Electrònica
Que és
L'electrònica digital és una branca d'electrònica en la qual s'estudia o s'aplica solament dos estats de valors, magnituds o tensions: alt-baix, zero-u. En la representació digital els valors no es denoten per valors proporcionals, sinó per símbols anomenats dígits. Quan es manegen diversos valors és important que puguem representar les seves quantitats o magnitud amb eficiència i exactitud. Existeixen bàsicament dues maneres de representar el valor numèric de les quantitats: l'analògica i la digital
Sistemes digitals i analògics
La diferència principal entre els sistemes analògics i digitals es pot enunciar de forma simple si ho veiem de la següent manera:
Analògic = continu
Digital = Discret (pas a pas)
Els sistemes digitals són una combinació de dispositius dissenyada per manejar quantitats físiques o informació que estan representades de forma digital; això és, que solament poden prendre valors discrets. Aquests dispositius poden ser magnètics, pneumàtics, mecànics o electrònics. Alguns dels sistemes digitals més coneguts són els rellotges digitals, les computadores, les calculadores digitals i els controladors de senyals del tràfic.
Els sistemes analògics contenen dispositius que manegen quantitats físiques representades de forma analògica, és a dir que les quantitats varien entre un rang continu de valors.
Representacions Numèriques
Representacions analògiques. En la representació analògica, una quantitat es denota per mitjà d'una altra que és proporcional a la primera. Com a exemple d'això podem posar el mesurador de temperatura dels calefones, en el qual la deflexió de l'agulla és proporcional al canvi de temperatura de l'aigua.
Representacions digitals. Açí les quantitats es representen per símbols anomenats dígits. Com a exemple d'això tenim al rellotge digital, en el qual els segons, els minuts i les hores es mostren en forma de dígits decimals però encara que el temps varia contínuament el rellotge ens mostra variacions d'un per minut o segon.
Avantatges i limitacions dels sistemes digitals
Avantatges de la tècniques digitals
Cada vegada mes apareixen aplicacions electròniques que utilitzen tècniques digitals per realitzar operacions que abans eren tires per mitjà de mètodes analògics. Les raons per al canvi cap a la tecnologia digital són:
1 - Els sistemes digitals són mes fàcils de dissenyar. Això és perquè els circuits emprats són circuits de commutació, on no són importants els valors exactes de corrent i voltatge, sinó el rang en què aquests es troben (ALT o BAIX).
2 - Facilitat per emmagatzemar la informació. Perquè amb els circuits de commutació es pot capturar informació i retenir-la el temps que sigui necessari.
3 - Programació de l'operació. Perquè és bastant senzill dissenyar sistemes digitals l'operació dels quals estigui controlada per un grup d'instruccions denominat programa.
4 - El soroll afecta en forma mínima als circuits digitals.
5 - Major exactitud i precisió. Els sistemes digitals poden manejar el nombres de dígits que es necessitin afegint simplement mes circuits de commutació.
6 - Es pot fabricar mes circuitería digital sobre les pastilles de circuit integrat. En canvi amb el sistema analògic a causa de la seva relativa complexitat i l'ocupació de condensadors de gran valor, inductors, transformadors i resistencies de precisió, aquests han impedit que els sistemes analògics aconsegueixin el mateix grau d'integració que els digitals.
Limitacions de les tècniques digitals
Quan s'empren tècniques digitals solament existeix un problema:
"El món real és fonamentalment analògic"
Llavors quan es tenen entrades i sortides analògiques, s'han de seguir tres passos per aprofitar les tècniques digitals:
1. Convertir les entrades analògiques del "món real" a la forma digital.
2. Processar la informació digital.
3. Convertir de nou les sortides digitals a la forma analògica del món real.
Àlgebra de Boole
Àlgebra de Boole (també anomenada àlgebra booleana), en informàtica i en matemàtiques és una estructura algebraica que esquematitza les operacions lògiques I, O, NO i SI (AND, OR, NOT, IF), així com el conjunt d'operacions unió, intersecció i complement.
Es denomina així en honor a George Boole (2 de novembre de 1815 a 8 de desembre de 1864), matemàtic anglès autodidacta, que va ser el primer a definir-la com a part d'un sistema lògic, inicialment en un petit fullet, The Mathematical Analysis of Logic,publicat en 1847, en resposta a una controvèrsia en curs entre Augustus De Morgan i sir William Rowan Hamilton. L'àlgebra de Boole va ser un intent d'utilitzar les tècniques algebraiques per tractar expressions de la lògica proposicional. Més tard va ser estès com un llibre més important: An Investigation of the Laws of Thought on Which Were Founded the Mathematical Theories of Logic and Probabilities (també conegut com An Investigation of the Laws of Thought o simplement The Laws of Thought ), publicat en 1854.
En l'actualitat, l'àlgebra de Boole s'aplica de forma generalitzada en l'àmbit del disseny electrònic. Claude Shannon va ser el primer a aplicar-la en el disseny de circuits de commutació elèctrica biestables, en 1948. Aquesta lògica es pot aplicar a dos camps:
A l'anàlisi, perquè és una forma concreta de descriure com funcionen els circuits.
Al disseny, ja que tenint una funció apliquem aquesta àlgebra, per poder desenvolupar una implementació de la funció.
Porta lògica
Una porta lògica, o comporta lògica, és un dispositiu electrònic amb una funció booleana. Sumen, multipliquen, neguen o afirmen, inclouen o exclouen segons les seves propietats lògiques. Es poden aplicar a tecnologia electrònica, elèctrica, mecànica, hidràulica i pneumàtica. Són circuits de commutació integrats en un xip.
Claude Elwood Shannon experimentava amb relés o interruptors electromagnètics per aconseguir les condicions de cada comporta lògica, per exemple, per a la funció booleana I (AND) col·locava interruptors en circuit en serie, ja que amb un solament d'aquests que tingués la condició «obert», la sortida de la comporta I seria = 0, mentre que per a la implementació d'una comporta O (OR), la connexió dels interruptors té una configuració en circuit paral·lel.
La tecnologia microelectrònica actual permet l'elevada integració de transistors actuant com a commutadors en xarxes lògiques dins d'un petit circuit integrat. El xip de la CPU és una de les màximes expressions d'aquest avanç tecnològic.En nanotecnologia s'està desenvolupant l'ús d'una comporta lògica molecular, que faci possible la miniaturització de circuits.
Porta SÍ o BUFFER
La porta lògica SÍ, realitza la funció booleana igualtat. En la pràctica se sol utilitzar com a amplificador de corrent o com a seguidor de tensió, per adaptar impedàncies (buffer en anglès).
Porta AND
La porta lògica I, més coneguda pel seu nom en anglès AND, realitza la funció booleana de producte lògic. El seu símbol és un punt (·), encara que se sol ometre. Així, el producte lògic de les variables A i B s'indica com AB, i es llegeix A i B o simplement A per B.
Porta OR
La porta lògica O, més coneguda pel seu nom en anglès *OR, realitza l'operació de suma lògica.
Porta OR-exclusiva (XOR)
La porta lògica OR-exclusiva, més coneguda pel seu nom en anglès XOR, realitza la funció booleana A'B+AB'. El seu símbol és el signe O més "+" inscrit en un cercle).
Porta NO (NOT)
La porta lògica NO (NOT en anglès) realitza la funció booleana d'inversió o negació d'una variable lògica. Una variable lògica (A) a la qual se li aplica la negació es pronuncia com "no A" o "A negada".
Porta NO-Y (NAND)
La porta lògica NO-Y, més coneguda pel seu nom en anglès NAND, realitza l'operació de producte lògic negat. En ocasions és cridada també barra de Sheffer.)
Porta NO-O (NOR)
La porta lògica NO-O, més coneguda pel seu nom en anglès NOR, realitza l'operació de summa lògica negada. En ocasions és anomenada també barra de Pierce.
