Como diseñar circuitos combinacionales

Un circuito combinacional es un circuito digital que puede evaluarse independientemente de cualquier salida anterior. Este tipo de lógica también se conoce como lógica lineal y tiene muchas aplicaciones prácticas en los ordenadores y otra electrónica digital.

La lógica digital es la base de la informática digital moderna. Todo, desde el teléfono inteligente hasta el ordenador portátil, el router de Internet y todos los demás aparatos electrónicos digitales que utilizamos en nuestra vida cotidiana, se basan en la lógica binaria, un conjunto de principios para evaluar los valores de verdad lógicos.  

En esta entrada del blog, aprenderás los principios que hay detrás de la lógica combinacional, cómo construir circuitos combinacionales sencillos desde cero utilizando sólo componentes discretos, y algunos ejemplos prácticos de su uso.

 

Entender la lógica combinacional

Un circuito lógico combinacional es un circuito cuya salida depende sólo de sus entradas actuales y no de sus valores de entrada pasados. Esto hace que los circuitos lógicos combinacionales sean ideales para situaciones en las que el orden de las entradas es irrelevante. Los circuitos lógicos combinacionales no almacenan ninguna información de una entrada a la siguiente y, por tanto, no tienen memoria. En la lógica combinacional, la salida del circuito está determinada únicamente por los valores actuales de las entradas, sin tener en cuenta los valores de las entradas que las precedieron. Un circuito cuya salida depende de su entrada actual -y no de sus valores de entrada anteriores- se llama circuito combinacional. A veces se le llama circuito lineal, porque puede ser representado gráficamente por un gráfico de línea recta.

 

Puertas digitales

Un ejemplo básico de un circuito combinacional es una cerradura de puerta digital, en la que al pulsar cualquiera de los botones se abre la puerta. En este caso, pulsar "rojo" y luego "verde" no tendría ningún efecto, ya que el orden en el que se pulsan los botones no influye en el resultado. Este es un ejemplo de circuito lógico combinacional, ya que el resultado de pulsar los botones depende sólo de los valores de entrada de cada botón, y no del orden en que se pulsan. En este ejemplo, el circuito se representa mediante una tabla de verdad, que es una forma gráfica conveniente de mostrar y estudiar los circuitos lógicos combinacionales. Las entradas y salidas están tabuladas, y el resultado se muestra en la intersección de las dos.

 

Teoría de la lógica combinacional

Los circuitos lógicos combinacionales dependen sólo de los estados de entrada actuales y por lo tanto pueden ser evaluados independientemente de cualquier salida anterior. Cada salida de un circuito combinacional es manejada por una sola entrada. Esto facilita la creación de una tabla de valores de entrada y salida, donde cada fila representa un único estado de entrada y cada columna representa un único estado de salida. Los circuitos lógicos combinacionales que contienen N entradas tienen 2N posibles combinaciones de entrada y, por tanto, 2N posibles combinaciones de salida. Cualquier circuito lógico que tenga un número de entradas igual a 2N puede ser representado por una única tabla de verdad con 2N filas. La lógica combinacional es ideal para aplicaciones en las que el orden de las entradas es irrelevante. Esto hace que los circuitos lógicos combinacionales sean ideales para manejar circuitos secuenciales y para su uso en ordenadores, donde el orden de las entradas y salidas es irrelevante.

 

Esquemas de lógica combinacional

Existen tres circuitos básicos de lógica combinacional: - Una puerta NAND - Una puerta NOR - Una puerta AND Todos ellos son circuitos de 2 entradas y 2 salidas con una salida de 1 entrada (común). Son el equivalente de dos entradas a los circuitos AND, OR y NOT de una sola entrada descritos anteriormente. Una puerta NAND es una puerta AND cuya salida es falsa sólo cuando ambas entradas son verdaderas. Una puerta NOR es una puerta OR cuya salida es falsa sólo cuando ambas entradas son verdaderas. Una puerta AND es una puerta OR cuya salida es falsa sólo cuando ambas entradas son falsas.

 

Combinación de puertas digitales para formar circuitos combinacionales

La combinación de compuertas digitales de diferentes maneras constituye la base de todos los circuitos digitales. Si se combinan puertas AND de 2 entradas y puertas OR de 2 entradas, se obtiene una puerta NAND de 2 entradas y una puerta NOR de 2 entradas. Combinando una AND de 2 entradas y una OR de 2 entradas se obtiene una puerta AND de 2 entradas cuya salida es falsa o verdadera en función de las entradas. Combinando un OR de 2 entradas y un AND de 2 entradas se obtiene una puerta OR de 2 entradas cuya salida es falsa o verdadera en función de las entradas.

 

Otros usos de la lógica combinacional

Los circuitos de lógica combinacional son la base de toda la lógica secuencial y de la lógica computacional. Los circuitos lógicos combinacionales también se pueden utilizar en aplicaciones donde el orden preciso de los valores de entrada es importante. Por ejemplo, una máquina de diagnóstico médico podría tener una entrada para la temperatura del paciente, otra para la cantidad de oxígeno en la sangre y una tercera para el color de la piel, y la máquina utilizaría la lógica combinacional para determinar si el paciente tiene fiebre.

 

¿Qué es lo siguiente?

Si estás interesado en aprender más sobre la lógica digital, o estás buscando formas de aplicar tus conocimientos, hay muchos proyectos potenciales que podrían ayudarte a avanzar en tus habilidades. Un circuito digital diseñado para resolver un problema concreto se conoce como diseño de circuito digital. Es importante notar que cualquier circuito digital que diseñes debe adherirse a los principios fundamentales de la lógica digital que aprendiste en este artículo. Los circuitos digitales son altamente complejos y por lo tanto requieren de programas de diseño de circuitos. CircuitMaker es una herramienta gratuita basada en el navegador que es fácil de usar, incluso para los principiantes. Es genial para construir circuitos simples y aprender los fundamentos del diseño de circuitos. Quartus II es un popular software de diseño de circuitos de pago utilizado por los profesionales. Sus características avanzadas lo hacen adecuado para construir circuitos complejos. Estas herramientas facilitan el diseño de circuitos digitales y el desarrollo de tus habilidades digitales. Todo lo que tienes que hacer es empezar.