Hoy estamos rodeados de electrónica digital. Los dispositivos que funcionan con electrónica analógica son extremadamente raros. Computadoras, teléfonos, cámaras, reproductores de CD, impresoras, radios y televisores, todos funcionan con tecnología digital. Escuchamos el término “electrodomésticos digitales” todos los días, pero probablemente haya pocas personas que conozcan el significado y las funciones en detalle. Hay varias definiciones para describirlo. La electrónica digital se ocupa de los sistemas que procesan y procesan datos numéricos. El término se deriva de la palabra “número” y además del latín “digitalum” (dedo). Para comprender completamente este concepto, es necesario tener completamente clara la diferencia entre las palabras “analógico” y “digital”. Esto se aclarará en los próximos párrafos.
Tabla de contenido
valor analógico
Un valor analógico es una cantidad que cambia continuamente con el tiempo. Puede tomar una cantidad infinita de valores, como temperatura, voltaje de la batería, señal de audio del altavoz, etc. La figura 1 muestra el valor analógico a lo largo del tiempo. Los conceptos analógicos se pueden expresar en términos de continuidad. En realidad, los valores se mueven a lo largo de un camino caracterizado por infinitas posiciones. No hace falta decir que el valor analógico conserva todas las propiedades del mensurando y no pierde su calidad. Los sistemas analógicos tratan las cantidades como “números continuos”, números con otros valores intermedios (por ejemplo, 5, 5,000001, 5,000002, 5,000003, etc.), y los sistemas analógicos los tratan como “números continuos”. El número de dígitos decimales procesados es infinito.
FIGURA 1: VALORES ANALÓGICOS A LO LARGO DEL TIEMPO
Como puede ver, el eje y contiene una cantidad infinita de valores, aunque esta función matemática es demasiado compleja para describirla. Dado que los pares xy son infinitos, hacer zoom en dicho gráfico siempre mostrará una tendencia continua en los valores. Por lo tanto, la curva analógica contiene la totalidad de la información real y no pierde la calidad de los datos, incluso si es prácticamente imposible almacenarlos en medios de memoria o manejarlos electrónicamente.
valor digital
Un valor digital es una cantidad que cambia “en pasos”. Solo puede tomar un número finito de valores. Lamentablemente, el valor digital no conserva todas las propiedades del mensurando y su calidad ya no es la misma que la de la señal original. Se perderá parte de la información. En la práctica, la misma ruta se divide en pasos, y algunos valores que están cerca entre sí se identifican y agrupan en una clase. Una comparación muy general es como dibujar un dodecágono para representar un círculo. La figura 2 muestra la progresión de los valores digitales a lo largo del tiempo. Los sistemas digitales tratan las cantidades como “números discretos”, es decir, números sin otros valores intermedios (por ejemplo, 1, 2, 3, etc.). El mundo digital también incluye dispositivos que se ocupan de los números 0 y 1 (y solo esos). La electrónica digital es muy utilizada en la tecnología actual porque nos permite organizar y utilizar dichos números de una forma muy sencilla.
FIGURA 2: VALORES DIGITALES A LO LARGO DEL TIEMPO
La misma función matemática se muestra en el diagrama, esta vez con su valor digital en el eje y. El rango completo del eje y se divide progresivamente en sectores por razones prácticas y de almacenamiento electrónico. Las curvas digitales contienen información aproximada y pierden calidad de datos. Sin embargo, el almacenamiento en soportes de almacenamiento y la gestión electrónica se simplifican enormemente. La figura 3 muestra dos señales analógicas y digitales superpuestas para comprender mejor la diferencia entre señales analógicas y digitales. Como puede ver, el eje vertical ya no tiene infinitos valores que representan la amplitud de la señal, sino que estos se han reducido a solo nueve categorías de tamaño. Aunque este es un caso algo específico, muestra claramente el efecto de la conversión de analógico a digital (conversión ADC).
Figura 3: La superposición de una señal analógica sobre una señal digital resalta la gran diferencia entre las dos.
verdadero y falso
En un sistema lógico, la respuesta siempre coincidirá con las condiciones proporcionadas como entrada. Dichos sistemas proporcionan solo dos estados de señal posibles, lógicamente verdadero (1) y lógicamente falso (0). Este sistema proporciona soluciones definidas para todas las situaciones que puede encontrar un circuito. Una salida lógica siempre se puede expresar en forma de respuesta sí o no. Dado que los sistemas digitales solo proporcionan dos valores, no existe ningún tipo de incertidumbre. Uno de los circuitos lógicos más simples se muestra en la Figura 4. Tiene los siguientes componentes electrónicos:
- 1 batería de 5 V.
- 1 resistencia desplegable de 10kΩ
- 1 resistencia de 220 Ω
- 1 LED
Si el interruptor está conectado al punto ‘A’ del circuito, la corriente obviamente fluirá de la batería a la carga y habrá un voltaje de 5 V en el nodo de ‘salida’. en este caso, dirigir se ilumina Por otro lado, si el interruptor está conectado al punto ‘B’ del circuito, la línea está conectada a tierra a través de una resistencia desplegable, por lo que no fluye corriente a través de la carga y el voltaje en el nodo de ‘salida’ es 0 V. En este caso, el LED no se encenderá.
Figura 4: uno de los circuitos lógicos más simples
Este circuito puede ser considerado desde dos perspectivas diferentes. Desde un punto de vista analógico, hay un voltaje de 5 V (pero podría ser de 4 V, 7 V o 5,5 V, etc.) y dependiendo de la posición del interruptor, puede fluir o no hacia la carga. Desde un punto de vista digital, dependiendo de la posición del desviador, tendrá un valor de 1 (el desviador estará en la posición ‘A’) o un valor de 0 (el desviador estará en la posición ‘B’). No importa qué voltajes estén presentes, ya que se definen primero en la etapa de diseño. Por lo tanto, la peculiaridad de este circuito es que solo hay dos opciones de señal.
| verdad | error |
| 1 | 0 |
| 5V | 0V |
| Sí | No |
En notación lógica positiva, una señal de 5 V representa los estados “verdadero”, “sí” y “1 lógico”. Una señal de 0 V (tierra) representa los estados Falso, No y 0 lógico. Por supuesto, 5 V y 0 V no son los únicos voltajes en los circuitos lógicos. Dependiendo de los requisitos del circuito, puede ser muy diverso. Por ejemplo, 12 V y 0 V, 12 V y –12 V, o incluso 5 V y –2 V. La lógica más utilizada es 5 V y 0 V (verdadero y falso respectivamente).
Resistencias pull-down y pull-up
Entonces, el voltaje de 5V es analógico, pero desde un punto de vista digital se considera “verdadera lógica”. Entonces, en pocas palabras:
- Se produce una señal digital ‘1’ cuando el nodo está conectado directa o indirectamente a un generador de voltaje de 5 V.
- Una señal digital ‘0’ ocurre cuando un nodo está conectado directa o indirectamente a la tierra del circuito.
La Figura 5 ilustra este punto claramente. Un verdadero nivel lógico es cuando una carga (u otro nodo) está conectado al generador de voltaje. Esta conexión se puede realizar directa o indirectamente a través de una resistencia (resistencia pull-up). Un nivel lógico falso es cuando una carga (u otro nodo) está conectado a tierra del circuito. Esta conexión se puede realizar directa o indirectamente a través de una resistencia (resistencia pull-down). Por lo tanto, una señal lógicamente falsa supone una conexión eléctrica a tierra en lugar de un nodo flotante, es decir, sin conexión.
FIGURA 5: CONEXIONES DE NIVEL LÓGICO ALTO (1) Y NIVEL LÓGICO BAJO (0)
Afortunadamente, las tolerancias son estrictas al definir los niveles de estado lógico, por lo que puede trabajar con confianza al definir los distintos voltajes de intervalo. La Figura 6 muestra el rango operativo para un sistema lógico que funciona a 5V. El rango de operación es el siguiente.
- 0 V a 1 V: El sistema reconoce este voltaje como un valor lógico ‘0’ o ‘falso’.
- 4 V a 5 V: El sistema reconoce este voltaje como un valor lógico ‘1’ o ‘verdadero’.
- 1 V a 4 V: El sistema reconoce este voltaje como una condición incierta.
Figura 6: Los niveles de estado lógico deben estar dentro de intervalos exactos.
Conclusión
Diseñar sistemas y circuitos digitales es mucho más fácil que diseñar sistemas analógicos. La solución de problemas es más rápida y la operación es más segura y estable. En futuros artículos, exploraremos los conceptos detrás de esta área con más detalle en todos los dispositivos actuales.