O que são portas lógicas

São dispositivos que operam e trabalham com um ou mais sinais lógicos de entrada para ter no final uma e somente uma saída, de acordo com a função criada no circuito.

Na atualidade, a sua implementação é quase sempre em circuitos eletrônicos integrados, mas podem ser componentes discretos, circuitos eléctricos com relés, dispositivos ópticos, circuitos hidráulicos ou mesmo mecanismos.

Considerando circuitos elétricos ou eletrônicos, deve-se notar que os valores lógicos 0 e 1 são representados por tensões ou correntes. Na análise lógica, esse dado não é levado em conta e os valores de entradas e saídas são sempre referidos a 0 ou a 1.

Porta OR (OU)

Nesta porta, a saída S é igual à operação booleana OR entre os valores das entradas. Na figura abaixo, está representado o símbolo usual e, a tabela de verdade da função.

A função booleana (ou lógica) é S = A + B.

A figura acima apresenta um circuito eléctrico simples com dois interruptores e uma lâmpada. Neste caso, o interruptor desligado é nível lógico 0 e interruptor ligado é o nível lógico 1.

A lâmpada liga quando pelo menos um dos interruptores está ligado. Portanto, o circuito opera conforme a tabela de verdade ao lado.

Porta AND (E)

A saída S é igual à operação booleana E entre os valores das entradas. Símbolo usual conforme a figura e a tabela de verdade em baixo. A figura mostra um circuito simples com interruptores.

Agora, os contatos estão em série e a saída só terá nível 1 quando todas as
entradas forem também 1. A função S = A . B

Porta NOT (NÃO – negação)

Na porta NOT, a saída S está invertida relativamente à entrada A.

Na Figura abaixo podemos ver o símbolo usual, a tabela de verdade e circuito eléctrico simples para a função.

A função lógica é S = A . A porta NOT é também denominada inversor. Para simplificar os diagramas, o símbolo é apenas um pequeno círculo se estiver junto de uma entrada ou saída de outra porta lógica.

Porta Não inversora

Na porta Não inversora, a saída S é igual à entrada A. Na Figura abaixo podemos ver o símbolo usual, a tabela de verdade e circuito eléctrico simples para a função.

A função lógica é S =A. Esta porta é também denominada como buffer não inversor.

Portas com mais de duas entradas

Em razão da operação que executa, a porta NÃO admite apenas uma entrada. As portas OR e AND (e outras delas derivadas) podem ter qualquer número n ≥ 2 de entradas.

No quadro anterior, pode-se ver o símbolo e a tabela de verdade para a porta OR de 3 entradas, S = A + B + C.

Porta NOR

É uma porta OR com um inversor (NOT) na saída, que, nos diagramas, pode ser representado por um pequeno círculo conforme já comentado.
Expressão lógica segundo álgebra de Boole: S = A + B.

Devido à ação do inversor, os resultados são complementares aos da porta OR.

Porta NAND

De forma similar à anterior, apresenta resultados complementares aos da porta E devido ao inversor na saída. Símbolo usual e tabela de verdade para duas entradas nas Figuras acima.
Função lógica: S = B . A

Porta XOR e XNOR

Conforme visto em, a operação booleana OR não oferece plena equivalência com a soma aritmética comum. A função XOR (OR Exclusivo) permite essa correspondência. A porta XOR é a função diferença, a saída é 1 sempre que A≠B.

A porta XNOR é a porta XOR com um inversor na saída, resultando em valores complementares aos da anterior. A porta XNOR é a função igualdade, a saída é 1 sempre que A=B.

Circuito integrado Típicos

Aqui apresentam-se alguns CI típicos CMOS (40XX) e TTL (74XX)

OR

AND

NOT

BUFFER
NOT e NAND

GLOSSÁRIO

Barramento elétrico

Realiza a função de condutor dentro de um sistema elétrico. Os barramentos elétricos de cobre são resistentes ao calor e a corrosão.

Protocolo

De maneira simples, um protocolo pode ser definido como “as regras que governam” a sintaxe, semântica e sincronização da comunicação.

Bit

Simplificação para dígito binário, “Binary digit” (em inglês) é a menor unidade de informação que pode ser armazenada ou transmitida, usada na Computação e na Teoria da Informação. Um bit pode assumir somente 2 valores: 0 ou 1, corte ou passagem de energia respectivamente.

LRU (Line Replaceable Unit)

É a designação atribuída a um componente, normalmente exterior, facilmente substituível a nível de linha.

Commercial Standard Digital Bus – CSDB

Barramento Digital Padrão Comercial é um barramento assíncrono unidirecional, anteriormente conhecido como o Barramento Digital Padrão Collins. A velocidade máxima é de 50 kbit /s.

Expressão de lógica booleana

É uma estrutura lógica que pode ser verdadeira ou falsa. As expressões podem ser ligadas através de operadores (como AND, OR e NOR) para possibilitar a criação de expressões complexas.

Circuito integrado

Um circuito integrado, abreviadamente CI, é um circuito eletrônico miniaturizado (composto principalmente por dispositivos semicondutores) sobre um substrato fino de material semicondutor.

Glossário — Portas Lógicas (Eletricidade Básica)

Navegue pelos termos (ordem alfabética):

• Álgebra Booleana
• AND (Porta E)
• Bit
• Buffer (Porta não inversora)
• CMOS (família 40xx)
• Circuito elétrico
• Circuito integrado (CI)
• CSDB (Commercial Standard Digital Bus)
• Entrada (sinal de entrada)
• Expressão booleana
• Inversor (Porta NOT)
• LRU (Line Replaceable Unit)
• Nível lógico (0 e 1)
• NAND
• NOR
• OR (Porta OU)
• Portas com múltiplas entradas
• Protocolo (comunicação)
• Relé
• Saída (sinal de saída)
• Símbolo (portas lógicas)
• Soma lógica ( + )
• Tabela-verdade
• TTL (família 74xx)
• XOR (OU exclusivo)
• XNOR (equivalência)

Álgebra Booleana

Conjunto de regras matemáticas que trabalha apenas com dois valores (0 e 1). Permite representar funções lógicas com operadores como + (OR), · (AND) e negação (NOT).

AND (Porta E)

Porta cuja saída é 1 somente quando todas as entradas são 1. Expressão típica: S = A · B. Em série com interruptores, a lâmpada só acende se todos estiverem ligados.

Bit

Menor unidade de informação (0 ou 1). Em circuitos, representa corte (0) ou passagem (1) de energia/nível lógico.

Buffer (Porta não inversora)

Porta cuja saída repete a entrada (S = A). Usada para “isolar” estágios, melhorar margem de corrente ou ajustar impedâncias, sem inverter o nível lógico.

CMOS (família 40xx)

Tecnologia de CIs lógicos muito usada em baixa potência. Série “40xx” reúne portas OR, AND, NOT, NAND, NOR, XOR, etc., em encapsulamentos padronizados.

Circuito elétrico

Interligação de componentes que permite o fluxo ordenado de corrente. No estudo lógico, representamos apenas 0 e 1 (sem entrar em valores exatos de tensão/corrente).

Circuito integrado (CI)

Conjunto miniaturizado de componentes (principalmente semicondutores) fabricado sobre um substrato. Reúne várias portas lógicas em um único encapsulamento.

CSDB (Commercial Standard Digital Bus)

Barramento digital assíncrono unidirecional usado em aplicações aeronáuticas legadas. Velocidade típica citada: até 50 kbit/s.

Entrada (sinal de entrada)

Nível lógico aplicado aos terminais de uma porta (A, B, C…). A combinação das entradas define o que aparecerá na saída, conforme a função lógica.

Expressão booleana

Equação que descreve a função lógica (ex.: S = A + B, S = ¬(A · B)). Ajuda a converter entre símbolo, tabela-verdade e circuito.

Inversor (Porta NOT)

Porta de uma entrada que inverte o nível: se A=1, S=0; se A=0, S=1. Representa-se por um triângulo com um pequeno círculo na saída.

LRU (Line Replaceable Unit)

Unidade substituível em linha: módulo que pode ser trocado rapidamente na aeronave. Em aviónicos, muitas LRUs contêm CIs com portas lógicas.

Nível lógico (0 e 1)

Representação de “desligado/ligado” por faixas de tensão/corrente. Na análise lógica, tratamos apenas como 0 (falso) e 1 (verdadeiro).

NAND

É o complemento de AND. A saída é 0 apenas quando todas as entradas são 1. Expressão: S = ¬(A · B).

NOR

É o complemento de OR. A saída é 1 apenas quando todas as entradas são 0. Expressão: S = ¬(A + B).

OR (Porta OU)

Porta cuja saída é 1 quando pelo menos uma das entradas é 1. Expressão: S = A + B. Em paralelo com interruptores, a lâmpada acende se qualquer um estiver ligado.

Portas com múltiplas entradas

Versões de OR/AND (e derivadas) que aceitam n ≥ 2 entradas. Ex.: S = A + B + C (OR de 3 entradas).

Protocolo (comunicação)

Conjunto de regras de sintaxe, semântica e sincronização que permite a comunicação entre dispositivos. Em barramentos, define como bits 0/1 são trocados.

Relé

Componente eletromecânico que comuta contatos por ação magnética. Pode implementar funções lógicas (séries/paralelos), embora os CIs sejam mais comuns hoje.

Saída (sinal de saída)

Resultado da função lógica aplicada às entradas. É sempre uma por porta elementar; alimenta outras portas ou cargas (LED, lâmpada, etc.).

Símbolo (portas lógicas)

Desenho padronizado usado em esquemas: AND (meia-lua reta), OR (meia-lua curva), NOT (triângulo + bolinha), etc. A “bolinha” indica inversão.

Soma lógica ( + )

Operador da álgebra Booleana que corresponde à função OR. Não é a mesma “soma” aritmética — exceto quando usamos XOR para modelar “soma sem vai-um”.

Tabela-verdade

Quadro que lista todas as combinações de entradas e o valor da saída para cada uma. É o jeito mais direto de “enxergar” a função da porta.

TTL (família 74xx)

Tecnologia clássica de CIs lógicos. A série “74xx” oferece as mesmas funções das famílias CMOS com características elétricas diferentes (corrente, velocidade).

XOR (OU exclusivo)

Saída 1 quando as entradas são diferentes (A ≠ B). Útil para detectar desigualdade e modelar “soma sem transporte”.

XNOR (equivalência)

Complemento do XOR. Saída 1 quando as entradas são iguais (A = B). Usado como comparador lógico simples.

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FAQ — Perguntas Frequentes

P: Como relacionar símbolo, expressão booleana e tabela-verdade?

R: Comece pela tabela-verdade (todas as combinações). Daí, escreva a expressão (ex.: para OR, S = A + B) e, por fim, associe ao símbolo. Esse “triângulo” de representações é equivalente e facilita o estudo.

P: Por que NAND e NOR são chamados de “portas universais”?

R: Porque, com elas, você pode montar qualquer outra função lógica (NOT, AND, OR, XOR…). Em manutenção/aviónicos, isso ajuda a substituir funções usando o que há disponível no estoque.

P: O que muda entre TTL (74xx) e CMOS (40xx) para quem está na bancada?

R: Margens de tensão, consumo e imunidade a ruído. TTL consome mais corrente e opera em faixas de tensão típicas de 5 V; CMOS consome menos e aceita uma faixa maior, útil em sistemas de baixa potência.

P: “Soma lógica” é a mesma coisa que a soma de números?

R: Não. + em Boole representa OR. Para somar bits “de verdade” sem transporte usamos XOR; com transporte, precisamos de combinacionais (meio somador/somador completo).

P: Onde portas lógicas aparecem numa aeronave?

R: Em LRUs e módulos de aviãoica (discretos, lógica de travamento, comparadores, detectores), em interfaces com sensores/atuadores e em lógica de intertravamento de sistemas.

P: Por que usar buffer se ele “não faz nada” com o nível?

R: Ele fornece isolamento elétrico e capacidade de corrente, melhorando o acionamento de cargas/estágios seguintes e a integridade do sinal.

P: Posso ter portas com 3, 4… entradas? Como leio a expressão?

R: Sim. Basta estender o operador: S = A + B + C (OR) ou S = A · B · C (AND). A tabela-verdade cresce com o número de entradas.

P: Qual a diferença entre OR e XOR na prática?

R: OR acende a saída quando pelo menos uma entrada é 1 (inclui o caso A=1, B=1). XOR acende somente quando as entradas são diferentes (A ≠ B).

P: É correto implementar lógica só com relés?

R: Funciona e é didático (séries = AND; paralelos = OR), mas é lento, grande e sujeito a desgaste. Em aeronaves modernas, a lógica está em CIs/placas.

P: Como conferir se uma porta do CI “morreu” em campo?

R: Alimente o CI dentro da faixa, aplique combinações de entrada conhecidas e compare a saída com a tabela-verdade. Semelhante a um “teste funcional” básico.