Números binarios

A diferencia de los circuitos lineales o analógicos, como los amplificadores de CA, que procesan señales que cambian constantemente de un valor a otro, por ejemplo amplitud o frecuencia, los circuitos digitales procesan señales que contienen solo dos niveles o estados de voltaje, etiquetados como «0» lógico y «1» lógico.

Generalmente, un «1» lógico representa un voltaje más alto, como 5 voltios, que comúnmente se conoce como un valor ALTO, mientras que un «0» lógico representa un voltaje bajo, como 0 voltios o tierra, y comúnmente se denomina como un valor BAJO. Estos dos niveles de tensión discretos que representan los valores digitales de “1” (de uno) y de “0” (cero’S) se denominan comúnmente: BInary digiTS, y en circuitos y aplicaciones digitales y de cómputo que se conoce normalmente como bits binarios.

Bits binarios de ceros y unos

Debido a que solo hay dos valores booleanos válidos para representar un «1» lógico o un «0» lógico, el sistema de uso de números binarios es ideal para su uso en circuitos y sistemas digitales o electrónicos.

El sistema numérico binario es un sistema de numeración Base-2 que sigue el mismo conjunto de reglas en matemáticas que el sistema numérico decimal o base-10 de uso común. Entonces, en lugar de potencias de diez, ( 10n ) por ejemplo: 1, 10, 100, 1000, etc, los números binarios usan potencias de dos, ( 2n ) duplicando efectivamente el valor de cada bit sucesivo a medida que avanza, por ejemplo: 1 , 2, 4, 8, 16, 32, etc.

Los voltajes utilizados para representar un circuito digital pueden ser de cualquier valor, pero generalmente en los sistemas digitales y de computadora se mantienen muy por debajo de los 10 voltios. En los sistemas digitales, estos voltajes se denominan «niveles lógicos» e idealmente un nivel de voltaje representa un estado «ALTO», mientras que otro nivel de voltaje diferente y más bajo representa un estado «BAJO». Un sistema numérico binario utiliza estos dos estados.

Las formas de onda o señales digitales consisten en niveles de voltaje discretos o distintivos que cambian hacia adelante y hacia atrás entre estos dos estados «ALTO» y «BAJO». Pero, ¿qué hace que una señal o voltaje sea “Digital” y cómo podemos representar estos niveles de voltaje “ALTO” y “BAJO”? Los circuitos y sistemas electrónicos se pueden dividir en dos categorías principales.

• Circuitos analógicos: los circuitos analógicos o lineales amplifican o responden a niveles de voltaje que varían continuamente y que pueden alternar entre un valor positivo y negativo durante un período de tiempo.
• Circuitos digitales: los circuitos digitales producen o responden también dos niveles distintos de voltaje positivo o negativo que representan un nivel lógico «1» o un nivel lógico «0».

Salida de voltaje analógico

A continuación se muestra un ejemplo simple de las diferencias entre un circuito analógico (o analógico) y un circuito digital:

Representación de salida de voltaje analógico

Este es un circuito analógico. La salida del potenciómetro varía a medida que se gira el terminal del limpiaparabrisas produciendo un número infinito de puntos de voltaje de salida entre 0 voltios y VMAX. El voltaje de salida puede variar lenta o rápidamente de un valor al siguiente, por lo que no hay un cambio repentino o escalonado entre dos niveles de voltaje, lo que produce un voltaje de salida continuamente variable. Ejemplos de señales analógicas incluyen temperatura, presión, niveles de líquido e intensidad de luz.

Salida de voltaje digital

En este ejemplo de circuito digital, el limpiador del potenciómetro ha sido reemplazado por un solo interruptor giratorio que está conectado a su vez a cada unión de la cadena de resistencias en serie, formando una red básica de divisores de potencial. A medida que el interruptor se gira de una posición (o nodo) a la siguiente, el voltaje de salida, VOUT cambia rápidamente en niveles de voltaje discretos y distintivos que representan múltiplos de 1.0 voltios en cada acción o paso de conmutación, como se muestra en el gráfico de salida.

Entonces, por ejemplo, el voltaje de salida será de 2 voltios, 3 voltios, 5 voltios, etc. pero NO de 2,5 V, 3,1 V o 4,6 V. Se podrían producir fácilmente niveles de voltaje de salida más finos mediante el uso de un interruptor de múltiples posiciones y el aumento del número de elementos resistivos dentro de la red del divisor de potencial, aumentando así el número de pasos de conmutación discretos.

Representación de salida de voltaje digital

Entonces podemos ver que la principal diferencia entre una señal o cantidad analógica y una cantidad digital es que una cantidad «Analógica» cambia continuamente con el tiempo, mientras que una cantidad «Digital» tiene valores discretos (paso a paso). «LOW» a «HIGH» o «HIGH» a «LOW».

Un buen ejemplo de esto sería un atenuador de luz en su casa que varía la intensidad de las luces (brillo) hacia arriba o hacia abajo a medida que se gira entre completamente ENCENDIDO (brillo máximo) y completamente APAGADO, produciendo una salida analógica que varía continuamente. Mientras que, por otro lado, con un interruptor de luz estándar montado en la pared, la luz está “ENCENDIDA” (ALTA) o está “APAGADA” (BAJA) cuando se opera el interruptor. El resultado es que no hay intermedio para producir una forma de salida digital ON-OFF.

Algunos circuitos combinan señales analógicas y digitales, como un convertidor de analógico a digital (ADC) o un convertidor de digital a analógico (DAC). De cualquier manera, la señal de entrada o salida digital representa un valor numérico binario equivalente a una señal analógica.

Niveles lógicos digitales

En todos los circuitos electrónicos y de computadora, solo se permiten dos niveles lógicos para representar un solo estado. Estos niveles se conocen como 1 lógico o 0 lógico, ALTO o BAJO, Verdadero o Falso, ENCENDIDO o APAGADO. La mayoría de los sistemas lógicos utilizan lógica positiva, en cuyo caso un «0» lógico se representa con cero voltios y un «1» lógico se representa con un voltaje más alto. Por ejemplo, +5 voltios para lógica TTL como se muestra:

Representación de valor digital

Primer estado	Segundo estado
Lógica “0”	Lógica “1”
BAJA	ALTA
FALSO	VERDADERO
Salida de voltaje de nivel bajo	Salida de voltaje de nivel alto
0V o tierra	+5 voltios

Generalmente el cambio de un nivel de voltaje, “> 0” a “1” o “1” a “0” se realiza lo más rápido posible para evitar la conmutación errónea del circuito lógico. En los circuitos integrados TTL (transistor-transistor-lógica) estándar hay un rango predefinido de límites de voltaje de entrada y salida para definir qué es exactamente un valor lógico «1» y qué es un valor lógico «0» como se muestra a continuación:

Niveles de voltaje de entrada y salida TTL

Luego, cuando se usa un suministro de +5 voltios, cualquier entrada de voltaje entre 2.0v y 5v se reconoce como un valor lógico «1» y cualquier entrada de voltaje por debajo de 0.8v se reconoce como un valor lógico «0». Mientras que la salida de una puerta lógica entre 2.7v y 5v representa un valor lógico «1» y una salida de voltaje por debajo de 0.4v representa un valor lógico «0». Esto se llama «lógica positiva» y se utiliza en estos tutoriales de lógica digital.

Entonces, los números binarios se usan comúnmente en circuitos digitales y de computadora y se representan mediante un «0» lógico o un «1» lógico. Los sistemas de numeración binaria se adaptan mejor a la codificación de señales digitales de binario, ya que utiliza sólo dos dígitos, uno y cero, para formar figuras diferentes. Entonces, en esta sección sobre números binarios, veremos cómo convertir números decimales o de base 10 en números octales, números hexadecimales y números binarios.Entonces, en el próximo tutorial sobre Números binarios y el sistema numérico binario, veremos cómo convertir números decimales en números binarios y viceversa e introduciremos el concepto de Byte y Word para representar las partes de un número binario mucho más grande.