Saltar al contenido principal

3.4: Puertas de entrada múltiple

$$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$$

$$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$$

$$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$$ $$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$$

( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) $$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$$

$$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$$ $$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$$

$$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$$ $$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$$

$$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$$

$$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$$

$$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$$

$$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$$

$$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$$

$$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$$

$$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$$

$$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$$

$$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$$

$$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$$

$$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$$

$$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$$ $$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$$

$$\newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow$$

$$\newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow$$

$$\newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$$

$$\newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}}$$

$$\newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}}$$

$$\newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}}$$

$$\newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}}$$

$$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$$

$$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$$

$$\newcommand{\avec}{\mathbf a}$$ $$\newcommand{\bvec}{\mathbf b}$$ $$\newcommand{\cvec}{\mathbf c}$$ $$\newcommand{\dvec}{\mathbf d}$$ $$\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}$$ $$\newcommand{\evec}{\mathbf e}$$ $$\newcommand{\fvec}{\mathbf f}$$ $$\newcommand{\nvec}{\mathbf n}$$ $$\newcommand{\pvec}{\mathbf p}$$ $$\newcommand{\qvec}{\mathbf q}$$ $$\newcommand{\svec}{\mathbf s}$$ $$\newcommand{\tvec}{\mathbf t}$$ $$\newcommand{\uvec}{\mathbf u}$$ $$\newcommand{\vvec}{\mathbf v}$$ $$\newcommand{\wvec}{\mathbf w}$$ $$\newcommand{\xvec}{\mathbf x}$$ $$\newcommand{\yvec}{\mathbf y}$$ $$\newcommand{\zvec}{\mathbf z}$$ $$\newcommand{\rvec}{\mathbf r}$$ $$\newcommand{\mvec}{\mathbf m}$$ $$\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}$$ $$\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}$$ $$\newcommand{\real}{\mathbb R}$$ $$\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}$$ $$\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}$$ $$\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}$$ $$\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}$$ $$\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}$$ $$\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}$$ $$\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}$$ $$\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}$$ $$\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}$$ $$\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}$$ $$\newcommand{\bcal}{\cal B}$$ $$\newcommand{\ccal}{\cal C}$$ $$\newcommand{\scal}{\cal S}$$ $$\newcommand{\wcal}{\cal W}$$ $$\newcommand{\ecal}{\cal E}$$ $$\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}$$ $$\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}$$ $$\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}$$ $$\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}$$ $$\newcommand{\row}{\text{Row}}$$ $$\newcommand{\col}{\text{Col}}$$ $$\renewcommand{\row}{\text{Row}}$$ $$\newcommand{\nul}{\text{Nul}}$$ $$\newcommand{\var}{\text{Var}}$$ $$\newcommand{\corr}{\text{corr}}$$ $$\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}$$ $$\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}$$ $$\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}$$ $$\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}$$ $$\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}$$ $$\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}$$ $$\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}$$ $$\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}$$ $$\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}$$ $$\newcommand{\lt}{<}$$ $$\newcommand{\gt}{>}$$ $$\newcommand{\amp}{&}$$ $$\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}$$

El uso de la puerta lógica

Los inversores y los búferes agotan las posibilidades de circuitos de puerta de entrada única. ¿Qué más se puede hacer con una sola señal lógica sino para amortiguarla o invertirla? Para explorar más posibilidades de puerta lógica, debemos agregar más terminales de entrada al circuito (s).

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 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 estados de entrada. El número de estados de entrada posibles 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 solo nivel lógico “alto” o “bajo”, la salida de la puerta estará determinada por cualquier combinación de 1 y 0 que esté presente en los terminales de entrada.

Dado que tantas combinaciones son posibles con solo unos pocos terminales de entrada, hay 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. La circuitería TTL real de estas diferentes puertas se explorará en secciones posteriores.

La Puerta Y

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

En caso de que te hayas estado preguntando, las puertas AND están hechas con más de tres entradas, pero esto es menos común que la variedad simple de dos entradas.

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

Lo que significa esta tabla de verdad 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 va “alta”, energizando así el LED para solo 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 señal de salida, el símbolo de puerta NAND tiene una burbuja en la línea de salida. La tabla de la 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 están hechas con más de dos entradas. En tales casos, se aplica el mismo principio general: la salida será “baja” (0) si y sólo si todas las entradas son “altas” (1). Si alguna entrada es “baja” (0), la salida irá “alta” (1).

La puerta OR

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

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

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 sea “alta”, energizando así 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 otras 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 va “baja” (0) si alguna de las entradas se hace “alta” (1). La salida es “alta” (1) sólo cuando todas las entradas son “bajas” (0).

El Negativo y la Puerta

Una puerta negativa y funciona igual que una puerta AND con todas sus entradas invertidas (conectadas a través de puertas NOT). De acuerdo con la convención de símbolos de puerta estándar, estas entradas invertidas están significadas por burbujas. Contrario al primer instinto de la mayoría de las personas, el comportamiento lógico de una puerta negativa y no es lo mismo que una puerta NAND. Su tabla de verdad, en realidad, es idéntica a una puerta NOR:

La puerta negativa o

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

La puerta de O exclusivo

Los últimos seis tipos de puertas son todas variaciones bastante directas en tres funciones básicas: Y, O y NO. La puerta de O exclusivo, sin embargo, es algo bastante diferente.

Las puertas O exclusivas emiten un nivel lógico “alto” (1) si las entradas están en diferentes niveles lógicos, ya sea 0 y 1 o 1 y 0. Por el contrario, emiten un nivel lógico “bajo” (0) si las entradas están en los mismos niveles lógicos. La puerta Exclusive-OR (a veces llamada XOR) tiene tanto un símbolo como un patrón de tabla de verdad que es único:

Hay circuitos equivalentes para una puerta OR exclusiva compuesta por puertas AND, OR y NOT, así como hubo para NAND, NOR, y las puertas de entrada negativa. Un enfoque bastante directo para simular una puerta OR exclusiva es comenzar con una puerta OR regular, 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 sea alta, que es para las tres primeras combinaciones de estados de entrada (00, 01 y 10). Sin embargo, cuando ambas entradas son “altas” (1), la puerta NAND emite 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 exclusivo utiliza una estrategia de dos puertas AND con inversores, configuradas para generar salidas “altas” (1) para las condiciones de entrada 01 y 10. Una puerta OR final permite entonces que cualquiera de las salidas “altas” de las puertas AND cree una salida final “alta”:

Las puertas O exclusivas son muy útiles para circuitos donde dos o más números binarios se van a comparar bit por bit, y también para la detección de errores (comprobación de paridad) y conversión de código (binario a Gris y viceversa).

La puerta Exclusive-nor

Por último, nuestra última puerta de análisis es la puerta Exclusive-nor, también conocida como la puerta XNOR. Es equivalente a una puerta OR exclusiva con una salida invertida. La tabla de la verdad para esta puerta es exactamente opuesta a la de la puerta O exclusiva:

Como indica la tabla de verdad, el propósito de una puerta Exclusive-nor es emitir un nivel lógico “alto” (1) siempre que ambas entradas estén en los mismos niveles lógicos (ya sea 00 u 11).

Revisar

• Regla para una puerta AND: la salida es “alta” solo si la primera entrada y la segunda entrada son ambas “altas”.
• Regla para una puerta OR: la salida es “alta” si la entrada A o la entrada B son “altas”.
• Regla para una puerta NAND: la salida no es “alta” si tanto la primera entrada como la segunda entrada son “altas”.
• Regla para una puerta NOR: la salida no es “alta” si la primera entrada o la segunda entrada son “altas”.
• Una puerta negativa y se comporta como una puerta NOR.
• Una puerta negativa o 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 Exclusive-nor: la salida es “alta” si los niveles lógicos de entrada son los mismos.

This page titled 3.4: Puertas de entrada múltiple is shared under a GNU Free Documentation License 1.3 license and was authored, remixed, and/or curated by Tony R. Kuphaldt (All About Circuits) via source content that was edited to the style and standards of the LibreTexts platform.