Outubro 22, 2021

Eletrônica digital

Na eletrônica temos duas categorias bastante utilizadas que são: analógica, e digital. Hoje iremos falar sobre a eletrônica digital já que é ela que nos dá a base para trabalharmos com eletrônicos de automação, robótica, embarcados, computadores, mecatrônica, IoT entre outras categorias bastante usadas na atualidade. Caso você queira desenvolver e trabalhar com uma dessas categorias escritas anteriormente é preciso conhecer bem a eletrônica digital.

Quando falamos sobre grandezas físicas como luminosidade, frequência, temperatura, umidade, estamos falando de certa forma, de grandezas analógicas, pois todas essas grandezas podem ter qualquer valor entre dois números inteiros. Na eletrônica também trabalhamos de forma analógica. Por muito tempo se utilizava mecanismos analógicos para se trabalhar na eletrônica. Mas essa eletrônica teve uma evolução que levou o nome de eletrônica digital. Nessa nova eletrônica, não trabalhamos com algum número entre o intervalo de outros dois números, ela trabalha apenas com valor discreto e inteiro. Mas tem se mostrado tão eficiente em sua estrutura, que até mesmo dispositivos que antes funcionavam de forma analógica, têm obtido suas versões digitais. A eletrônica digital ela pode ser bastante aproveitada quando conseguimos entender seu funcionamento e sua estrutura.  

Como a eletrônica digital trabalha.

A eletrônica digital vai trabalhar apenas com duas opções que são as sequencias de 1 e 0. Ou seja, ou o mecanismo está energizado ou não. Esses dois números podem ser representados de várias formas como: ligado/desligado, verdadeiro/falso, sim/não. Pelo fato de termos apenas duas opções a impressão que temos é que estamos nos limitando, mas é aí que entra toda a mágica digital. Essa mágica vai acontecer através de uma lógica chamada de lógica digital ou lógica booleana e através das estruturações de bits.

Lógica Booleana.

A lógica booleana possui esse nome devido ao seu criador, que foi um matemático chamado George Boole, ele desenvolveu toda uma álgebra por traz dessa lógica que é a base tanto para a nossa eletrônica digital, como também para a lógica de programação.

Na álgebra booleana diferente da álgebra convencional, iremos trabalhar apenas com três estruturas lógicas básicas que são as chamadas portas lógicas: and, or e not. Dessas três portas podemos desenvolver outras com as portas nand, nor, xor, xand. (esse assunto será melhor explorado em outro artigo). O que o leitor precisa entender é que se você usar uma sequência de 0s e 1s, através de lógica você pode manipular o que será enviado, como também ser capaz de saber o que o comando pretende fazer. Para ficar mais claro para o leitor, vou dar um exemplo de lógica booleana.  Se em um cômodo de uma casa existem dois interruptores conectados na mesma lâmpada, podemos trabalhar com a lógica or, caso alguém ligue um dos interruptores é possível acionar a lâmpada. Com a lógica and, temos então que os dois interruptores precisam ser acionados para que a lâmpada acenda. Nas portas not, teríamos apenas um interruptor,  porém o mesmo sendo usado de forma invertida, então quando a pessoa estiver ligando o interruptor na verdade ela estará desligando a lâmpada e vice versa.

Configurações dos bytes

Como falamos, na eletrônica digital temos apenas duas opções 0 ou 1. Por isso é trabalhado com números de base 2, chamados de números binários. O que pode confundir o leitor que está começando nesse ramo, já que estamos familiarizados com os números de base 10 chamados de números decimais que são aqueles que estudamos desde pequenos no colégio. Quando estamos falando de números decimais, temos a unidade que pode ser qualquer número de 0 a 9. Nos números binários essa unidade pode ser chamada de bit, e os bits podem receber apenas duas possibilidades de números 0 ou um. Mas como não dá para fazer muita coisa com os bits, foram então desenvolvidos os Bytes, que nada mais é que um conjunto de 8 bits. Essa quantidade de 8 bits nos dá 256 possibilidades, o que permite a estrutura de um teclado e ainda sobrariam alguns bits, conforme tabela aski (que converte cada tecla do teclado em um número decimal que estamos acostumados e depois esses valores são convertidos em números binários para que a máquina possa entender).

Componentes da eletrônica digital.

Para se desenvolver portas digitais, é possível trabalhar com componentes discretos (que são componentes eletrônicos básicos: resistores, transistores, diodos). Quando se quer fazer uma estrutura básica de lógica digital não existe nenhuma dificuldade, mas quando a lógica começa a ficar mais complexa, sem contar que era muito trabalhoso deixar todos com a mesma tensão de alimentação,  por isso foram desenvolvidos os chamados CIs ( circuitos integrados). Circuitos integrado é um chip que já vem com esses componentes integrados permitindo assim o uso de funções lógicas mais complexas, apenas usando as funções lógicas básicas e implementando com outras que foram padronizadas para receber o mesmo sinal de alimentação e assim se interligarem. Eles funcionavam como uma espécie de blocos, que com as combinações de blocos, o projetista pudesse desenvolver o que desejasse. Esses circuitos integrados foram ficando cada vez mais elaborados, o que proporcionou a rapidez no desenvolvimento da eletrônica digital. Foi então que surgiram blocos com circuitos mais complexos, que hoje são bastante utilizados, são os microcontroladores, microprocessadores e DSPs (processador de sinais digitais).    

Conversores.

Por mais que um dispositivo trabalhe com eletrônica digital, nem sempre ele vai ser totalmente digital, porque como no início desse artigo mesmo falamos, as grandezas fisicas que envolvem nosso universo, consiste em mecanismos analógicos e se queremos interagir com eles, precisamos ter a comunicação, por isso existem os conversores analógicos digitais e digitais analógicos que vão poder converter a grandeza fisica em um formato digital, para ser trabalhado e processado pela eletrônica digital e, se necessário, passa por outra conversão que é do digital para o analógico, para poder nos enviar a informação conforme a grandeza fisica que irá transmitir. Um bom exemplo disso é o mecanismo de som digital, em que a pessoa fala no microfone, a fala é analógica, então para se trabalhar na mesa de som, existe a conversão analógica para digital e depois é preciso fazer a conversão reversa para que possa ser transmitido para o  auto falante.  Normalmente em dispositivos digitais, os componentes analógicos se encontram nos periféricos, como nas entradas e saídas dos microcontroladores, que já possuem integrados esses conversores.  

Dessa forma, com essa base, cada vez mais pessoas tem desenvolvido projetos eletrônicos digitais (o que leva o termo bastante usado que é a era digital). Existem algumas plataformas que permitem ainda mais a facilidade do desenvolvimento de dispositivos digitais, como por exemplo, a plataforma arduino que permite o uso do microcontrolador sem a preocupação das configurações eletrônicas básicas, deixando para o desenvolvedor apenas a tarefa de fazer um programa que mostre para o microcontrolador o que ele deseja e a conexão com os periféricos, para que esses comandos possam ser feitos. Deixo aqui embaixo, um vídeo em que falo sobre as portas do microcontrolador, juntamente com a explicação da diferença entre analógico e digital.

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