Fundamentos da eletrônica digital e suas aplicações Deixe um comentário

A eletrônica digital é extremamente presente no cotidiano da grande maioria das pessoas. Definimos ela como o ramo da eletrônica que utiliza duas tensões com diferentes valores, tendo assim valores binários. Aparelhos como televisores, celulares, computadores e eletrodomésticos são alguns exemplos da aplicação da eletrônica digital.

A eletrônica é dividida em 2 áreas: analógica e a digital. A digital surgiu a partir da analógica, ela segue um princípio de funcionamento binário, ou seja, o sinal pode ser 1 ou 0, ligado ou desligado. Durante a formação escolar, aprendemos a contar os números utilizando um sistema decimal, em que se pode escrever todos os números existentes utilizando os algarismos de 1 até 9, alterando apenas as posições em que cada algarismo aparece. No sistema binário não é diferente, é possível escrever tantos algarismos quanto quisermos, mas a lógica de escrita é outra. Os algarismos 0 e 1 são representados normalmente, mas a partir do 2 podemos seguir a seguinte tabela:

Tabela 1 – Relação entre números decimais e binários

Decimal

Binário
2 10
3 11
4 100
5 101
6 110
7 111
8 1000
9 1001
10 1010

Para realizar a conversão com êxito é bem simples, iremos realizar pegar o número que queremos converter e dividi-lo por 2, faremos isso com todos os quocientes que obtivermos, como ilustrado na imagem abaixo:

Como converter um número para binário
Como converter um número para binário

Note que neste exemplo usamos o número 37 como exemplo, realizamos a divisão dele por 2 (fazemos isso pois existem apenas duas possibilidades de algarismos no sistema binário), obtemos o quociente 18 e o resto da equação é 1, repetimos o processo até que o quociente seja igual a 0 ou a 1.

Depois das divisões terem sido feitas, basta reposicionar os valores obtidos, o último quociente se torna o primeiro valor do número binário, depois invertemos as posições dos restos das equações, ou seja, o que era o último vira o primeiro e o primeiro vira o último.

Os computadores utilizam o binário como sua linguagem de comunicação, sempre que precisam armazenar uma informação a convertem para que possam armazená-la como um byte. Um byte é o conjunto de 8 bits (a menor unidade de informação que pode ser armazenada ou transmitida, 0 ou 1). Possui o valor 8 a partir da tabela do código ASCII, ela é uma tabela criada com o propósito de padronizar a codificação, de um modo que o computador entenda. A tabela ASCII é extremamente usual tendo em vista que é possível representar vários sinais gráficos e sinais de controle.

Decimal Caractere
32 Space
33 !
34
35 #
36 $
37 %
38 &
39
40 (
41 )
42 *
43 +
44 ,
45
46 .
47 /
De 48 até 57 os caracteres são os números presentes na Tabela 1
58 :
59 ;
60 <
61 =
62 >
63 ?
64 @
De 65 até 90 os caracteres são as letras do alfabeto maiúsculas
91 [
92 \
93 ]
94 ^
95 _
96 `
De 97 até 122 os caracteres são as letras do alfabeto minúsculas
123 {
124 |
125 }
126 ~
127 DEL

Além de ser possível converter textos para linguagens que o computador consiga interpretar e processar, também é possível fazer isso para imagens. Nesse caso, é preciso saber o que é um pixel, pixel é a menor unidade de uma foto digital, caso aplique um zoom na imagem perceberá que ela é composta de vários quadrados coloridos, cada um deles é um pixel. Eles são formados pelas cores vermelho, verde e azul, dependendo da tonalidade de cada cor está presente em cada pixel, é possível formarmos todas as outras cores existentes. Esse sistema de cores é chamado de RGB, sigla vindo do inglês e que significa red green blue.

A conversão de som também é uma parte importante da eletrônica digital. Todo o som é uma onda, conforme as vibrações do ar chegam aos nossos ouvidos conseguimos diferenciar o que estamos escutando. Do mesmo modo que o computador é capaz de codificar textos e imagens em binário, ele faz o mesmo com as ondas sonoras. Ele quadricula a onda e cria uma escala em binário, sendo possível encontrar as variações da onda em cada momento de tempo. Com relação a qualidade do som existem dois conceitos importantes: a profundidade e a taxa de amostragem. A profundidade está relacionada com a quantidade de bits que usamos em cada faixa da escala de conversão. E a taxa de amostragem é a quantidade de colunas que dividem um segundo da onda sonora, quanto maior o valor da taxa de amostragem melhor a qualidade do som, a unidade de medida dela é Hz (Hertz, unidade de medida de frequência).

Dois componentes importantes na eletrônica digital são a memória e o processador. A memória, de forma resumida, funciona como uma biblioteca que armazena os bits e os agrupa em bytes, podendo futuramente utilizar as informações por meio de programas, e o processador é o responsável por executar o passo a passo, ele pode utilizar os dados da memória de várias maneiras, como por exemplo, usando aritmética tendo em vista que as informações são apenas números binários codificados, existe também  a parte do processador que usa a lógica, onde é possível identificar se uma informação é verdadeira ou falsa, esse funcionamento ocorre com a utilização de portas lógicas.

Portas lógicas são componentes fundamentais para a criação de circuitos digitais, como já foi explicado neste artigo, existem apenas dois níveis lógicos o 0 e o 1, as portas lógicas são capazes de realizar operações com esses níveis lógicos. Os tipos fundamentais de portas que existem são a AND, OR e NOT.

A porta AND faz uma multiplicação entre os valores. Veja o seguinte exemplo na tabela verdade, em que A e B são entradas e S é a saída:

Tabela 3 – Tabela verdade da porta AND

A B S
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Representação da porta OR
Representação da porta OR

A porta NOT realiza uma inversão do valor de entrada, diferentemente das duas portas anteriormente citadas, a porta NOT possui apenas uma entrada. Veja o seguinte exemplo na tabela verdade:

Tabela 5 – Tabela verdade da porta NOT

A S
0 1
1 0
Representação da porta NOT
Representação da porta NOT

 

Além dessas citadas acima, existem as portas lógicas que surgem como derivação das fundamentais, elas são: NOR (NOT + OR), a NAND (NOT + AND), a XOR e a XNOR.

O funcionamento da NOR é similar a porta OR, contudo ela possui uma inversora em sua saída, então a tabela verdade fica a seguinte:

Tabela 6 – Tabela verdade da porta NOR

A B S
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Representação da porta NOR
Representação da porta NOR

A porta NAND é similar a AND, mas com uma inversora na saída, veja a tabela verdade abaixo:

Tabela 7 – Tabela verdade da porta NAND

A B S
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Representação da porta NAND
Representação da porta NAND

A XOR é diferente das outras explicadas até aqui, a saída terá o nível lógico alto apenas quando o valor das entradas for diferente, como exemplificado abaixo:

Tabela 8 – Tabela verdade da porta XOR

A B S
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Representação da porta XOR
Representação da porta XOR

A XNOR (XOR + NOT) tem o mesmo princípio de funcionamento da XOR, mas possui uma inversora na sua saída, observe a tabela verdade:

Tabela 9 – Tabela verdade da porta XNOR

A B S
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Representação da porta XNOR
Representação da porta XNOR

Usando as portas lógicas é possível criar diversos circuitos de alta complexidade. Entender o funcionamento das portas lógicas é um ótimo começo para criar projetos utilizando a eletrônica digital.

Os microcontroladores também são importantes componentes da eletrônica digital, eles são capazes de executar tarefas repetidas vezes. Eles são muito presentes em dispositivos automatizados, desde aparelhos médicos implantáveis até controles remotos e brinquedos. Existem microcontroladores de sinal misto, que integram alguns componentes analógicos para poder controlar sistemas eletrônicos que não são digitais.

Na equipe Cheetah-E Racing, um microcontrolador que costumamos utilizar é o STM32, tendo em vista que possui diversas vantagens, por exemplo, o ótimo custo-benefício e capacidade de hardware. Para aprender mais sobre este microcontrolador, acesse o artigo: Conheça o Microcontrolador STM32 – FilipeFlop

No site da FilipeFlop você pode encontrar todos os componentes que irá precisar para montar os seus circuitos, no blog existem diversas sugestões de projetos que pode usar para iniciar seus estudos em eletrônica digital.

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Esse conteúdo é resultado da parceria da FilipeFlop com a Cheetah E-Racing. Curtiu o conteúdo? Então deixe seu comentário abaixo! E não esqueça de acompanhar a Cheetah E-Racing nas redes sociais.

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