Olá, estudante! Você já parou para pensar em quanta coisa nova você aprendeu até esse momento, aqui no curso técnico? Muita coisa, não é mesmo? Nesta lição, chegamos ao momento de colocarmos em prática muitos dos conhecimentos que tivemos até aqui! Projetos de circuitos é algo muito interessante e cativante. Os circuitos são usados em tudo que temos: TVs, eletrodomésticos, computadores, smartphones, máquinas industriais etc. Mas como os circuitos funcionam? O que são portas lógicas? Ficou curioso(a)? 

Já falamos um pouco sobre a história da computação, mas é preciso destacar aqui, alguns detalhes dos circuitos e dos problemas que existiram por algum tempo. No início da computação, os projetos tinham muitos problemas de confiabilidade e durabilidade e, como você deve imaginar, isso atrapalha, e muito, a utilização desses computadores. 

Talvez, você já saiba, mas para relembrar, nos anos 1940, os computadores ainda funcionavam com válvulas e, com a utilização das máquinas, elas esquentavam, queimavam e demoravam demais para funcionar, o que fazia ser um trabalho muito árduo utilizar os computadores. Além disso, existia mais um problema: os projetos dos circuitos! 

Durante muitos anos os projetos eram feitos um a um e não existia uma automação para os circuitos. Ou seja, consegue imaginar a demora disso tudo? Com o passar do tempo, tudo isso mudou graças às linguagens de descrição de hardware, pois essas aceleraram os projetos de circuitos.

Não há dúvida de que a eletrônica avançou muito nas últimas décadas, e isso se deu em especial quando o computador passou a ser também uma máquina de telecomunicação. Surgiram dispositivos, como celulares, smartphones, sistema de posicionamento global (GPS), positioning system, sistemas de TVs a cabo, microprocessadores, memórias, entre outros. 

Não temos dúvida em dizer que tudo isso foi possível graças à microeletrônica. Esses avanços nos estudos foram capazes de dar a possibilidade de realizar a integração de milhões de transistores em um único circuito integrado, e isso possibilitou aumento na velocidade, a realização confiável de tarefas e maior segurança para aviões, foguetes e satélites, por exemplo, além dos custos reduzidos e a utilização de dispositivos menores. Foram desenvolvidas técnicas de projetos de circuitos integrados de aplicações específicas (ASICs), como PLDs (Dispositivos Lógicos Programáveis), FPGA (Field Programable Gate Array), Gate Array, Standard Cel e Full Custom. Tudo que está em nossa volta são resultados da evolução da área de eletrônica.

Pode-se fazer uma analogia entre a álgebra das proposições e as chaves elétricas. Ao considerarmos um circuito em série e outro em paralelo, veremos que as situações para que as lâmpadas fiquem acesas serão diferentes. Veja o exemplo na Figura 1:

No caso da figura, o circuito em série, à direita, temos as lâmpadas dispostas em formato seriado, e elas ficarão acesas no caso de o interruptor estar ligado. No caso da figura à esquerda, temos o circuito em paralelo, e, nesse caso, podemos ter uma situação diferente, em que uma das lâmpadas poderá ficar apagada e a outra acesa. Em outras palavras, podemos dizer que o circuito em série seria uma representação ou aplicação do que vimos nas conjunções (e) e o circuito em paralelo seria a disjunção (ou). 

Redes de Portas Eletrônicas 

As portas eletrônicas, geralmente, recebem voltagens como entrada e produzem voltagens de saída. Os valores não são significativos, e, sim, dois intervalos de valores: alto e baixo (GUIMARÃES; LAGES, 2005). Podemos, assim, associar o 1 e o 0 às voltagens alta e baixa. Eles podem implementar as três operações E, OU e NÃO. 

Dessa forma, temos na imagem:

• Uma porta OU (OR), que tem duas ou mais entradas e a saída será 1 se uma ou mais de uma entrada for igual a 1. A saída será a + b. Seria como uma adição. 

• Uma porta E (AND), que pode ter duas ou mais entradas, e a saída assume o valor 1 se, e somente se, todas as entradas são 1. A saída poderá ser a · b. Seria como uma multiplicação. 

• Uma porta NÃO E (NAND), que é a negação do AND, ou seja, o oposto de AND.

• Um buffer, ou seja, portas que têm alta capacidade de corrente de saída, sendo utilizadas como dissipador de corrente ou mesmo como fonte de corrente.

• Uma porta OR, ou OU, Exclusivo (XOR), que, se os valores forem diferentes, o valor apresentado na saída será 1. Caso os valores forem iguais, o 0 estará na saída.

• Uma porta XNOR, que é o contrário da porta XOR. Assim, valores iguais resultam em saída 1 e diferentes em 0.

• Uma porta NÃO OU (NOR), é uma negação de OR, inverte os valores de OR. 

• A porta NÃO (Inversor) só tem uma entrada, e sua saída é 1 se a entrada é 0 e será 0, se a entrada é 1. A saída será a.

Podemos estabelecer a tabela verdade para as portas lógicas, que seria como apresentado no Quadro 3:

Você estudará o conceito de portas lógicas, com mais profundidade, no componente curricular de Lógica Computacional, o qual também integra este curso técnico.

Uma boa maneira de simplificar os circuitos foi pelo uso da equivalência das expressões booleanas ou lógicas. Isso fica fácil de perceber por meio do Quadro 3. Isso é muito útil porque, por meio da simplificação, é possível ter circuitos que dissipam menos calor, e isso é essencial para o tempo de vida dos dispositivos. Assim, temos, por exemplo: 

Sejam P1 e P2 duas expressões, elas serão equivalentes se, e somente se, para todas as linhas na tabela verdade temos P1=P2.  

Se P1 for diferente de P2 em, pelo menos, uma interpretação, então, eles não são equivalentes. 

Você pode aplicar as asserções descritas anteriormente no simulador de portas lógicas, testando um circuito simples para concretizar o seu aprendizado. Acesse o site: https://circuitverse.org/simulator e divirta-se!