que esta tabla de verdad significa en términos prácticos se muestra en la siguiente secuencia de ilustraciones, con la puerta AND de 2 entradas sujeta a todas las posibilidades de niveles lógicos de entrada. Un LED (diodo emisor de luz) proporciona una indicación visual del nivel lógico de salida:

Es solo con todas las entradas elevadas a niveles lógicos "altos" que la salida de la puerta AND pasa a "alto", lo que energiza el LED solo para uno de los cuatro estados de combinación de entrada.

La puerta NAND

Una variación de la idea de la puerta AND se llama puerta NAND. La palabra "NAND" es una contracción verbal de las palabras NOT y AND.

Esencialmente, una puerta NAND se comporta de la misma manera que una puerta AND con una puerta NOT (inversor) conectada al terminal de salida. Para simbolizar esta inversión de la señal de salida, el símbolo de la puerta NAND tiene una burbuja en la línea de salida.

La tabla de verdad para una puerta NAND es, como cabría esperar, exactamente opuesta a la de una puerta AND:

Al igual que con las puertas AND, las puertas NAND se fabrican con más de dos entradas. En tales casos, se aplica el mismo principio general:la salida será "baja" (0) si y solo si todas las entradas son "altas" (1). Si alguna entrada es "baja" (0), la salida será "alta" (1).

La puerta del quirófano

Nuestra próxima puerta para investigar es la puerta OR, llamada así porque la salida de esta puerta será "alta" (1) si alguna de las entradas (primera entrada o la segunda entrada o ...) es "alta" (1 ). La salida de una puerta OR pasa a "baja" (0) si y solo si todas las entradas son "bajas" (0).

Tabla de verdad de puerta OR de dos entradas

La tabla de verdad de una puerta OR de dos entradas se ve así:

Operación del circuito de muestra de la puerta OR

La siguiente secuencia de ilustraciones demuestra la función de la puerta OR, con las 2 entradas experimentando todos los niveles lógicos posibles. Un LED (diodo emisor de luz) proporciona una indicación visual del nivel lógico de salida de la puerta:

Una condición de que cualquier entrada se eleve a un nivel lógico "alto" hace que la salida de la puerta OR se vuelva "alta", lo que energiza el LED para tres de los cuatro estados de combinación de entrada.

La puerta NOR

Como habrás sospechado, la puerta NOR es una puerta OR con su salida invertida, al igual que una puerta NAND es una puerta AND con una salida invertida.

Las puertas NOR, como todas las demás puertas de entrada múltiple vistas hasta ahora, se pueden fabricar con más de dos entradas. Aún así, se aplica el mismo principio lógico:la salida pasa a "baja" (0) si alguna de las entradas se hace "alta" (1). La salida es "alta" (1) solo cuando todas las entradas son "bajas" (0).

La puerta Y negativa

Una puerta Y negativa funciona igual que una puerta Y con todas sus entradas invertidas (conectadas a través de puertas NO). De acuerdo con la convención estándar de símbolos de puerta, estas entradas invertidas se indican mediante burbujas.

Contrariamente al primer instinto de la mayoría de las personas, el comportamiento lógico de una puerta Y negativa no es lo mismo que una puerta NAND. Su tabla de verdad, en realidad, es idéntica a una puerta NOR:

La puerta OR negativo

Siguiendo el mismo patrón, una puerta O negativo funciona igual que una puerta O con todas sus entradas invertidas. De acuerdo con la convención estándar de símbolos de puerta, estas entradas invertidas están representadas por burbujas. La tabla de comportamiento y verdad de una puerta O negativa es la misma que la de una puerta NAND:

La puerta OR exclusiva

Los últimos seis tipos de puertas son variaciones bastante directas de tres funciones básicas:Y, O y NO. Sin embargo, la puerta OR exclusivo es algo bastante diferente.

Las puertas OR exclusivas dan salida a un nivel lógico "alto" (1) si las entradas están en niveles lógicos diferentes, ya sea 0 y 1 o 1 y 0. A la inversa, dan salida a un nivel lógico "bajo" (0) si las entradas están en los mismos niveles lógicos.

La puerta Exclusive-OR (a veces llamada XOR) tiene un símbolo y un patrón de tabla de verdad que es único:

Circuitos equivalentes XOR

Hay circuitos equivalentes para una puerta O exclusiva formada por puertas Y, O y NO, al igual que los había para las puertas NAND, NOR y de entrada negativa. Un enfoque bastante directo para simular una puerta OR exclusiva es comenzar con una puerta OR normal, luego agregar puertas adicionales para evitar que la salida vaya "alta" (1) cuando ambas entradas son "altas" (1):

En este circuito, la puerta AND final actúa como un búfer para la salida de la puerta OR siempre que la salida de la puerta NAND es alta, que es para las primeras tres combinaciones de estados de entrada (00, 01 y 10). Sin embargo, cuando ambas entradas son "altas" (1), la puerta NAND genera un nivel lógico "bajo" (0), lo que obliga a la puerta AND final a producir una salida "baja" (0).

Otro circuito equivalente para la puerta O exclusiva utiliza una estrategia de dos puertas Y con inversores, configurados para generar salidas "altas" (1) para las condiciones de entrada 01 y 10. Una puerta O final permite entonces cualquiera de las puertas Y " salidas "altas" para crear una salida "alta" final:

Las puertas OR exclusivas son muy útiles para circuitos donde dos o más números binarios deben compararse bit a bit, y también para detección de errores (verificación de paridad) y conversión de código (binario a Gray y viceversa).

La puerta NOR exclusiva

Finalmente, nuestra última puerta para el análisis es la puerta NOR exclusiva, también conocida como la puerta XNOR. Es equivalente a una puerta OR exclusivo con salida invertida. La tabla de verdad para esta puerta es exactamente opuesta a la de la puerta OR exclusivo:

Como lo indica la tabla de verdad, el propósito de una puerta NOR exclusiva es generar un nivel lógico "alto" (1) siempre que ambas entradas estén en los mismos niveles lógicos (00 u 11).

REVISAR:

• Regla para una puerta AND:la salida es "alta" solo si la primera entrada es y la segunda entrada es "alta".
• Regla para una puerta OR:la salida es "alta" si la entrada A o la entrada B es "alta".
• Regla para una puerta NAND:la salida es no "Alto" si tanto la primera entrada como la segunda son "altas".
• Regla para una puerta NOR:la salida es no "Alto" si la primera entrada o la segunda entrada son "altas".
• Una puerta AND negativa se comporta como una puerta NOR.
• Una puerta O negativa se comporta como una puerta NAND.
• Regla para una puerta O exclusiva:la salida es "alta" si los niveles lógicos de entrada son diferentes .
• Regla para una puerta NOR exclusiva:la salida es "alta" si los niveles lógicos de entrada son iguales .

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de puertas lógicas básicas

• Hoja de trabajo de álgebra booleana