O que é Eletrônica Digital?
A eletrônica se divide basicamente em duas partes:
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Eletrônica Digital,
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Eletrônica Analógica
A Eletrônica Digital “trabalha” com o sinal eletrônico digital.
A Eletrônica Analógica "trabalha" com sinais eletrônicos analógicos.
Mas qual é a diferença entre as “duas eletrônicas”?
Para responder a isso, vamos fazer uma analogia simples, com exemplos.
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Eletrônica Digital - Sinal Digital
- Imagine uma lâmpada (poderia ser um Led). Só há 2 possibilidades: ou está acesa ou apagada. Ela não pode estar meio-acesa ou meio apagada (figura 1)
Como interpretar isso, do ponto de vista do Sinal Eletrônico Digital?
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Se a lâmpada está acesa (dizemos que está ligada / ON / ou “1” ou "nível 1", mais à frente você entenderá estes termos), isso ocorre porque há uma corrente elétrica que passa pelo fio, e acende a lâmpada.
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Se não houver corrente elétrica a lâmpada está apagada (dizemos que está desligada / OFF / ou “0” ou "nível 0").
Resumindo: O sinal digital só tem 2 possibilidades, que chamamos de “ON" / "1"/ Nível 1 ou OFF” / “0" / Nível 0.
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Eletrônica Analógica - Sinal Analógico
O sinal analógico (figura 2), diferentemente do digital, varia o tempo todo, e não somente em duas posições.
Quase tudo varia continuamente, a temperatura, a nossa voz, uma porta que, entre as posições aberta e fechada tem uma infinidade de posições entre elas.
Resumindo - no sinal digital há somente 2 possibilidades, no analógico, infinitas possibilidades, como mostra a figura 2.
Conceitos Básicos Módulo 1.1
Eletrônica Digital
Definição de Eletrônica Digital,
É a área da Eletrônica que lida com sinais digitais, portanto "0" e "1" (Nível 0 / Nível 1). Além disso, componentes eletrônicos digitais específicos, são projetados para trabalhar com a Eletrônica Digital.
Os Sinais digitais se apresentam em 2 níveis, designados de:
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"nível 0" ou simplesmente "0" (às vezes chamamos de nível baixo), ou
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"nível 1" ou simplesmente "1", ou nível alto
Na figura 1 é mostrado a forma de onda de um sinal digital, e como pode ser visto, ou o sinal está na parte superior (nível "1") ou na parte inferior (nível 0)
A maior parte dos sinais eletrônicos "dentro" de um computador, celular, TV, etc., são Sinais Digitais.
Caso use um osciloscópio, para ver as formas de ondas, elas serão parecidas com as da figura 2 (sinal digital).
Estes equipamentos (Computador, celular, etc.), usam normalmente componentes eletrônicos específicos, chamados de Circuitos Integrados digitais, ou simplesmente (CI's)
Nos Módulos 2 e 3, veremos como funcionam os blocos que constituem os CI's, Mas antes, é necessário aprender alguns conceitos básicos, que são fundamentais, para compreender a Eletrônica Digital.
Tipos de Sinais Eletrônicos
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Sinal é qualquer quantidade física (por exemplo, temperatura) que muda ao longo do tempo.
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Sinal elétrico é uma quantidade elétrica (por exemplo, tensão, corrente, potência) que varia com o tempo.
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Sinal analógico é um sinal que pode assumir qualquer valor dentro de certos limites.
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Sinal digital é um sinal que pode assumir apenas dois valores "nível 0" ou "nível 1".
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Níveis de tensão para sinal digital lógico (ver figura 3, representado pela amplitude na figura 1)
Tanto o "nível 0" quanto o "nível 1", não podem ter um valor qualquer de tensão, mas dentro de uma faixa:
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Nível “0” - Os valores de tensão variam de 0 volts a 0,8 volts
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Nível "1" - Os valores de tensão variam de 1,2 volts a 5 volts.
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O valor para o nível lógico "1", depende da família (tipo) do componente, por exemplo: TTL (5 V) / CMOS (de 3 a 5 V) / LVCMOS (de 1,2 a 3,3 V) (não se preocupe com essas siglas, as veremos posteriormente)
E porque o nível "0", por exemplo, não é um valor fixo? Isso ocorre porque todo o sinal (seja digital ou analógico), apresenta ruído que traz consigo uma série de problemas. Então, para contornar o problema do ruído, o valor de tensão do sinal pode variar numa faixa (no caso de 0 a 0,8 V), para o nível "0".
Assim, mesmo que haja ruído, ela fica dentro desse intervalo e é considerado "nível 0"
Sistemas de Numeração
Como vimos só existem dois valores para sinais digitais: 0 e 1.
A estas duas possibilidades (0 e 1), é associado um Sistema de Numeração Binário, então para números maiores (2 por exemplo), é necessário repetir símbolo(s) anteriores: 0 e/ou 1.
Para entendermos melhor, vamos começar com um sistema que todos conhecemos: Sistema Decimal
Sistemas de Numeração Decimal
Desde o início da história da humanidade, contar, saber expressar quantas unidades, coisas desse tipo, foi algo primordial. Por isso, ao longo do tempo, muitos sistemas de numeração surgiram, foram usados durante algum tempo, porém, outros sistemas mais abrangentes e melhores, iam substituindo os antigos.
De todos, o Sistema Decimal, foi o melhor e mais apropriado, e por isso 1500 anos depois de seu aparecimento, ainda reina absoluto.
Números e Símbolos
Um número é algo que representa uma quantidade. Essa é uma noção, que todos aprendemos desde muito novos. Porém, há a possibilidade de representar uma determinada quantidade de maneiras diferentes, dependendo do sistema de numeração. Por exemplo, 1822 pode ser escrito como: MLCCCXXII em algarismos romanos.
Símbolos - Símbolos são representações gráficas de um sistema, seja de numeração seja de escrita.
O sistema Decimal tem 10 símbolos (também chamados de algarismos): 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9.
A partir do algarismo 9, temos que repetir os outros algarismo para formar novos números.
O sistema de numeração decimal, é um sistema posicional, ou seja a posição de um algarismo, modifica o seu valor.
No número 121, o primeiro "1", representa a posição de 100 unidades, já o segundo "1", tão somente uma unidade.
O sistema decimal é perfeito para nós humanos, mas será o mesmo para os computadores?
Sistemas de Numeração Binário
Como vimos, em eletrônica digital temos somente dois valores, então ele forma um sistema binário com dois algarismos: 0 e 1.
Da mesma forma, o sistema binário também é posicional.
Pela tabela, parece confuso usarmos números do tipo "1011.."quando poderíamos usar o sistema decimal, mais fácil pra nós. Mas isso não é verdade para os computadores.
A principal razão pela qual o sistema de numeração binária é usado em computadores eletrônicos modernos é a facilidade de representar dois estados (0 e 1, chamados bits) eletronicamente.
Com componentes eletrônicos relativamente simples, podemos realizar diversas funções, usando Lógica Binária, representando cada bit, por um circuito que está ligado (com corrente) ou desligado (sem corrente).
Conversão de Sistema Binário para Decimal
Antigamente, tínhamos que aprender a converter sistemas numéricos em outros, porque não havia outro jeito. Atualmente, existem na Internet, centenas de aplicativos que fazem isso de maneira rápida. O próprio Windows tem um aplicativo de Calculadora que faz essa conversão. Portanto não vamos nos preocupar com isso.
Sistema de Numeração Hexadecimal
Como vimos, o sistema binário é perfeito para utilização em computadores (na verdade, a maior partes dos equipamentos eletrônicos usam a lógica binária), porém os números binários são difíceis de manusear.
Assim, desde o início da utilização do sistema binário, foram criados outros sistemas, visando a facilidade de manuseio, pois trabalhar com muitos "zeros e uns" é uma tarefa árdua.
O sistema Hexadecimal foi um deles e se tornou o principal.
O sistema Hexadecimal usa 16 símbolos ou caracteres: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F.
Este sistema os caracteres também são posicionais.
Para se ter uma ideia da simplificação, o número "1111" em binário, é representado por "F" em hexadecimal
Observação;
Um sistema chamado Octal (8 caracteres) também foi usado, mas não tanto quanto o hexadecimal. Não o descreveremos aqui, porém há bastantes informações a respeito na Internet
Conversão entre Sistemas Binário - Decimal - Hexadecimal - Octal
Usaremos aqui, os mesmos argumentos, mencionados acima. Procure na Internet, aplicativos ou Calculadoras, que fazem isso de maneira simples, rápido e efetiva.
Operações no Sistema Binário
É possível executar as operações básicas - Adição, Subtração, Multiplicação e Divisão - no Sistema Binário.
Por ser um assunto mais técnico e fugir do escopo deste artigo, mostraremos somente uma Tabela com essas operações aritméticas, sem nos aprofundarmos.
Na Internet é possível se obter muitas informações e até exemplos a respeito, caso o leitor queira.
Bit e Bytes
Um dos conceitos mais fundamentais e importantes, em eletrônica e computação, são os termos Bit e Bytes
Mas o que é um Bit?
O Bit, representa aquele "0 ou 1", visto lá no início deste capítulo, mas na verdade ele é muito mais do que isso "o bit é a menor unidade de informação digital". De fato, a menor informação possível de transmitir ou armazenar, é um bit
O bit é representado pela letra b minúscula
A palavra bit vem do inglês "bynary digit", que significa "dígito binário".
Por exemplo, o número binário "1101" tem 4 bits.
Byte - Um Byte é um conjunto de 8 bits , e é representado pela letra B maiúscula.
Vamos tentar fazer uma analogia bem básica mas prática, para entender melhor:
Imagine uma lâmpada e um fio ligado a ela (esqueçamos que a lâmpada precisa de 2 fios). Se não passa corrente - apagada "bit 0". Se passa corrente - acesa "bit 1"
Agora imagine outro cenário - 8 fios - 8 lâmpadas, acesas e/ou apagadas. Muito mais informação - 8 bits (1 Byte) de "0" e/ou "1", no mesmo período de tempo.
Mas resta uma pergunta, porquê o Byte tem 8 bits (e não 6 ou 10, por exemplo)?
A resposta é a seguinte: com 8 bits há 256 possibilidades (de 0000.0000 até 1111.1111). Esta quantidade (256 em decimal) é suficiente para escrever todas as letras, números, acentos e alguns símbolos, o que era tudo o que se precisava, lá nos primórdios dos computadores, época em que os computadores não tinham imagens (dava pra fazer umas imagens bem toscas, mas....).
Então 6 bits (64 em decimal) é insuficiente, e, 10 bits (1024 em decimal) é muito mais do que o necessário.
Como os bits "transitam" dentro de um computador?
Se os bits andassem um atrás do outro (em eletrônica, chamamos isso de comunicação serial), demoraria uma muito, para fazer qualquer coisa, por isso eles andam em grupos de 8 bits =1 Byte (hoje a comunicação interna pode se dar em 16, 32, ou mesmo em 64 bits).
A figura 4 é uma analogia bem simples do que acontece, quando pressionamos a tecla "letra A" em um teclado.
Primeiro, cada letra, acento, etc., é codificada em "0s" e "1s", na forma de 8 bits, de acordo com uma Tabela chamada ASCII.
Então, na forma de 1 Byte de cada vez, essas informações entram no computador e são identificadas. Finalmente elas são processadas e, enviadas à tela de vídeo, para que possamos ver o que estamos fazendo.
Observação: Em muitos casos, é necessária a comunicação serial (a informação é bit a bit), porém, "dentro" dos computadores e celulares, a comunicação é, essencialmente paralela (conjunto de vários bits)
Como exercício: Se o seu computador ou celular tem 8 GBytes de memória, quantos bits ele tem de memória? Quer ajuda, clique aqui