Compuertas lógicas

Dentro de la electrónica digital, existe un gran número de problemas a resolver que se repiten normalmente. Por ejemplo, es muy común que al diseñar un circuito electrónico necesitemos tener el valor opuesto al de un punto determinado, o que cuando un cierto número de pulsadores estén activados, una salida permanezca apagada. Todas estas situaciones pueden ser expresadas mediante ceros y unos, y tratadas mediante circuitos digitales.

Los elementos básicos de cualquier circuito digital son las compuertas lógicas. Hay disponible una gran variedad de compuertas estándar, cada una con un comportamiento perfectamente definido, y es posible combinarlas entre sí para obtener funciones nuevas. Desde el punto de vista práctico, podemos considerar a cada compuerta como una caja negra, en la que se introducen valores digitales en sus entradas, y el valor del resultado aparece en la salida. Cada compuerta tiene asociada una tabla de verdad, que expresa en forma de lista el estado de su salida para cada combinación posible de estados en la(s) entrada(s).

Si bien al pensar en la electrónica digital es muy común que asumamos que se trata de una tecnología relativamente nueva, vale la pena recordar que Claude E. Shannon experimento con relés e interruptores conectados en serie, paralelo u otras configuraciones para crear las primeras compuertas lógicas funcionales. En la actualidad, una compuerta es un conjunto de transistores dentro de un circuito integrado, que puede contener cientos de ellas. De hecho, un microprocesador no es más que un chip compuesto por millones de compuertas lógicas.

Para comenzar el estudio de las compuertas lógicas, que son de gran utilidad en el diseño de los circuitos lógicos, veremos su análisis a partir de la operación lógica mediante el álgebra booleana. También estudiaremos como se combinan las compuertas para producir circuitos lógicos que serán analizados mediante álgebra booleana.

El álgebra booleana se utiliza para expresar los efectos que los diversos circuitos digitales ejercen sobre las entradas lógicas y para manipular variables lógicas con objeto de determinar el mejor método de ejecución de cierta función de un circuito.

Ya que solo pueden haber dos valores, el álgebra booleana es muy sencilla de entender y manejar. De hecho en el álgebra booleana solo existen tres operaciones básicas: OR, AND Y NOT.

Usaremos el álgebra booleana primero para describir y analizar estas compuertas lógicas básicas y mas tarde para analizar combinaciones de compuertas lógicas conectadas como circuitos lógicos.

Qué es Electrónica Digital

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”, aunque 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 te gusta llamarlo así) y al 0 lógico el nivel mas bajo (que bien podría ser negativo), pero, ¿que ocurre cuando la señal no está bien definida?. Entonces habrá que conocer cuales 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.

Figura 2.1

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.

Figura 2.2

Por lo general se suele trabajar con lógica positiva, y así lo haremos durante el estudio de compuertas lógicas,
De ahora en más ya sabren a que nos referimos con estados lógicos 1 y 0.

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