Introdução à Eletrônica Digital

Imagem retirada do site: http://confissoespetaculares.blogspot.com.br 

     Circuitos Digitais (ou Circuitos Lógicos) são definidos como circuitos eletrônicos que empregam a utilização de sinais elétricos em apenas dois níveis de corrente (ou tensão) para definir a representação de valores binários.
Circuitos Lógicos baseiam seu funcionamento na lógica binária, que consiste, que toda informação deve ser expressa na forma de dois dígitos (tanto armazenada, como processada), sendo tais digítos, 0 (zero) ou 1 (um). A partir daí surge intuitivamente à nomeação “digital” (dois dígitos).
Este fato auxilia para a representação de estados de dispositivos que funcionam em dois níveis distintos, sendo estes: ligado/desligado (on/off), alto/baixo (high/low), verdadeiro/falso (true/false) entre outros.
Os computadores, telefone celular, leitores de DVD ou Blu-ray, são alguns exemplos de aparelhos que baseiam a totalidade, ou parte, do seu funcionamento em circuitos digitais.

Construção de Circuitos Digitais

     Circuitos são constituidos pela associação de blocos lógicos.
     Os blocos lógicos são divididos em 7 classes:

• E (AND)
• OU (OR)
• NÃO (NOT)
• NE (NAND)
• NOU (NOR)
• XOR (OU EXCLUSIVO)
• XNOR (NÃO-OU EXCLUSIVO)

     A partir destes blocos lógicos é possivel construir praticamente todas as outras associações necessarias.
Exemplos:

1. Contadores Binários (Flip-Flops).
2. Unidades lógico-aritméticas (ULA, ou, em inglês ALU).
3. Etc.

Circuitos Digitais Vs Circuitos Analógicos

     Circuitos Digitais apresentam diversas vantagens sobre Circuitos Analógicos, tais como:

1. Facilidade de projetar e armazenar informações;
2. Extensa programabilidade;
3. Maior exatidão e integração;
4. São menos afetados por ruídos originários de flutuações de tensão de alimentação (causado pelo fato de que circuitos digitais não dependem do valor exato da tensão elétrica recebida, e sim da diferença entre os níveis Alto e Baixo).

     Todavia, os circuitos digitais apresentam também desvantagens, sendo elas: O mundo é de natureza analógica, ou seja, valores contínuos com extensa variação de frequência, com isso, todo circuito digital que lida com variáveis físicas de natureza analógica necessita converter tal informação para o meio digital, para então processar, e posteriormente fazer o fluxo inverso, converte da natureza digital para a analógica, sendo este processo, em alguns casos, não benéfico.

Circuitos combinacionais

     Um circuito digital é dito combinacional se em que em um dado instante de tempo a saída depende única e exclusivamente das combinações da variaveis de entrada, ou seja, o circuito combinacional não é capaz de armazenar valores em "memória", para uso posterior. Seu fluxograma é composto de situação, tabela da verdade expressão lógica e circuito.
     O funcionamento de todas as portas lógicas básicas e a lógica booleana que descrevem e analisam os circuitos feitos a partir da combinação de portas lógicas podem ser classificados como circuitos lógicos combinacionais porque, em qualquer instante de tempo, o nível lógico da saída do circuito depende da combinação dos níveis lógicos presente nas entradas. Um circuito combinacional não possui a característica de memória, portanto sua saída depende apenas dos valores atuais das entradas.
     O circuito combinacional realiza um conjunto de equações booleanas realizando uma determinada operação de processamento da informação, ou seja, a combinação de valores de entrada é vista como uma informação distinta das outras e o conjunto de valores de saídas das operações representa o resultado da operação. Em cada circuito pode ser usado a simplificação de circuitos lógicos pelo método de mapeamento ou teoremas da álgebra booleana.

Circuitos Integrados em Sistemas Digitais (CIs)

     Os Circuitos Integrados permitiram uma implementação de Sistemas Digitais mais simples e segura, ou seja, permitiu que sistemas digitais complexos fossem criados de maneira mais limpa e coesa, em relação a sistemas implementados com componentes discretos.⁵
Existem diversas tecnologias usadas atualmente para a produção de circuitos integrados, dentre elas, as mais comuns são:

• Lógica Transistor-Transistor.
• CMOS (Complementary Metal-óxido-semicondutor).
• NMOS (N-type Metal-oxide-semiconductor Logic).
• ECL (Emitter-Coupled Logic)

Transferência de Informações com Circuitos Integrados Digitais

     De maneira geral, existem duas formas de transferência de dados em CIs, sendo elas:

• Paralelo
• Serial

     As CIs Paralelas funcionam de maneira que os bits são transferidos simultaneamente, ou seja, varias filas de dados sofrem transição todas ao mesmo tempo (mecanismo de múltiplas filas.).
E as CIs Seriais funcionam com o mecanismo de única fila, ou seja, os bits são transferidos um de cada vez no mesmo fluxo de dados.

Performance de circuitos digitais

     Circuitos digitais possuem atrasos na propagação de seus sinais. Estes atrasos podem ocorrer devido ao tempo que cada porta lógica leva para gerar um sinal de saída, dada uma mudança no sinal de entrada, e devido a propagação dos sinais através dos fios do circuito.
     A velocidade de um circuito digital é sempre limitada de acordo com o maior atraso do circuito. Tal atraso é causado pelas portas lógicas e é chamado de atraso de caminho crítico. O caminho com maior tempo de atraso entre dois pontos do circuito é chamado de caminho crítico.

Adaptado do site:
http://pt.wikipedia.org