O que são circuitos digitais?

Antes de falar sobre circuito digital, é necessário voltar um passo atrás e entender o que é a representação digital e a diferença entre a representação analógica. Ambos são formas de representar dados, pórem suas características são diferentes. Um exemplo de aparelho que utilizia a representação análogica, é o termômetro de mercúrio, como este:

Neste aparelho, a representação da temperatura está relacionada diretamente com o materia dentro do termômetro, assim, qualquer variação nesse material, há uma variação na representação da temperatura, além disso, não se consegue dizer com precisão exata o valor da temperatura, pois há sempre pequenas variações, diz se que esse valor é um dado contínuo. Em geral, essas são as características básicas da representação analógica, um dispositívo mecânico que possue um dado contínuo.

Já na representação digital, não é trabalhado com dados contínuos, e sim, por representações discretas. Ou seja, com dados que possue um determinado número de digitos fixos, que podemos identificar com precisão o seu valor. Por exemplo, em termomêtros digitais é mostrado dois digitos fixos para representar a temperatura, por exemplo 37°, ou seja, conseguimos ver exatamente a temperatura atual, sem nem uma ocilação relacionada a dispositivos mecânicos.

Para representar os dados de forma digital, é utilizado o sistema binário. Enquanto no sistema númerico que conhecemos, o decimal, há 10 simbolos, os digitos de 0 a 9, no sistema binário há somente dois simbolos, 0 e 1. Apesar do sistema binário perecer diferente do que conhecemos, ele é muito semelhante: podemos somar, subtrair e contar seus números. Por exemplo, se formos contar de 0 a 5 em binário, seria dessa forma:

Decimal	Binário
0	0
1	1
2	10
3	11
4	100
5	101
…	…

Com isso podemos dizer o que é um são circuitos digitais, eles são aparelhos que utilizam a representação digital, juntamente com o sistema binário em seus vários dipositivos.

No geral, os circuitos digitais possuem entradas de dados, e formas de saida que dependem dessas entradas. Por exemplo, pense em um circuito que possue três chaves e uma luz, nesse circuito, ao pressionar as três chaves a luz acende. Ao analisar, temos que as chaves são as entradas, e o estado da luz(acesso/apagado) é a saida. Já a forma como o circuito opera, é chamada de lógica do circuito. Por exemplo, podemos alterar a lógica desse circuito para ele acender a luz apenas quando uma chave estiver ligada.

Portas logicas

Para criar a lógica de como um circuito digital funciona, um dos componentes básicos e fundamentais, são as portas lógicas. Portas lógicas são essenciais em qualquer circuito, até mesmo nos computadores mais avançados, seus componentes básicos, como o processador, é formado por muitas e muitas portas lógicas.

Para descrever portas lógicas e outros componentes, pode-se utilizar a a ideia de tabelas-verdade. Que é uma tabela que mostra os possiveis valores para as entradas de um componente e as suas possiveis saídas. Por exemplo, o circuito que acende uma lâmpada quando três chaves estão ligadas pode ser descrito dessa forma:

Entrada 1	Entradas 2	Entrada 3	Saida
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	1

Nas tabelas e nos circuitos, é dito que quando temos o valor 1, aquela entrada/saida está ligada. Quando temos o valor 0, a entrada/sainda está desligada. Portanto na tabela acima, temos que a saida do circuito está ligada apenas quando todas as três entradas estão fechadas.

Iremos ver ao longo desse post e dos próximos, algumas das portas lógicas essenciais para se contruir circuitos, suas tabelas verdade, e também circuitos básicos implementados em minecraft.

Porta AND

O funcionamento da porta lógica AND ou E(em português) é usado no nosso cotidiano de forma despercebida, sempre usamos e para expressar que faremos algo quando dois eventos acontecem, por exemplo: Vou a praia se não chover e não estiver frio. A porta lógica AND funciona da mesma forma, ou seja, sua saida é ligada somente quando todas as suas entradas estão ligadas também. Ou seja, a tabela verdade que vimos anteriormente é equivalente a tabela do AND. A quantidade de entradas pode ser escolhida dependendo do problema, anteriormente vimos um AND com três entradas, mas no geral, é escrito com duas. Dessa forma:

Entrada 1	Entradas 2	Saida
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Em diagramas de circuito, a porta lógica AND é desenhada dessa forma:

Em minecraft, podemos criar um AND dessa forma:

Nesse caso, somente quando as duas alavanças então ligadas a lâmpada acende. Não é necessario se preocupar nesse momento como esse blocos aparentemente aleatórios formam um AND, o leitor precisa apenas entender o funcionamento da saida.

Porta OR

A porta OR tem resultado ligado quando ao menos uma das suas entradas estiver ligadas. Pode-se utilizar quantas portas forem necessárias para o circuito, mas no geral, utiliza-se a versão padrão, com duas portas. Esta versão é descrita dessa forma:

Entrada 1	Entradas 2	Saida
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

A representação gráfica dessa porta, é geralmente definida da seguinte forma:

Em minecraft, podemos criar um OR dessa forma:

Onde, a lâmpada é ligada quando qualquer uma das alavancas forem ligadas.

Porta NOT

A porta NOR, também conhecida como inversor, possue apenas uma entrada e uma saida, a saida é o inverso da entrada. Dessa forma:

Entradas	Saida
0	1
1	0

Sua representação gráfica é:

Em minecraft, esta porta é simples:

Representação Algêbrica

Para representar circuitos de forma simples e para facilitar a estudos de simplificação de circuitos, desenvolveu-se uma forma de representar as portas lógicas de forma matemática.

Nessa notação, um AND é representado por o sinal de multiplicação. Assim:

X = A*B

Isto quer dizer que a saida, que é chamada de X é definida como a porta AND com as entradas A B. Isto é equivalente a:

Além disso, a representação algébrica do AND pode também ser definida apenas escrevendo as entradas uma ao lado da outra. Dessa forma

X = AB

Já o OR é escrito com o simbolo de soma, assim:

X = A+B

Isto é equivalente a um circuito formado por duas entradas A e B que alimantam um OR e tem a saida X.

A porta NOT é escrita como sua entrada com uma barra em cima. Por exemplo, o circuito onde temos duas entradas conectadas em um OR e a saida conectada em um NOT é descrito na forma gráfica e matemática a seguir:

Perceba que é possivel conectar os componentes de forma que a saida de uma porta é usada como entrada para outro componente. Com essa ideia, é possivel criar circuitos complexos, da forma que se desejar.

Posts Seguintes

Aqui vimos conceitos básicos sobre circuitos digitais e algumas das portas lógicas mais importantes, iremos ver no artigo seguinte, algumas outras portas lógicas que também são utilizadas em circuitos lógicos.

• O próximos post é: Portas lógicas: NAND e NOR
• O post anterior a este é: Introdução sobre minecraft
• Seção com todos os artigos: sumário