Compreendendo Portas Lógicas em Circuitos Digitais

Este artigo se propõe explicar alguns conceitos fundamentais sobre o funcionamento de Circuitos Digitais.

Nos dias atuais, circuitos digitais são usados em praticamente todos os dispositivos eletrônicos que usamos em nosso dia a dia e em quase todas as áreas tecnológicas: Computadores, Automação, Robôs, Ciências médicas, transportes, entretenimento, exploração espacial, telecomunicação (celulares, tablets…) etc.

Conhecer os princípios e os conceitos e as operações fundamentais é importante para compreentender o funcionamento dos diversos sistemas que usamos, desde uma simples chave liga/desliga até o mais complexo computador que interage com uma gama enorme de outros dispositivos.

O princípio básico básico para começar a entender é que os sinais elétricos fluem em um circuito por meio de pulsos que variam entre voltagens de zero Volt á 5 Volts (em alguns casos 3 Volts ou 12 Volts). Esta variação é controlada por  operações  que em um determinado tempo está transmitindo o sinal elétrico e em outro tempo não está. Desta forma quando houver sinal convencionamos pelo número 1 e a ausência do sinal é representado por 0 (zero).

A figura a seguir mostra como um ou mais sinais digitais variam ao longo do tempo é denominado diagrama de tempo.

Funções Booleanas e Portas Lógicas

Na prática, tudo é controlado por meio de Portas Lógicas que são comercializadas por pastilhas de silício conhecidas por CHIPs. Cada terminal do circuito pode representar Entradas ou Saídas das Portas Lógicas.

De maneira bem abrangente podemos dizer que as portas lógicas são o fundamento do processamento digital. Elas relacionam operações matemáticas  efetuadas por sistemas binários. Estas operações são controladas por álgebra booleana (ou aritmética computacional).

Da mesma forma que temos quatro operações básicas da álgebra decimal (adição, subtração, multiplicação e divisão), temos também as operações básicas da álgebra booleana, que são:

1- NÃO (NOT); corresponde à “inversão”

2- E (and); corresponde à “multiplicação”
 3- OU (or); corresponde à “adição”
 4- OU EXCLUSIVO (xor); corresponde à “adição especial”
Simbologia usada para representar as operações lógicas em um circuito são:
PORTA NÃO (NOT)
Observe nas tabelas e considere 1 para Verdadeiro e 0 para Falso. O significado prático é o seguinte. Caso entre 1 na entrada A na saída Y será 0 (zero). Caso entre 0(zero) em A teremos 1 em Y.
Na lógica Matemática representariamos assim:

A

 Y
1 0
0 1
PORTA E (AND)
Neste simbolo temos representado a porta lógica E
Agora imaginemos o seguinte temos duas Entradas (A e B) e uma Saída Y.
A operação equivalente na lógica Matemática seria.

A

B

Y = A AND B

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

PORTA OU (OR)

Este simbolo representa a porta lógica que realiza a operação OU. Na prática temos duas entradas A e B que resultam uma saída Y conforme a tabela a seguir.

A

B

Y = A OR B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

PORTA XOR (OU EXCLUSIVO BOOLEANO)

Na porta XOR a saída Y será 1 se os valores de entrada A ou B forem alternados conforme a tabela verdade abaixo.

A

B

Y = A XOR B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

 As portas Lógicas E(AND) e OU(OR) também podem ter seus sinais de saída alterados (invertidos pela operação NOT). A sua representação é feita por uma pequena esfera na porta de saída (como a representada no simbolo da porta  NOT).

A combinação das portas resultam em todas as operações do circuito resultando sempre em uma saída para as operações.

A complexidade das operações vão aumentado conforme o número de combinações entre as portas lógicas usadas no projeto do circuito.

Só para que você tenha uma idéia, em um processador (CPU) dos computadores atuais, temos combinações de bilhares de portas executando as mais diversas operações. Cada vez que precionamos uma tecla, movimentamos o cursor do mouse ou realizamos qualquer tipo de interação com o computador (gravação, copia, conexão…) as portas lógicas são ativadas e desativadas pelos sinais de entrada e saída para realizar as mais diversas operações.

Por hoje é só.

Virtual abraço.

Para saber mais sobre as operações executadas, minha sugestão são os link´s  a seguir:

http://www.inf.ufsc.br/ine5365/portlog.html

http://www.clubedohardware.com.br/artigos/1139

Para aprender sobre as operações e funções Booleanas assista o vídeo.

Funções Booleanas e Portas Lógicas

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