Analógico vs. Digital: ¿Cuál es la diferencia?
Temperatura, volumen, intensidad de la luz: en la naturaleza, todas estas cantidades varían suave y continuamente en un rango. Tales cantidades se denominan valores “analógicos”.
En contraste, las computadoras de hoy trabajan con cantidades discretas. Estas cantidades discretas se denominan valores “digitales”. Las medidas digitales son una serie de niveles discretos, mientras que las medidas analógicas son curvas suaves que “se parecen” a la característica que se está midiendo.
En otras palabras, los valores analógicos son números reales, pero los valores digitales son números enteros. Mientras que los números reales pueden representar puntos arbitrarios en la recta numérica, los números enteros se limitan a representar puntos especiales espaciados uniformemente en la recta.
Los circuitos analógicos funcionan con señales analógicas cuyos valores cambian continuamente. Los circuitos digitales operan con señales digitales en las que todos los valores son discretos.
Para ingresar información analógica en el mundo natural en un circuito digital, primero es necesario digitalizar la información, es decir, convertir la señal analógica en una señal digital. Un convertidor de analógico a digital (A/D) muestrea una señal analógica (valores de lectura en intervalos de tiempo establecidos) y convierte cada lectura en un número binario correspondiente (valores binarios representados por 0 y 1).
Parte de la información se pierde porque el convertidor está convirtiendo una señal analógica que puede tomar valores fraccionarios en una señal digital que solo puede tomar valores discretos. Cada lectura analógica debe redondearse hacia arriba o hacia abajo al valor digital más cercano. Además, el convertidor solo lee la señal analógica en ciertos intervalos, por lo que se pierde cualquier información analógica presente entre estos intervalos.
Como resultado, los valores digitales son solo aproximaciones de señales analógicas y siempre contienen errores de conversión. Sin embargo, este error se puede reducir acortando el intervalo entre las mediciones y utilizando valores digitales más precisos (es decir, de mayor longitud de bits).
Pero, ¿de qué sirve convertir una señal analógica fluida en una serie de números inestable e imprecisa? Hay al menos dos ventajas. Las señales digitales son mucho más tolerantes al ruido. Y porque las computadoras modernas funcionan solo con valores digitales.
Los potentes microcontroladores actuales pueden procesar rápidamente grandes cantidades de información digital. Estos microcontroladores utilizan circuitos digitales que aprovechan al máximo el hecho de que, a diferencia de las señales analógicas, las señales digitales no pierden información durante la transmisión y la reproducción.
número binario
Las señales digitales suelen utilizar números binarios (también llamados “base 2”) para representar valores. Cada número se escribe usando solo 0 y 1. Específicamente, el dígito más a la derecha del número representa 20, el dígito a la izquierda representa 21, luego 22 y así sucesivamente. Por tanto, un número binario de 4 dígitos puede representar 16 valores del 0 al 15. Tabla 1. Los valores superiores a 15 se pueden representar agregando dígitos según sea necesario.
Una de las ventajas de tratar las señales digitales como binarias es la facilidad de diseñar circuitos lógicos para salida binaria. El circuito se activa o desactiva en respuesta a los 1 y 0 binarios. Los estados ON y OFF se implementan físicamente como dos estados de voltaje: alto (“H”) y bajo (“L”). En un IC CMOS típico con un suministro de 5 voltios, “L” representa un voltaje entre 0 y 1,35 V, y “H” representa un voltaje de 3,15 V y superior. Los 0 y 1 cubren estos rangos de voltaje relativamente amplios, por lo que el circuito produce salidas correctas incluso con un ruido moderado en la línea.
Circuito digital = circuito lógico
Los circuitos digitales, también llamados circuitos lógicos, realizan operaciones lógicas. Cualquier operación lógica se puede construir combinando los tres circuitos elementales de AND, OR y NOT.
Los circuitos lógicos se representan mediante fórmulas lógicas y símbolos de circuitos. (Aquí usamos símbolos MIL, pero podría usar símbolos JIS u otros símbolos en su lugar.) Una tabla de verdad le dice cuál será la salida del circuito para todas las combinaciones de entradas.
Y circuito, circuito en serie
Un circuito AND, también llamado circuito AND lógico, toma dos entradas y genera un 1 si ambas entradas son 1, y un 0 en caso contrario.