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Electrónica Digital y Compuertas Lógica.

¿Qué es la electrónica digital?

La electrónica digital, es un campo de la electrónica que involucra el estudio de señales digitales con el fin de procesar y controlar diversos sistemas y subsistemas, en contraposición a la electrónica analógica y las señales analógicas.

En la mayoría de sistemas digitales, el número de estados discretos es tan solo de dos y se les denomina niveles lógicos (0 y 1). Estos niveles se representan por un par de valores de voltaje, uno cercano al valor de referencia del circuito (normalmente 0 voltios, tierra o "GND"), y otro cercano al valor dado por la fuente de alimentación del circuito (en circuitos TTL serian +5 voltios). Estos dos estados discretos reciben muchas parejas de nombres en libros de electrónica y otros textos especializados, siendo los más comunes "0" y "1", "F" y "V", "off" y "on" o "bajo" y "alto" entre otros. Tener solo estos dos valores nos permite usar el álgebra booleana y códigos binarios, los que nos proporciona herramientas muy potentes para realizar cálculo sobre las señales de entrada.

Sabemos que hay dos tipos de señales, una es analógica o continua y la segunda es digital o discreta. Entonces, la ciencia o campo de investigación en el área de la ingeniería se denomina Electrónica Analógica y Electrónica Digital. Ahora en el área de la electrónica digital, es esencial comprender una amplia gama de aplicaciones, desde la electrónica industrial hasta los campos de la comunicación, desde los micro sistemas integrados hasta los equipos militares. La principal y quizás la ventaja más revolucionaria de la electrónica digital es la disminución de tamaño y la mejora de la tecnología.

La electrónica digital es aquel sistema electrónico que utiliza una señal digital en lugar de una señal analógica. La electrónica digital es la representación más común del álgebra booleana y es la base de todos los circuitos digitales para computadoras, teléfonos móviles y muchos otros productos de consumo.

La unidad fundamental más común de la electrónica digital es la puerta lógica. Combinando numerosas puertas lógicas (de decenas a cientos de miles) se pueden crear sistemas más complejos. El complejo sistema de electrónica digital se conoce colectivamente como circuito digital.

Compuertas lógicas.

Las Compuertas Lógicas son circuitos electrónicos conformados internamente por transistores que se encuentran con arreglos especiales con los que otorgan señales de voltaje como resultado o una salida de forma booleana, están obtenidos por operaciones lógicas binarias (suma, multiplicación). También niegan, afirman, incluyen o excluyen según sus propiedades lógicas. Estas compuertas se pueden aplicar en otras áreas de la ciencia como mecánicahidráulica o neumática.

Existen diferentes tipos de compuertas y algunas de estas son más complejas, con la posibilidad de ser simuladas por compuertas más sencillas. Todas estas tienen tablas de verdad que explican los comportamientos en los resultados que otorga, dependiendo del valor booleano que tenga en cada una de sus entradas.

Trabajan en dos estados, "1" o "0", los cuales pueden asignarse a la lógica positiva o lógica negativa. El estado 1 tiene un valor de 5v como máximo y el estado 0 tiene un valor de 0v como mínimo y existiendo un umbral entre estos dos estados donde el resultado puede variar sin saber con exactitud la salida que nos entregara.

Tipos de compuertas Lógica:

En este blog veremos todas las compuertas lógicas, veremos su funcionamiento, tabla de verdad de cada una de ellas:

  1.     Compuerta lógica NOT (C.I. 74LS04).
  2.  Compuerta lógica AND (C.I. 74LS08).
  3.     Compuerta lógica NAND (C.I. 74LS00).
  4.     Compuerta lógica OR (C.I. 74LS32).
  5.   Compuerta lógica NOR (C.I. 74LS02).
  6.     Compuerta lógica XOR (C.I. 74LS86).
  7.    Compuerta lógica XNOR (C.I. 74LS266).


1.-COMPUERTA LÓGICA NOT:

En este caso esta compuerta solo tiene una entrada y una salida y esta actúa como un inversor. Si la entrada se encuentra en estado activo “1” se tendrá a la salida un estado inactivo “0” y para el caso contrario, si la entrada se encuentra en estado inactivo “0” a la salida estará en estado activo “1”. Por lo cual todo lo que llegue a su entrada, será inverso en su salida.

A continuación, les dejo su símbolo, función lógica y su tabla de verdad.



Y para este caso utilizamos el circuito integrado 74LS04, a continuación, les dejo su conexión interna, pines de alimentación, entradas y salidas de los NOT, como se en el diagrama este circuito integrado tiene 6 NOT en su interior.



 Después de haber leído la teoría de la compuerta lógica NOT, ahora vamos a realizar las pruebas de funcionamiento de cada una de ellas, a continuación, les dejo el diagrama de cada una de las compuertas del circuito integrado 74LS04.




 En el siguiente video veremos como probar la compuerta lógica NOT, les recomiendo ver el video ya que esta bien explicado paso a paso.

Ver el siguiente Video:



1.-COMPUERTA LÓGICA AND:

Esta compuerta es representada por una multiplicación en el Algebra de Boole. Indica que es necesario que en todas sus entradas se tenga un estado binario 1 (Nivel alto) para que la salida otorgue un 1 binario (Nivel alto). En caso contrario de que falte alguna de sus entradas con este estado o no tenga si quiera una accionada, la salida no podrá cambiar de estado y permanecerá en 0 (eso quiere decir que basta que una de sus entradas este en 0 su salida será 0). Esta puede ser simbolizada por dos o más interruptores en serie de los cuales todos deben estar activos para que esta permita el flujo de la corriente.

A continuación, se muestra el símbolo:


Su tabla de verdad es la siguiente:



La compuerta lógica AND también lo podemos representar en un circuito electrónico muy simple como lo vemos en el siguiente diagrama, consta de 2 interruptores en serie (que serán mis entradas A y B) y la salida representada con un diodo led, esta prueba lo pueden realizar y verán que si se cumple la tabla de verdad.


Compuerta lógica representado con 3 y 4 entradas:


Ejercicios simples con la compuerta lógica AND:


A continuación, les muestro el circuito integrado 74LS08 que sería una compuerta lógica AND de 2 entradas, allí esta sus pines de conexione, este circuito integrado tiene 4 compuertas lógicas en su interior.




Circuito ensamblado en una protoboard: 


En el siguiente video veremos las pruebas y funcionamiento del circuito integrado 74LS08, que sería una compuerta lógica AND, les recomiendo ver el video:

Ver el video:


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