Curso de Eletrônica Digital – Sistemas Analógicos x Sistemas Digitais

Sistemas Analógicos x Sistemas Digitais

Os sistemas digitais operam usando valores discretos para representar  números, letras e símbolos. Esses valores discretos simbolizam os estados ON (ligado) e OFF (desligado), os quais podem ser representados por zeros e uns (0 e 1).

Já os sistemas analógicos permitem medir sinais físicos de magnitudes variáveis, incluindo sinais elétricos. Um sistema analógico pode ser empregado em eletrônica para, por exemplo, monitorar e controlar sinais correspondentes à temperatura, pressão, posição, velocidade, etc., que são sinais cujo valor varia continuamente e podem apresentar uma grande gama de valores mensuráveis.

Podemos representar quantidades analógicas usando um sistema digital, por meio do emprego de técnicas de conversão específicas.

Representação Analógica

O valor de uma medida qualquer pode assumir qualquer valor possível dentro de um intervalo considerado. Por exemplo, a temperatura de um ambiente pode assumir inúmeros (possivelmente infinitos) valores, como por exemplo 29º C, ou ainda 29,5º C, ou até mesmo 29,534º C, dependendo da precisão considerada.

Dizemos que valores analógicos podem variar em um determinado intervalo de valores contínuo.

Outro exemplo: A tensão em uma pilha comum AA pode se encontrar em qualquer ponto entre 0V e 1,5V, como por exemplo 50 mV (0,o5V), ou ainda 1,2577V.

Forma de Onda Analógica

Representação de um Sinal Analógico

Sistema Analógico

Assim, em um sistema analógico, os dispositivos trabalham com valores representados de forma analógica, ou seja, valores que podem variar em um intervalo contínuo de valores (possivelmente infinito).

Como exemplo de sistema analógico podemos citar um amplificador de guitarra, cuja potência de saída pode variar de 0 até o máximo suportado, digamos, 30W.

Representação Digital

Neste caso, as quantidades são representadas por valores discretos. e não contínuos, que chamamos de dígitos. Por exemplo, podemos estabelecer que a representação de uma quantidade qualquer será feita somente por meio de valores 0 e 1, ou seja, usando o sistema binário de numeração. Ou ainda, que a quantidade a ser representada somente usará números inteiros para sua representação.

Podemos diferenciar a representação de valores analógicos e digitais da seguinte forma:

  • Valores analógicos: valores contínuos
  • Valores digitais: valores discretos
Forma de Onda Digital

Representação de um sinal digital. Note que só há dois valores discretos válidos: 0 e 1

Sistema Digital

Trata-se do sistema que consiste na combinação de dispositivos eletrônicos, mecânicos, magnéticos ou outros, que são projetados para operar com valores digitais, ou seja, quantidades que somente assumem valores discretos.

Como exemplos de sistemas digitais podemos citar os computadores, calculadoras e sistemas de áudio digital, como o CD (compact disc).

Sistema Analógico x Sistema Digital

Exemplo de representação de dados em um sistema analógico e em um sistema digital: Relógios de pulso.

Representando valores Analógicos de forma Digital

A maior parte dos valores mensuráveis no mundo físico é analógica. Um sinal analógico, como foi notado, é uma quantidade cujo valor varia continuamente, como por exemplo a temperatura medida com um termômetro comum, de mercúrio. Conforme a temperatura aumenta o diminui, a expansão e contração do mercúrio ocorre de forma contínua, sem saltos de valor, relativa à uma escala de temperatura medida em graus. Em dado momento a temperatura pode ser de 32ºC, e em outro momento pode ser de 32,70ºC, por exemplo, ou então qualquer valor mensurável entre esses dois valores - dependendo apenas da precisão do termômetro empregado.

Para que um equipamento eletrônico, como um computador por exemplo, analise, interprete e processe esse tipo de informação, nós a representamos de forma digital, pois é muito mais fácil para esse equipamento operar dessa forma, com as quantidades em formato digital.

Assim, podemos representar a temperatura medida pelo termômetro de forma digital, usando apenas os e 1s, usando um circuito eletrônico simples que permita a manipulação desse valor e seu armazenamento se for desejado. Em vez de lidarmos com um intervalo infinito de valores analógicos, podemos representar os valores usando apenas valores "ligado" e "desligado" (geralmente, +5 V e 0V, respectivamente).

Exemplo de representação digital de valores analógicos

Um dos exemplos mais comuns de representação digital de quantidades analógicas é a gravação de música em CDs. Os Compact Discs permitem o armazenamento digital de áudio de forma relativamente simples e com alta qualidade de som. A música produzida por instrumentos musicais e pela voz humana é analógica, e para que possa ser armazenada em um CD ou DVD deve primeiramente ser convertida em formato digital, o qual é reconvertido em analógico quando reproduzimos a música - pois nossa audição também responde a sinais analógicos.

Vantagens e Desvantagens do uso de Sistemas Digitais

Existem diversas vantagens no uso de um sistema digital em vez de u sistema analógico para o projeto e construção de dispositivos, como por exemplo:

  • Facilidade para o armazenamento de informações
  • Sistemas geralmente podem ser programados
  • Maior facilidade de projeto
  • São menos afetados por ruídos (interferências) do que os sistemas analógicos
  • Nível de integração em circuitos integrados (CIs) é imenso

A principal desvantagem é que o mundo real é praticamente todo analógico, sendo necessário efetuar conversões entre os sistemas com frequência. Por conta dessa desvantagem, para que possamos aplicar técnicas digitais ao lidar com valores de entrada e saída analógicos, nós devemos:

  1. Converter entradas analógicas para o formato digital
  2. Processar os dados digitalizados (e armazená-los se necessário)
  3. Converter as saídas digitais para o formato analógico

Exemplo de Conversão de Sistemas Analógicos para Sistemas Digitais

Exemplo clássico desse processo: Gravação e Reprodução de Áudio de CDs. Basicamente, o processo é o seguinte:

  1. Os instrumentos musicais (analógicos) produzem sons durante o processo de gravação, e esse sons são captados por microfones ou outros equipamentos de entrada.
  2. O sinal analógico é convertido em sinal digital por meio de um processo de conversão A/D (analógico/digital), usando circuitos eletrônicos apropriados
  3. Os dados digitalizados e processados são armazenados no CD (mixagem, prensagem, etc)
  4. Para reproduzir o CD, o tocador de CDs (CD player) lê as informações digitais gravadas na superfície do CD e, após processá-las, as converte em um sinal analógico (conversão D/A)
  5. O sinal analógico é então amplificado e enviado para reprodução nas caixas de som (alto-falantes).

Como o sinal analógico gerado pelos instrumentos digitais é representado de forma digital? Para representar os sons musicais, nesse caso, são tomadas várias amostras do sinal analógico para serem convertidas em sequências de 0s e 1s - bits - como mostrado na figura a seguir:

Amostragem Analógico-Digital - Eletrônica

A figura mostra que, ao longo do tempo, são tomadas amostras dos valores analógicos em pontos específicos e essas amostras são representadas por valores binários específicos, dependendo da posição na onda analógica de onde foram retiradas. Para isso, o sinal analógico é enviado a um circuito denominado Conversor Analógico-Digital (Analog-Digital Conversor - ADC) que interpreta os vários níveis do sinal analógico e atribui a cada um deles uma string (sequência) determinada de bits.

Para cada valor distinto de tensão, uma sequência específica de bits é gerada, e essa atribuição de valores, denominada amostragem, ocorre inúmeras vezes por segundo. Quanto maior a quantidade de amostras retiradas por unidade de tempo, maior será a resolução do sinal digital obtida, e mais próximo do som analógico original será o sinal digital resultante.

Como mostrado na figura anterior, os valores digitais gerados são representados por strings de bits, que são dígitos binários - números representados no sistema binário de numeração. Este será um dos assuntos de nossa próxima lição: Sistemas de Numeração.

Sobre Fábio dos Reis (1182 Artigos)
Fábio dos Reis trabalha com tecnologias variadas há mais de 25 anos, tendo atuado nos campos de Eletrônica, Telecomunicações, Programação de Computadores e Redes de Dados. É um entusiasta de Unix, Linux e Open Source em geral, adora Eletrônica e Astronomia, e estuda idiomas, além de ministrar cursos e palestras sobre diversas tecnologias em São Paulo e outras cidades do Brasil.
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